Денудационные процессы именно и стремятся к такому выравниванию, к понижению материков. Если бы тектонические движения земной коры не поднимали бы снова и снова материки над уровнем океана, то давно бы земной рельеф представил описанную выше однообразную и безотрадную картину.
Геологические процессы связаны с денудацией — разрушением пород на суше. Это лишь одна сторона исторических преобразований лика Земли. Другая сторона — накопление новых осадков, сносимых с материка в морские бассейны.
Скорость движения воды в верховьях любой реки больше, чем в ее нижнем течении. Подходя к морю или к большому озеру, в которое она впадает, река все больше замедляет свое течение, так как перестает действовать ускорение силы тяжести, проявляющееся вследствие неравенства уровней. Между тем количество переносимого водой рыхлого (нерастворимого) материала, равно как и размеры переносимых частиц находятся в прямой зависимости от скорости течения. Чем больше скорость течения, тем больше и передвигаемые водой частицы. Всем известно, что в горных реках русло загромождено крупными валунами, у быстро текущих рек на дне мы видим нагромождение галек, а в медленных реках нашей русской равнины — Волге, Оке, Москве-реке мы не находим других осадков, кроме песка и ила. Сила земного тяготения заставляет все осадки распределяться в зависимости от скорости течения. Едва только скорость течения воды в реке замедлится хотя бы на самую незначительную величину, из нее сразу же выпадает материал, который по размерам и весу частиц уже не может переноситься дальше.
Исходя из этих соображений, мы можем уже заранее сказать, что в море преимущественно сносится наиболее сильно размельченный материал. Действительно, поверхность морей и океанов на всей Земле представляет для речных вод наиболее низкий уровень, ниже которого никакое течение воды под действием силы тяжести не может иметь места (океанические течения, другое дело). Поэтому по мере приближения к морю реки должны настолько замедлить свое течение, что весь более или менее крупный материал должен выпасть из воды значительно раньше. В действительности мы и наблюдаем, что в дельтах (устьях) рек все принесенные в море осадки состоят из мелкого песка и ила. Исключения составят реки, низвергающиеся непосредственно с гор в море и не проходящие большого пути по равнине, но такие реки, естественно, не могут быть большими.
Впадая в море, река еще некоторое время продолжает течь, образует подводное устье или дельту и откладывает там осадки. Скорость течения все более падает, пока не дойдет до нуля. В строгом соответствии с падением скорости течения, откладываются и осадки. Ближе к берегу моря оседает песок, дальше глина и, наконец, еще дальше растворенные в воде минеральные соли. Если бы поверхность материка оставалась на неизменной высоте над уровнем моря, то такое распределение осадков осталось бы неизменным и по периферии суши кольцевидно залегали бы громадные толщи песка, дальше такая же толща глины и еще дальше известняков. Но с постепенным понижением материка общая скорость реки будет падать и соответственно этому дальность выноса ею осадков в море будет сокращаться. Постепенно на месте глины станут отлагаться известняки, на месте песков — глины, а отложения песка переместятся внутрь материка в устья рек.
Но земная кора не остается в покое, все время происходят небольшие колебания — материк может слегка подняться или дно моря чуть-чуть опуститься. В этом случае скорость реки снова возрастет и над глиной отложатся слои песка, над известняками — глина. Еще большее повышение материка вызовет отложение песка уже на том месте, где раньше отлагались известняки на глине, глина ляжет на последний слой известняка, а известняк отодвинется еще дальше в глубь морского бассейна.
Именно такое чередование различных слоев мы и наблюдаем в геологической летописи. Слои песчаников, глин, сланцев, известняков чередуются, свидетельствуя о вечной подвижности земной коры, о вечной смене характера осадков. По толщине (мощности) слоев мы можем судить о продолжительности тех или других условий осадкообразования. Если слой известняка более толст, чем слой глины или песчаника, мы можем сказать, что отложение при малой скорости течения и, следовательно, при низком уровне материка, продолжалось дольше, чем быстрое течение. Если вдруг над слоями глин и известняков появляются крупнозернистые пески или галечники, мы, можем определенно говорить о происшедшем в это время поднятии суши. В других случаях громадные толщи в сотни метров мощности сложены однообразными породами, представляющими по характеру осадка одни и те же глины, известняки или сланцы. Тогда мы говорим, что в этом месте существовало в течение длительного периода тектоническое равновесие, т. е. суша очень медленно и непрерывно поднималась, а дно моря с равной скоростью опускалось и поэтому разность уровней (кривая: размыва) оставалась в течение длительного времени неизменной. В первой главе мы говорили о громадных толщах осадочных пород мощностью в несколько километров. Очевидно, что для накопления таких масс пород необходимо, чтобы в этом месте происходили, с одной стороны, непрерывное поднятие суши (чтобы было откуда сносить продукты разрушения), с другой — непрерывное опускание моря или озерной впадины, чтобы эти огромные массы сносимых пород могли накапливаться, не завалив собой бассейна и тем самым не прекратив всего процесса.
Всякое отложение слоев геологической летописи является результатом двух противоречивых процессов — разрушения, или денудации, и отложения продуктов денудации или осадконакопления. Более того, всякое движение небольшого участка земной коры неизбежно приводит к созданию выступа и впадины — области разрушения и области накопления. Обе эти области одна без другой существовать не могут и лишь в единстве этих двух противоречий создается великая книга геологической летописи.
Осадочные породы — документы прошлого Земли
В предыдущей главе мы рассмотрели силы и процессы, создающие пласты осадочных пород. Эти процессы изучаются геотектоникой. Она же прослеживает дальнейшую судьбу уже отложенных пород в последующие геологические эпохи. Но любая осадочная порода своим происхождением обязана не только механическому распределению частиц в потоках по силе тяжести. В результате такого механического распределения получаются только рыхлые жидкие осадки, еще очень сильно отличающиеся от тех пород различной плотности, цвета и свойств, которые слагают слои геологической летописи. Каждая осадочная порода является результатом совокупности процессов механического осаждения и той обстановки, в которой данное отложение происходило. Если, например, в жидком песчаном осадке существовала примесь извести или кремнезема, то в конечном результате получатся плотные известковые песчаники или кремнистые песчаники — кварциты. Если в тех же песчаных осадках была примесь солей железа, то в условиях прохладного климата мы получим бурые или темно-серые песчаники, окрашенные черной закисью железа. В жарком климате с энергичным солнечным освещением закись железа превратится в красную окись железа и породы получат красную окраску. Примесь животных или растительных остатков в глинах, где нет доступа воздуху, дает в конечном результате черные, богатые неразрушенным органическим веществом глинистые сланцы.
Зависимость характера осадочной породы от условий осадкообразования очень разнообразна. Вся совокупность условий механических и физико-химических процессов, образовавших данную породу, называется фацией, или лицом осадочной породы, потому что в породе, как в зеркале, отражены условия ее образования. Поэтому при тщательном изучении осадочных пород мы можем в известной степени восстанавливать условия, в которых она образовалась, следовательно, говорить о климате и географических ландшафтах прошлых геологических эпох.
Осадочная порода, состоящая из продуктов разрушения горных пород вместе с примесями тех химических соединений, которые присущи обстановке, в которой образовался этот осадок, не может существовать в этом виде — она неустойчива. Под давлением отложенных выше слоев жидкие осадки начинают уплотняться, теряют воду. Потеря воды ведет к кристаллизации тех веществ, которые существовали в растворе в момент образования осадка. Осадок затвердевает — рыхлые обломки связываются кристаллизующимися веществами в плотную горную породу. Этот процесс представляет собой конечный этап формирования слоев геологической летописи.