Образование наносов
Образование наносов
Если основные геологические образования, составляющие земную кору, в большинстве своем действительно появились в результате всемирного потопа, то помимо библейских свидетельств должны существовать и вещественные доказательства этого факта. Большинство современных пластов осадочных пород (особенно содержащие окаменелости) действительно обладают всеми признаками того, что в свое время разрушение, перенос и осаждение этих пород происходили при помощи воды. По сути, именно этим обстоятельством и объясняется применяемый для их обозначения термин «осадочные». Более того, сегодня даже многие геологи-эволюционисты признают, что эти породы содержат следы быстрого осаждения, то есть свидетельствуют о наличии завихрений и течений в ходе потопа, а никак не о спокойном осаждении твердых частиц, содержащихся в неподвижных массах воды. Как далее будет показано, эти огромные осадочные пласты убедительно свидетельствуют и о том, что процесс осаждения шел одновременно и непрерывно, а вовсе не состоял из нескольких этапов, разделенных долгими эпохами застоя.
Чтобы по достоинству оценить эти свидетельства, нужно иметь представление о таких научных дисциплинах, как гидравлика и литология. Современными гидротехниками и геогидрологами проведен большой объем теоретических, лабораторных и полевых исследований свойств водных потоков и механизма осаждения взвесей. Эти исследования дали ценную информацию, позволившую по-новому взглянуть на истинную сущность стратиграфической колонки. Неудивительно, что результаты полностью согласуются с приведенным в Библии описанием великого потопа и полностью противоречат традиционному униформизму.
Как отмечалось в предыдущей главе, гидрология - это наука, изучающая свойства природных вод и их распределение, особенно при выпадении осадков и переносе влаги речными потоками и грунтовыми водами. Гидравлика же изучает влияние сил, скоростей и вязкости на движение жидкости.
Наиболее важными функциями природных вод Земли являются эрозия, перенос и осаждение твердых осадков. Именно эти процессы лежат в основе формирования и развития речных систем. Реки не только возвращают испарившуюся с поверхности океана воду обратно в океан, но и переносят огромное количество твердых веществ, которые попадают в воду в результате эрозии в пределах бассейна рек и в конце концов осаждаются в поймах, или в дельтах, расположенных в районе устий. Дельтовые отложения, постепенно подвергаясь действию волн и прибрежных течений, в конце концов более или менее окончательно распределяются по континентальным шельфам или склонам. Таким образом земной рельеф постепенно разрушается, а океанические бассейны наполняются твердыми породами.
Эти процессы образования отложений представляют большой интерес и для геологов, и для гидротехников. Большинство процессов, изучаемых геологией, так или иначе связаны с водой, однако процессы осаждения занимают среди них наиболее важное место, поскольку большая часть земной суши представлена осадками либо в свободном, несвязанном виде, либо соединенными в осадочные породы. Следовательно, для того чтобы понять и объяснить геологические процессы и явления, ученый-геолог должен хорошо представлять себе механизм образования отложений.
Для инженера-гидротехника знание этих процессов необходимо с более практической стороны. При проектировании гидравлических систем и сооружений ему приходится решать проблемы заиления каналов, водоемов и гаваней, устойчивости строений по берегам рек, эрозии плодородных земель, размывания берегов и изменения русла рек с аллювиальными отложениями, а также множество других важных проблем - и все это требует значительных материальных затрат.
Поэтому гидротехники в течение второй половины нашего века занимались интенсивными лабораторными и аналитическими исследованиями процессов осаждения. Эти явления чрезвычайно сложны, однако многое в них уже понятно, а многое будет понято в ближайшее время.
Очевидно, что даже те 29% земной поверхности, которые сегодня занимает суша, в прошлом были покрыты водой, а большинство горных пород на поверхности Земли первоначально образовались в результате осаждения твердых частиц, переносившихся водными потоками. Горные породы обычно подразделяют на вулканические, метаморфические и осадочные, причем последние образовывались, как правило, в результате осаждения твердых частиц, принесенных водой из некоторого источника. Примечательно, что большинство гор на поверхности суши образованы осадочными породами. «По объему на Земле осадочных пород примерно в десять раз меньше, чем вулканических, образующих земную кору; однако когда речь заходит о породах, выходящих на земную поверхность, то нужно отметить, что осадочные породы покрывают примерно три четверти суши». [150]
Кроме того, в основании многих вулканических пород, образующих земную поверхность, лежат осадочные породы, по которым в свое время текла застывающая вулканическая лава, извергнутая через жерла вулканов или разломы в земной коре. Многие метаморфические горные породы также образовались из осадочных (к примеру, мрамор образуется из известняка в результате процессов метаморфизма).
Очевидно, что вода, некогда покрывавшая поверхность Земли, сыграла важнейшую роль при образовании как самих горных пород, так и рельефа суши. Вопрос состоит лишь в том, были эти процессы медленными или быстрыми, а также в том, были они прерывистыми или непрерывными. Именно в этом и состоит традиционный спор между эволюционным униформизмом и библейским креационизмом.
Если взять для примера процесс образования отложений, включающий в себя эрозию, перенос и осаждение частиц (что наиболее важно для обсуждения данного вопроса), то он может идти как очень медленно, так и чрезвычайно быстро. Скорость его зависит от многих переменных. Вот далеко неполный их перечень:
1. Гидравлические характеристики: уклон, форма и размеры сечения русла; количество воды, протекающей через сечение в единицу времени; рельеф дна и стенок русла; постоянство параметров потока; температура воды и т.п.
