Procesy rzeźbotwórcze na obszarach górskich

Ruchy górotwórcze (górotwórczość) to wielkoskalowe ruchy skorupy ziemskiej prowadzące do powstania gór, stanowiące część cyklu orogenicznego. W efekcie orogenezy następuje sfałdowanie osadów w obrębie geosynklin oraz ich wypiętrzenie w postaci łańcuchów gór fałdowych, czemu towarzyszą powszechnie procesy magmatyzmu i metamorfizmu. Na "usztywnionych", nie podlegających fałdowaniu fragmentach skorupy ziemskiej (tzw. kratonach) orogeneza powoduje powstawanie pionowych przemieszczeń, wzdłuż linii uskoków, tworzących często góry zrębowe. W historii Ziemi wyróżnia się cztery główne orogenezy: prekambryjską, kaledońską, hercyńską oraz alpejską. W każdej z nich wydziela się szereg faz górotwórczych o zwiększonym nasileniu ruchów górotwórczych, występujących tylko na niektórych obszarach Ziemi. Wyróżniamy następujące typy gór:
- góry fałdowe tworzą się wskutek sfałdowania mas skalnych (np.: Himalaje, Alpy, Karpaty, Pireneje, Andy, Atlas);
- zrębowe powstają wskutek pionowych przemieszczeń wzdłuż uskoków skalnych (np.: Ural, Harz, Sudety);
- wulkaniczne są wynikiem erupcji wulkanicznych (np.: góry Kamczatki, Islandii, Japonii).
Wulkanizm odgrywa dużą rolę w kształtowaniu ziemi. Zjawiska wulkaniczne związane są z przebiciem i wydostaniem się magmy z głębi ziemi na jej powierzchnię. Płynny stop skalny - magma , po wydobyciu się na powierzchnię nosi nazwę lawa. Magma wydobywa się na powierzchnię ziemi przez krater lub szczeliny. Wydobywanie się magmy na powierzchnię nosi nazwę erupcji. Wyróżnia się następujące rodzaje law:
- lawy rzadkie, zasadowe - bazaltowe, o małej lepkości tworzą wulkany tarczowe, o rozległych ładnie nachylonych stokach;
- lawy gęste, kwaśne -krzemionkowe, wolno spływające często zamykają ujście krateru, tworzące czopy w kominach wulkanicznych. Tworzą stożki wulkaniczne o stromych i wysokich stokach.
Rodzaje wulkanów:
- efuzywne (lawowe) - podczas erupcji wydobywa się tylko lawa;
- eksplozywne - podczas erupcji wydobywają się z nich utwory piroklastyczne;
- stratowulkany (wulkany mieszane) - podczas erupcji wyrzucane są utwory piroklastyczne i lawa (takie wulkany występują najczęściej).
Podczas każdej erupcji wydostają się różne gazy: CO2, SO2, H2S, HCl i para wodna.
Najwięcej wulkanów znajduje się wzdłuż wybrzeży Oceanu Spokojnego. W Europie najwięcej czynnych wulkanów znajduje się we Włoszech (Stromboli, Vulcano, Etna, Wezuwiusz) i na Islandii (Askja i Hekla). Najczęściej wulkany mają postać góry o kształcie stożka. Wulkan wyrzucając w powietrze materiał skalny i lawę powoduje jego opadanie dookoła krateru tworząc formy mniej lub bardziej stożkowate. Rzadko wulkany mają kształt idealnego stożka. Najbardziej regularne formy tworzone są podczas erupcji mieszanych, kiedy to równocześnie, lub w stosunkowo krótkich odstępach czasu, następuje wypływ lawy i wyrzucany jest materiał sypki. Nachylenie zbocz stożków wulkanicznych jest różne i waha się w przedziale od 30O do 45O. Bardzo mały kąt nachylenia równy ok. 2 O mają wulkany tarczowe, które utworzyły się przez wylew ruchliwej lawy. Wulkany tarczowe nie przypominają swoją budową stożka, co jest spowodowane dużą ruchliwością zasadowej lawy, ubogiej w krzemionkę, która nie rozlewa się równomiernie na wszystkie strony. Takim wulkanem jest hawajski olbrzym Mauna Loa. Wiele wulkanów w czasie swej erupcji powoduje zmianę wysokości stożka wulkanicznego. Może następować redukcja wysokości tj. wtedy, gdy gwałtowny wybuch powoduje rozerwanie górnej części góry i tym samym obniżenie jej wysokości lub zwiększenie wysokości przez odkładanie materiałów skalnych na stożku wulkanicznym podczas spokojnych wypływów lawy. Wielkość wulkanów jest dość dużym przedziałem. Do największych należą wulkany hawajskie - Mauna Kea - 4214 m i Mauna Loa - 4168 m n.p.m. Ponieważ wyrastają z głębin morskich sięgających 5000 m, są największymi górami świata. Największym wulkanem na świecie jest Aconcagua - 6960 m.
