Table of Contents

Пустыни представляют собой одни из самых убедительных геологических архивов на планете. Они не являются статичными пустынями, а представляют собой динамические системы, в которых атмосфера, литосфера и гидросфера взаимодействуют в экстремальных условиях нехватки воды. Покрывая примерно одну треть континентальной поверхности Земли, пустыни демонстрируют широкий спектр рельефов - от возвышающихся звездных дюн до глубоко вырезанных вади и обширных скалистых хамад. В этой статье рассматриваются основные геологические процессы, приводящие к образованию пустынь, и исследуются характерные рельефы, которые определяют эти замечательные среды.

Засушливые среды: за пределами простого отсутствия дождя

Наиболее широко принятое определение пустыни - область, получающая менее 250 миллиметров (10 дюймов) осадков ежегодно. Однако эта единственная метрика рассказывает только часть истории. Более эффективной мерой является индекс <сильной>аридности (P/PET), который сравнивает среднее годовое осаждение с потенциальным испарением. Гипераридные зоны (P/PET < 0,05) получают незначительные осадки по сравнению с испарительным спросом, в то время как засушливые (0,05-0,20) и полуаридные (0,20-0,50) зоны испытывают пропорционально более высокую потерю воды. Одна только температура не является определяющим фактором; что объединяет все пустыни - это постоянный дефицит влаги, который фундаментально изменяет, как работают выветривание, эрозия и осаждение осадка.

Виды пустынь и их глобальное распространение

Пустыни классифицируются на основе их основного формирующего климатического механизма.Признание этих типов объясняет, почему пустыни появляются там, где они есть на земном шаре.

  • Субтропические (торговые ветры) пустыни: Образуются спускающимся сухим воздухом в субтропических поясах высокого давления (около 30 градусов северной и южной широты). Основными примерами являются пустыни Сахара, Аравийская, Калахари и Австралийская пустыни.
  • Пустыни теней дождя: Встречаются на подветренной стороне горных хребтов, где орографический подъем лишил воздух влаги. Пустыня Мохаве (ли Сьерра-Невада) и пустыня Атакама (линия Анд) подходят к этой категории.
  • Прибрежные (туманные) пустыни: Найдены там, где холодные океанские течения стабилизируют воздух, создавая стойкий туман, но практически без осадков. Пустыни Атакама и Намиб являются классическими примерами, часто с влажностью, но менее 1 мм осадков в год в их ядрах.
  • Континентальные внутренние пустыни: Расположены глубоко в больших массивах суши, вдали от источников океанической влаги. Пустыня Гоби и пустыня Такламакан в Центральной Азии являются примером этого типа.
  • Полярные пустыни: Полярные пустыни: Определяются чрезвычайно холодными температурами, которые препятствуют попаданию влаги в атмосферу. Антарктида и внутренняя часть Гренландии являются полярными пустынями, несмотря на наличие обширных ледяных щитов.

Латитудинальная концентрация горячих пустынь не случайна. Это прямое следствие глобальных атмосферных циркуляций. Теплый воздух поднимается на экваторе, выделяет влагу в виде осадков, а затем движется в сторону полюса. По мере того, как он поднимается и движется к более высоким широтам, он охлаждается, но к тому времени, когда он опускается примерно на 30 градусов широты, он нагревается сжатием и имеет чрезвычайно высокую способность удерживать влагу. Этот утихающий воздух создает пояс высокого давления, который подавляет образование облаков, основной движущей силой для великих субтропических пустынь мира.

Основные геологические процессы, формирующие пустыни

Формирование и эволюция пустынных ландшафтов управляются набором взаимосвязанных геологических процессов, которые действуют в совершенно разных временных и пространственных масштабах, от континентального дрейфа, формирующего засушливость планетарного масштаба до отдельных ветровых бурь, скульптурирующих песчаные зерна.