2. Топографические факторы: форма и размеры бассейна, уклон и рельеф местности; тип почвы и покрывающей ее растительности, разветвленность сети притоков, характеристики бассейна грунтовых вод.
3. Метеорологические факторы: частота и интенсивность ливней, направление движения воздушных масс, продолжительность дождей.
4. Литологические факторы: размер, форма, однородность, удельная плотность и химический состав переносимых водой частиц.
Сюда можно добавить еще целый ряд важных факторов, однако даже этот перечень показывает, насколько тщетны попытки, определив некую среднюю скорость осаждения, распространять ее затем на период в сотни миллионов лет в прошлое для того, чтобы объяснить существование огромных напластований осадочного происхождения в земной коре! Непонятно, почему гипотеза о быстром (или катастрофическом) образовании этих напластований не может служить объяснением с тем же успехом, что и теория о медленном осаждении твердых частиц на протяжении миллионов лет, тем более что обе они полностью согласуются с постулатом о неизменности законов природы.
Может показаться, что, изучив свойства осадочной породы, можно логическим путем определить: а) характер местности, где данная порода подверглась эрозии; б) параметры и характер водного потока, осуществившего ее перенос; в) характер и размеры того бассейна, где она в конце концов выпала в осадок. Однако в действительности, учитывая приведенный выше огромный перечень переменных, способных повлиять на эти процессы, сделать сколько-нибудь достоверные выводы на этот счет обычно оказывается невозможным.
Для определения скорости переноса твердых частиц было проведено огромное число опытов на моделях и меньшее - естественных условиях. Было выведено множество эмпирических формул, причем некоторые из них оказались весьма полезными при решении ряда инженерных задач. Вот как выглядит одна из наиболее простых [151]:
Здесь G, - количество твердой породы, которое переносится водой через каждое поперечное сечение русла, в фунтах в секунду; W - ширина русла; V - скорость потока в футах в секунду; n - коэффициент шероховатости, определяющий степень гидравлического сопротивления, которое оказывают потоку жидкости дно и стенки русла. D - глубина русла, и d - диаметр твердых частиц, выраженные в футах. Влияние температуры учитывается введением коэффициента кинематической вязкости воды k. Для приближенных расчетов можно принять k и n равными соответственно 0,00001 фут/с и 0,035, хотя они могут изменяться в довольно широких пределах.
Эта формула справедлива только для случая однородного русла при условии постоянства скорости течения и в том случае, если твердые частицы представлены в основном песчинками одинакового размера. Даже при соблюдении всех этих условий ответ будет весьма приблизительным. Во многих формулах делается попытка разделить частицы, постоянно взвешенные в воде, частицы, скачкообразно перемещающиеся по дну и стенкам, и частицы, постоянно находящиеся на дне. Следует учитывать, что в зависимости от скорости течения, а также других факторов форма песчаных наносов на дне может изменяться, меняя таким образом коэффициент шероховатости и другие характеристики потока.
Разумеется, проблема осложняется, если какой-то из вышеперечисленных факторов не является постоянным. Если скорость течения, поперечное сечение русла или его шероховатость изменяются или если частицы по размеру отличаются друг от друга, произвести точные вычисления оказывается практически невозможным, хотя определить, какой процесс - размывание или образование наносов - будет преобладать, все же удается.
Вычисления еще более усложняются, когда в исследуемой системе отсутствует равновесие, то есть когда осадочный материал не просто переносится водой, а постоянно подвергается эрозии или осаждению. Таким образом, ясно, что даже в сегодняшних условиях практически невозможно количественно описать процессы осадкообразования и рассчитать их скорости.
Однако вышеприведенная формула приводит к одному весьма важному соображению: как только изменяется любой из параметров (например, скорость течения), сразу же изменяется скорость выпадания в осадок твердых частиц. При этом шедший процесс образования определенного пласта будет прерван и начнется формирование следующего. То есть в любой породе, представляющей из себя последовательность пластов, каждый пласт соответствует непрерывному процессу, шедшему с постоянной скоростью, а значит, и при неизменных параметрах. В реальных условиях такое постоянство параметров может сохраняться в течение всего лишь нескольких минут или часов, после чего одна из переменных обязательно меняется. В результате каждый слой осадочных пород формируется за период времени продолжительностью от нескольких минут до нескольких часов. Поскольку смежные слои осадочных пород параллельны друг другу и сходны по составу и строению, это со всей определенностью свидетельствует, что процесс образования отложений был непрерывным, а также что вся формация образовалась от силы за несколько дней.
Но практически любая локальная стратиграфическая колонка включает в себя относительно небольшое число слоев осадочных пород, и потому логично будет сделать вывод, что в каждом регионе образование таких пород происходило очень быстро, то есть в результате катастрофы. Неудивительно, что современные геологи снова и снова обращаются к катастрофизму, пытаясь использовать его идеи, чтобы объяснить происхождение того огромного объема осадочных горных пород, которые имеются на Земле. Бесспорно, породы являются свидетельством гидравлических процессов, которые послужили причиной их возникновения.