Ze względu na rodzaj wydostających się na powierzchnię materiałów wyróżniamy wulkany lawowe, czyli efuzywne, gazowe, czyli eksplozywne oraz mieszane, czyli stratowulkany. Najczęstsze są mieszane, z których wylewa się lawa i wyrzucane są materiały piroklastyczne. W najwyższej części wulkanów mieszanych tworzą się nieraz wielkie zagłębienia - kaldery (hiszp. caldera - kotły); są to częste formy kraterów, które tworzą się pod koniec wybuchów na skutek obniżenia się poziomu lawy i zapadnięcie się środkowej części. Znacznie rzadsze są wulkany czysto lawowe, często występujące we dawniejszych epokach geologicznych oraz gazowe, które nie wydalają w ogóle lawy. Same erupcje mogą następować na różne sposoby, według których stworzono ich podział tj. na erupcje:
- centralne - związane z jednym punktem (centrum wybuchu), czyli kanałem kształtu cylindrycznego, który powierzchnię Ziemi łączy z podziemnym ogniskiem magmowym. Kanałem tym wydobywają się materiały wulkaniczne. Zakończony jest on lejkowatym zagłębieniem, które powstało podczas rozrywania się skał w czasie wybuchu, czyli kraterem;
- typ hawajski - wylew ruchliwej lawy przy dość spokojnym wydzielaniu się gazów. Z powierzchni jeziora lawowego mogą być wyrzucane wytryski ciekłej lawy w czasie gwałtowniejszego wydobywania się gazów. Uniesione kropelki ciekłej lawy mogą zastygać w powietrzu w postaci szklistych włosków, zwanych włosami Pele (od hawajskiej bogini ognia Pele);
- typ Stromboli - mniej ruchliwa lawa styka się z powietrzem w kraterze, zamknięte gazy uchodzą bardziej gwałtownie wśród eksplozji, które mogą być rytmiczne lub niemal ciągłe. Zakrzepnięta lawa, często rozżarzona, zostaje wyrzucona w postaci bomb wulkanicznych lub mniejszych okruchów, które w czasie gwałtowniejszych eksplozji mogą wznosić się w postaci świecących chmur. Nazwa tego typu pochodzi od wulkanu Stromboli, którego wybuchy normalnie przebiegają w ten sposób; mniejsze erupcje odbywają się w odstępach czasu od kilku minut do godziny;
- typ Vulcano - pochodzący od wulkanu tej nazwy, również z grupy Wysp Liparyjskich. Lawa jest bardziej lepka i szybko zastyga na powierzchni w czasie dzielącym poszczególne wybuchy. Gromadzące się pod zastygłą powierzchnią skorupy gazy wybuchają rzadziej, lecz z większą gwałtownością. Tworzące się nad kraterem chmury wulkaniczne są ciemne i przyjmują kształt zbliżony do kalafiora;
- typ Wezuwiusza - gwałtowniejsze wybuchy rodzaju Stromboli i Vulcano. Nagłe wybuchy bogatej w gazy lawy następują po dłuższych przerwach spokoju lub słabej aktywności. W wyniku opróżnienia kanału wulkanicznego do znacznej głębokości wskutek bocznych wycieków lawy zanika powierzchniowy nacisk na niżej leżącą magmę. Gwałtownie wyrzucana wtedy lawa wznosi się na znaczą wysokość w postaci gęstych chmur dając opady popiołów o dużym zasięgu. W czasie najgwałtowniejszych wybuchów Wezuwiusza wielkie ilości gazów i pary wodnej wznoszą się na wysokość kilku kilometrów tworząc z daleka widoczne chmury, często o charakterystycznym kształcie pinii. Ten rodzaj wybuchu opisał pierwszy Pliniusz w czasie katastrofalnego wybuchu w roku 79; nosi on też nieraz nazwę typu Pliniusza;