Климатические драйверы: атмосферная циркуляция и океанические течения

Фундаментальное состояние засушливости задают глобальные климатические системы. Нисходящий воздух ячейки Хэдли создает постоянный «сухой пояс». Однако местная география сильно изменяет эту базовую линию. Холодные океанские течения, такие как Гумбольдтское течение у Южной Америки и Бенгелаское течение у Намибии, охлаждают наводящий воздух. Это охлаждение снижает способность воздуха удерживать влагу, создавая постоянные туманные берега, но подавляя осадки. Результатом являются некоторые из самых сухих мест на Земле, где первичным гидрологическим входом является туман, а не дождь.

В жарких пустынях потенциальное испарение может превышать количество осадков в 20 и более раз. Это означает, что любая поверхностные воды из редких осадков быстро теряются, усиливая засушливые условия и концентрируя соли в почве.

Тектоническое принуждение: горное строительство и континентальная конфигурация

Тектоника плит является глубинным драйвером формирования пустынь. Движение континентов в субтропические широты позиционирует их под нисходящей конечностью клетки Хэдли. Распад суперконтинентов и открытие океанских бассейнов меняют глобальные океанские течения и перенос атмосферного тепла. Столкновение тектонических плит создает горные пояса, которые в свою очередь создают огромные дождевые тени.

Подъём Анд за последние 15 миллионов лет напрямую отвечает за гиперзасушливость пустыни Атакама, блокируя влагу из бассейна Амазонки. Аналогично столкновение Индии с Азией создало Тибетское плато и Гималайский хребет. Этот массивный топографический барьер препятствует проникновению влажного воздуха из Индийского океана в Центральную Азию, давая начало пустыням Гоби и Такламакан. Также играет роль рифтинг. Восточноафриканская рифтовая система создаёт глубокие бассейны, которые улавливают отложения и воду, часто образуя соленые озера и соляные равнины. Провинция Бассейн и хребет на западе США создала «лестницу» из разломных гор и долин, которые производят локализованные дождевые тени и внутренний дренаж.

Сила эрозии в засушливом ландшафте

В то время как в пустынях воды мало, она является на удивление самым мощным и быстрым агентом эрозии, когда она появляется. Однако в долгосрочной скульптуре ландшафта доминируют ветровые (эоловые) процессы и механическое выветривание.

Физико-химическое выветривание: Механическое выветривание является высокоэффективным из-за отсутствия растительности и влаги до экстремальных температур буфера. Инсоляционное выветривание (тепловое расширение и сокращение от суточных перепадов температуры) может привести к отшелушиванию или разрушению пород. Выветривание соли является доминирующим процессом; соленая вода входит в трещины и поры, и по мере ее испарения кристаллы соли растут, оказывая огромное давление, которое разрушает породу. Химическое выветривание медленнее, но активнее, в первую очередь за счет гидратации и окисления.

Ветер (Aeolian) Эрозия:Ветер является стойким скульптором.Дефляция.Пылевые бури переносят этот материал на тысячи километров, откладывая его как лёсс.Ветер также переносит песок, который действует как абразив.абразив, полирует камни в гладкие поверхности, называемые вентифактами и резьбой обтекаемых, аэродинамических хребтов, известных как ярданги.Ориентация ярдангов и вентифактов обеспечивает чёткую запись преобладающего направления ветра в геологических временных масштабах.

Водная (Fluvial) Эрозия:] Парадокс эрозии пустыни заключается в том, что вода является наиболее эффективным изменением ландшафта. Распространены высокоинтенсивные, кратковременные осадки. Отсутствие растительности означает, что стоки почти немедленные, что приводит к катастрофическим внезапным наводнениям. Эти наводнения несут огромные нагрузки на осадки, вырезающие крутые каналы, называемые арроями или вади, и откладывают грубые осадки в обширных аллювиальных вентиляторах. Пейзаж характеризуется четко определенными, но периодически активными дренажными сетями.