- typ Pele - charakteryzuje wulkany o dużej lepkości lawy i gwałtowności eksplozji. Ucieczka gazów jest utrudniona przez tworzenie się zakrzepłej powierzchni. Wydobywająca się powstałymi pod naciskiem gazów szczelinami magma gwałtownie wypływa potokami lawowymi, którym towarzyszą wydzielające się duże ilości gazów i par;
- szczelinowe (linearne) - produkty wulkaniczne wydobywają się podłużnymi szczelinami. Lawa wypełniająca szczelinę przelewa się w jedną lub dwie strony. Tą drogą powstają pokrywy obejmujące czasem duże obszary. Erupcje linearne są rzadsze od centralnych. Duże pokrywy bazaltowe, pochodzące z dawnych okresów geologicznych świadczą o tym, że przed dziesiątkami milionów lat ten typ erupcji był dosyć pospolity. Na niektórych obszarach wulkanicznych można odtworzyć zanikanie dawnych erupcji linearnych, których miejsce zajmują erupcje centralne. Niemal regułą jest, że erupcje linearne mają charakter law zasadowych typu bazaltowego; zawartość gazów w tych lawach jest niewielka. Dlatego też wylewom lawy erupcji linearnych rzadko towarzyszą potężne eksplozje, mają one charakter słabszych wybuchów i prowadzą do wytworzenia tylko niewielkich stożków wulkanicznych. Najczęściej są to otwarte szczeliny, którymi lawa wydobywa się spokojnie. Szczeliny czy rowy obfitują nieraz w drobne kratery ułożone wzdłuż linii wyznaczających przebieg szczeliny lub rowu;
- arealne - powstać one mogą wtedy, gdy magma batolitu lub lakolitu dojdzie do powierzchni Ziemi nie kanałem ani szczeliną lecz całą powierzchnią. Nastąpić to może przez przetopienie skał nadległych lub przez przedarcie się magmy na znacznej przestrzeni. Nie znamy współczesnych erupcji arealnych, prawdopodobnie jednak miały one duże znaczenie, kiedy istniały korzystne warunki do wydobywania się wielkich mas magmy na powierzchnię. Erupcje arealne charakteryzują się tym, że występujące na powierzchni skały wylewne przechodzą stopniowo w bardziej gruboziarniste skały głębinowe. Do tego typu erupcji zalicza się wulkaniczną płytę utworzoną z riolitów w Yellowstone Park (Stany Zjednoczone Am.). Zajmuje ona powierzchnię około 10000 km2 przy dużej miąższości. Obecność licznych gejzerów ogranicza się do obszaru riolitowego, co wskazuje na stały dopływ ciepła z głębi. Ponieważ wulkanizm tego obszaru zakończył się w pliocenie, tak dużym źródłem ciepła może być tylko batolit granitowy leżący w głębi.
Produktami erupcji wulkanów są lawy, materiały piroklastyczne i gazy. Częściowo mogą też występować skały wyrwane z podłoża podczas wybuchów. Lawy stanowią ciekły stop z przeważającą ilością krzemionki (ok. 50%). Kwaśne lawy zawierają jej więcej niż zasadowe. Temperatura law wynosi ok. 1000OC. Szybkość stygnięcia potoku lawy zależy od jej grubości. Cienkie pokrywy lawowe stygną szybko, ale lawa wypełniająca zagłębienia terenu może zastygnąć latami. Stygnąca, posuwająca się lawa wygląda inaczej, aniżeli ruchliwe potoki blisko miejsca wypływu. Są to nieregularne zwały zastygłych już bloków lawy, poruszane przez lawę ciekłą znajdującą się głębiej. Czasem u czoła takiego potoku lawy znajdują się duże, nawet dwumetrowe bloki, przesuwane na setki metrów pod naporem lawy. Takie potoki lawowe niszczą każdą napotkaną przeszkodę, burząc największe drzewa i domy. Nieraz wyrywają one skały z podłoża i zawlekają je na inne miejsca.