Диагностические характеристики рельефа пустынь

Взаимодействие процессов выше создает набор рельефов, которые являются диагностикой засушливых сред.Эти особенности могут служить аналогами для древних пустынных сред, сохранившихся в каменной летописи.

Эолийские (построенные ветром) формы рельефа

Песчаные дюны и эрги

Песчаные дюны являются наиболее знаковым пустынным рельефом. Они образуются там, где есть обильное количество осадочных пород размером с песок и устойчивые ветры для транспортировки его через соленость. Большие скопления песка называются , (песчаные моря). Форма и размер дюны контролируются ветровым режимом и запасом песка.

  • Барханские дюны: Дюны в форме полумесяца с рогами, указывающими на ветер. Они образуются на твердых, плоских поверхностях, где запас песка ограничен.
  • Поперечные дюны: Длинные, асимметричные хребты, ориентированные перпендикулярно преобладающему ветру. Они образуются в районах с обильным песком и однонаправленным ветровым режимом.
  • Линейные (Seif) Дюны: Длинные прямые хребты, которые выравниваются параллельно преобладающему ветру. Они могут простираться на сотни километров и распространены в Сахаре.
  • Звёздные дюны:] Пирамидальные дюны с множеством рукавов, излучающих от центральной вершины. Они образуются в многонаправленных ветровых режимах и могут достигать высоты более 300 метров.
  • Параболические дюны: U-образные дюны с рогами, указывающими на ветром. Они часто стабилизируются растительностью и чаще встречаются в полузасушливых прибрежных районах.

Депозиты в виде лотков и пыли

Дефляция из пустынь является основным источником атмосферной пыли на планете. Этот мелкозернистый ил и глина транспортируется по ветру и откладывается в толстых слоях, называемых лосс . Плато Лесс в Китае, которое получает большую часть своего осадка из соседней пустыни Гоби, является наиболее ярким примером. Хотя сам лесс не является пустынной формой суши, его существование является прямым следствием дефляции пустыни. Эти отложения очень плодородны, но чрезвычайно подвержены эрозии.

Эрозионные пустынные пейзажи

Хамадас, Регс и Инсельбергс

Не все пустыни песчаные. Многие из них покрыты голыми скалами или гравием. А хамада — это высокое скалистое плато, с которого ветер сносит все мелкие осадочные породы. Это одни из самых суровых и бесплодных ландшафтов на Земле.

A reg (также называемый пустынным тротуаром или сериром) — обширная поверхность, покрытая плотно упакованным слоем гравия, гальки или валунов. Эти поверхности образуются в течение тысяч лет, когда дефляция удаляет более тонкий материал, оставляя отставание грубых частиц. Со временем гравий часто покрывается блестящим, темным слоем пустынного лака, тонким покрытием из глины, марганца и оксидов железа. Реги — удивительно стабильные поверхности и часто используются древними народами для геоглифов.

Инсельберги (FLT:0) Инсельберги (FLT:1) (горные острова) являются изолированными остатками холмов, которые резко поднимаются с плоской равнины. Они обычно состоят из устойчивых пород, таких как гранит или кварцит. Улуру (Ayers Rock) в Австралии является массивным инсельбергом. Они часто образуются в результате двухэтапного процесса глубокого химического выветривания, за которым следует удаление выветрившегося реголита, процесс, известный как трафаретная планировка.

Особенности флювиальной и лакустриновой пустыни

Вадис и аллювиальные фанаты

Wadis (или арроиос) — каналы прерывистых потоков. Они характерно крутые, плоские и заполненные песком и гравием. Вспышки наводнений, протекающие через вади, — это высокоэнергетические события, которые быстро разрушают и транспортируют осадок. Осадок часто осаждается в форме вентилятора, когда вади выходит из горного фронта, образуя альлювиальный вентилятор. Наклон и размер частиц аллювиальных вентиляторов дают ценную информацию о тектонической и климатической истории региона.

Плайя-Лейкс (Pans) и Эвапоритовые бассейны

В регионах внутреннего дренажа, где вода не может течь в море, самая низкая точка собирает воду и осадок. Эти временные озера называются playas (или сковороды или сабхи. Вода теряется почти полностью за счет испарения, что приводит к осаждению растворенных минералов. Этот процесс образует толстые отложения evaporites, включая галит (столовая соль), гипс, кальцит и более экзотические минералы, такие как боракс и нитраты.Соляные ров Бонневилля в штате Юта являются классическими примерами поверхности плейи. Эти бассейны геологически активны, поскольку осаждение минералов и растворение постоянно меняют поверхность.

Временное измерение: палеоклиматология пустыни

Пустыни не являются постоянными или статическими признаками. Геологическая летопись показывает, что пустыни расширяются и резко сокращаются в ответ на орбитальное воздействие (циклы Миланковича). Пустыня Сахара является ярким примером. Во время последнего ледникового максимума Сахара была больше и суше, чем сегодня. Затем, во время африканского периода влажности (~ 11 000-5 000 лет назад), сдвиг орбиты Земли усилил африканский муссон, превратив Сахару в ландшафт обширных озер, рек и саванн. Это озеленение позволило человеческим популяциям распространиться по континенту. Запись этих изменений сохраняется в озерных отложениях, карбонатах почвы и геометрии дюнных полей.

Понимание этого глубокого динамизма имеет важное значение для прогнозирования будущего поведения пустынь в условиях антропогенного изменения климата. Это демонстрирует, что границы засушливых регионов чувствительны к относительно небольшим изменениям солнечной радиации и глобальной температуры. Пылевой цикл Сахары, который оплодотворяет тропические леса Амазонки, является еще одной важной связью между процессами пустыни и глобальными экосистемами, которые работают в сезонных и геологических временных масштабах.

Геологические ресурсы, размещенные в пустынной среде

Уникальные условия в пустынях создают экономически жизненно важные геологические ресурсы. Эвапоритовые месторождения в древних бассейнах плейя являются основным источником в мире калия (используемого в удобрениях), боракса и галит. Богатые литием рассолы, найденные в саларах (солевых квартирах) пустыни Атакама и Анды, необходимы для современной электроники и аккумуляторов электромобилей.

Древние пустынные среды также являются одними из лучших резервуаров для нефти. Хорошо отсортированные, зрелые песчаники, отложенные в эргах или прибрежных дюнных полях, часто имеют отличную пористость и проницаемость. Эрги Юрского периода Аравийского полуострова, такие как Арабская формация, являются одними из самых продуктивных нефтяных резервуаров в мире. Песчаные слои выступают в качестве идеальных ловушек для углеводородов, полученных из более глубоких морских сланцев.

Кроме того, обширные ископаемые подземные водоносные горизонты хранятся под многими пустынями мира. Нубийская система водоносных горизонтов под Сахарой является одной из крупнейших в мире, содержащая воду, которая выпадала в виде дождя в течение последнего ледникового периода. Эти невозобновляемые водные ресурсы становятся все более важными для сельского хозяйства в засушливых странах.

Вывод: Интерпретация Архива Арида

Пустыни — это гораздо больше, чем бесплодные просторы песка и скалы. Это динамические геологические лаборатории, где непосредственно наблюдаются фундаментальные силы тектоники, климата и поверхностных процессов. Взаимодействие этих сил создает отдельный набор рельефов — от широких кривых бархановой дюны до угловой геометрии горы, блокирующей разломы. Анализируя образование пустынь, мы расшифровываем богатую запись климатических колебаний Земли, континентальных движений и долгосрочной эволюции ландшафта. Для студентов и исследователей изучение этих засушливых сред дает мощное понимание систем, которые формируют нашу планету, и ресурсов, от которых зависит современное общество.