Ilości wyrzucanych materiałów piroklastycznych są nieraz olbrzymie. W czasie gwałtownych wybuchów wulkan wyrzuca bloki skalne o masie kilkudziesięciu, a nierzadko kilkuset kilogramów. Znane są przypadki wyrzucania nawet bloków kilkutonowych. Okrągłe bloki, najczęściej wielkości od pięści do głowy ludzkiej, noszą nazwę bomb wulkanicznych. Często są one spiralnie poskręcane wskutek ruchu obrotowego w powietrzu, co wskazuje na to, że te bloki nie były jeszcze zupełnie zastygłe w czasie erupcji. Drobniejszy materiał, wielkości od grochu do orzecha, nosi nazwę lapilli, używana jest także nazwa rapilli. Jeszcze drobniejszy materiał nosi nazwę piasków i popiołów wulkanicznych. Powstały one z rozpylonej lawy, krzepnącej w powietrzu, lub z wyrzuconych wybuchem pokruszonych i rozdrobnionych skał wulkanicznych. Najdrobniejszy materiał określany jest jako pyły wulkaniczne. Przez scementowanie drobnych materiałów piroklastycznych tworzą się tufy wulkaniczne. Materiały piroklastyczne mogą być wyrzucane w czasie wybuchów na znaczną wysokość; zależy to zarówno od siły wybuchu jak i wielkości wyrzucanych materiałów. Najbliżej miejsca wybuchu opadają duże bloki skalne. W czasie niektórych wybuchów Wezuwiusza obserwowano kilkutonowe bloki wyrzucane na wysokość stu metrów; spadały one w odległości kilkudziesięciu metrów od krateru; niekiedy te olbrzymie bloki znajdowano w odległości stu kilkudziesięciu, a nawet dwustu metrów. W czasie jednego wybuchu wulkanu Cotopaxi w Ekwadorze blok kilkunastotonowy został wyrzucony na odległość ponad dziesięciu kilometrów. Podczas wybuchu Krakatau w roku 1883 małe bomby wulkaniczne wyrzucane na wielkie wysokości, spadały w odległości kilkudziesięciu kilomętr6w. Popioły wulkaniczne znajdowano w odległościach dochodzących do 2500 km, a najdrobniejsze pyły okrążyły Ziemię wywołując w ciągu kilku miesięcy różne efektowne zjawiska optyczne w atmosferze, jak np. niesamowicie barwne zachody słońca. Popioły wulkaniczne wyrzucone w czasie wybuchu Wezuwiusza w roku 1906 dotarły aż nad Bałtyk.

Woda odgrywa niezwykle ważną rolę rzeźbotwórczą powierzchni litosfery. Główna masa wody występującej na powierzchni lądów pochodzi z opadów. Szczególnie obfite deszcze dostarczają na 1 km2 powierzchni litosfery tysiące ton wody. Woda ta szybko tworzy liniowe spływy, żłobiąc przy tym teren. Pojawiają się różnych rozmiarów bruzdy i rozcięcia bądź nawet doliny, kończące się w strefach utraty siły nośnej wody stożkami napływowymi. Ruch wody zależy od jej ilości (przepływu) i temperatury, od spadku terenu, właściwości podłoża oraz ilości niesionego materiału. Może być spokojny (laminarny, czyli warstwowy) albo burzliwy (turbulentny, czyli wirowy). Ruch spokojny cechuje ciągłość strumienia drobin cieczy, które przemieszczają się równolegle względem siebie. Zachodzi on, gdy woda płynie w prostej linii i jest słabo obciążona materiałem bądź rozpuszczonymi w niej substancjami, a także gdy jej temperatura jest stała. Ta postać ruchu jest jednak rzadko spotykana w przyrodzie. Najczęściej występuje w przyrodzie ruch burzliwy. Zachodzące w poprzek linii prądu przenoszenie energii oraz rozpuszczonych substancji 8i ładunku mineralnego czy organicznego prowadzi do przekraczania bariery sił lepkości cieczy. Skutkiem tego jest mieszanie wody w całym przekroju, połączone nawet z miejscowym „ płynięciem pod prąd”. Materiał ziarnowy niesiony przez wodę może podlegać toczeniu i poślizgom po dnie, ruchowi skokowemu oraz przenoszeniu zawiesinowemu. Transportowane okruchy są sortowane według wielkości, a także mechanicznie obrabiane. Obrabianie polega na eliminowaniu ostrych naroży, gładzeniu powierzchni i zaokrąglaniu kształtów. Na przykład powszechne w Tatrach ostrokrawędziste okruchy gruntu po stosunkowo krótkim transporcie w potokach górskich przyjmują postać owalnych otoczaków o gładkiej powierzchni. Otoczaki te są szeroko używane na Podhalu do budowy podmurówek domów, a także jako elementy konstrukcyjne ścian.
Ogólną tendencją rzek, ze względu na działanie grawitacji, jest ich dążność do wcinania się w podłoże – czyli erozja wgłębna. Profil podłużny każdej niemal rzeki odznacza się większymi spadkami w górnym odcinku oraz mniejszymi spadkami w środkowym i dolnym biegu. Od tej ogólnej zasady bywają jednak odstępstwa. Profil podłużny rzeki rzadko odznacza się harmonijnym kształtem. Składa się on z odcinków o różnym nachyleniu i różnej długości, a nierzadko występują w nim gwałtowne załamania w postaci progów i wodospadów, które są szczególnie częste w górnym biegu rzeki. U podstawy tych załamań zachodzi proces podmywania, a w konsekwencji także obrywania wznoszącej się powyżej ściany. Progi i wodospady przesuwają się więc w górę rzeki – cofają się. Ponadto w obszarach źródłowych rzek wymywanie materiału prowadzi do powiększania się tzw. Misy Źródłowej, a więc rozwijania doliny wstecz. Proces ten może nawet doprowadzić do przecięcia działu wód. Omawiane procesy nazywa się erozją wsteczną. Właściwości dowolnego profilu dowolnej rzeki, podobnie jak i charakter profilów poprzecznych doliny, zależą od rodzaju podłoża, zmian klimatu oraz wahań poziomu wody bądź ruchów powierzchni terenu w zbiorniku wodnym, do którego uchodzi rzeka. Zbiornik ten stanowi bazę erozyjną, czyli podstawę, do której rzeki wcinają swe koryta i doliny. W najogólniejszym ujęciu, bazą erozji dla przeważającej liczby rzek na Ziemi jest poziom wszechoceanu. Różnica wysokości między źródłem rzeki a jej ujściem decyduje o intensywności wcinania się rzeki w podłoże. Gdy ta różnica wysokości ulegnie zmniejszeniu, tempo wcinania się rzeki maleje. W dolnym odcinku następuje akumulacja niesionego materiału. Przy wzroście różnicy wysokości (obniżeniu się bazy erozyjnej) rośnie tempo wcinania się rzeki. Często także ruchy skorupy ziemskiej – zapadanie się albo podnoszenie – przyczyniają się do zmiany tempa erozyjnej działalności wód. Ruchy skorupy ziemskiej niejednokrotnie dotyczą tylko pewnych stref profilu podłużnego rzeki. W profilu tym pojawiają się więc odcinki o różnym spadku rzeki, często minimalnym. Te słabo pochylone odcinki profilu podłużnego rzeki spełniają rolę pośrednich „baz erozyjnych”, a zatem stref o tendencji do akumulowania. Natomiast odcinki profilu podłużnego o zwiększonych spadkach są wyjątkowo podatne na erozję. Współdziałanie ruchów skorupy ziemskiej wynikających z procesów endogenicznych i erozyjnych pracy rzek prowadzi do powstania przełomów. Zmiany charakteru pracy rzeki – czyli przemienność procesów erozji oraz akumulacji na całej jej długości – też uzależnione są od klimatu. Wpływa on na ilość wody w rzece, ilość przenoszonego ładunku, a więc i na sposób płynięcia oraz pracy rzeki. U podstaw okresowego wcinania się rzeki w podłoże bądź zasypywania własnej doliny leżą zatem wielorakie przyczyny. Formowanie i przekształcanie dolin rzecznych najczęściej przejawia się półkami teras. Wzdłuż niemal każdej doliny rzecznej ciągną się zespoły półek stanowiących kronikę życia rzeki. Wyróżnia się terasy pochodzenia erozyjnego, akumulacyjnego oraz mieszanego, tj. erozyjno-akumulacyjnego.