Деятельность рек

Деятельность рек

Мощные водные потоки рек, расчленяющие огромные пространства суши,

производят значительную эрозионную, переносную и аккумулятивную деятельность. Это наиболее динамические системы, преобразующие рельеф.

Интенсивность работы рек определяется их живой силой, т. е

кинетической энергией. Последняя зависит от уклона продольного профиля.

Под уклоном понимается величина перепада высот, деленная на расстояние

по горизонтали, на котором наблюдается этот перепад.

На интенсивности процессов в речных долинах сказывается турбулентный

характер течения, когда молекулы воды движутся беспорядочно или по перекрещивающимся траекториям, наблюдаются различные завихрения, вызывающие перемешивание всей массы воды от дна до ее поверхности.

В зависимости от характера и интенсивности питания изменяются режим

рек, количество и уровень воды, а также скорость ее течения. В соответствии с изменением уровня воды в реке говорят о высоком горизонте, соответствующем половодью, и низком меженном горизонте, или межени, наступающей после спада половодья. Помимо этого, в реках наблюдаются периодические паводки, соответствующие кратковременному повышению уровня воды от затяжных дождей.

Выделяют два типа эрозии

1) донная, или глубинная, направленная на врезание речного потока в глубину; 2) боковая, ведущая к подмыву берегов и в целом к расширению долины.

Каньон Дир Крик. Аризона. США

Обрывистые берега р. Кимча (Эвенкия), образовавшиеся в результате

боковой эрозии реки.

Соотношение донной и боковой эрозии изменяется на разных стадиях

развития долины реки. В начальных стадиях развития реки преобладает донная эрозия, которая стремится выработать профиль равновесия применительно к базису эрозии - уровню бассейна, куда она впадает.

В процессе регрессивной эрозии река, углубляя свое русло, стремится

преодолеть различные неровности, которые со временем сглаживаются, и постепенно вырабатывается более плавная (вогнутая) кривая, или профиль равновесия реки.

Выработка продольного профиля равновесия реки на различных стадиях

регрессивной эрозии (б0 - а0 ; б1- a1 , б2- а2 )

А - исток реки, Б - базис эрозии

Высота

Анализ развития речных долин показывает, что в выработке профиля

равновесия реки играют большую роль не только главный базис эрозии, но и местные, или локальные, базисы, к которым относятся различные уступы, или пороги.

На месте порога, или уступа, возникают водопады, которые размывают дно

уступа, а с другой стороны подмывают его основание вследствие возникающих водоворотов. В результате уступ разрушается и отступает.

Канадская часть Ниагарского водопада и отступание его (по С. К

Гильберту)

Работа реки

1960

1927

1905

1842

1875

1819

1764

Суммарное отступание Ниагарского водопада, низвергающегося с высоты

около 50 м, с 1875 г. составило около 12 км, что соответствует приблизительно скорости отступания около 1,0-1,2 м/год. Такой уступ с водопадом является локальным (местным) базисом эрозии.

На ранних стадиях развития долины реки, при значительном преобладании

глубинной эрозии вырабатываются крутостенные узкие долины, дно которых почти целиком занято руслом потока. Поперечный профиль долины представляет или каньон с почти вертикальными, иногда ступенчатыми склонами и ступенчатым продольным профилем дна, или имеет V-образную форму с покатыми склонами. Эта первая стадия развития реки называется стадией морфологической молодости. Такие формы особенно хорошо выражены в пределах молодых горных сооружений (Альпы, Кавказ и др.) и высоких плоскогорий, где глубина речных долин достигает сотен метров, а местами 1 - 2 км.

Боковая эрозия

По мере выработки профиля равновесия и уменьшения уклонов русла донная эрозия постепенно ослабевает и все больше начинает сказываться боковая эрозия, направленная на подмыв берегов и расширение долины.

Вихревые движения воды в придонном слое способствуют активному размыву

дна в стрежневой части русла, и часть донных наносов выносится к берегу. Накопление наносов приводит к искажению формы поперечного сечения русла, нарушается прямолинейность потока, в результате чего стрежень потока смещается к одному из берегов.

Начинается усиленный подмыв одного берега и накопление наносов на

другом, что вызывает образование изгиба реки. Такие первичные изгибы, постепенно развиваясь, превращаются в излучины, играющие большую роль в формировании речных долин.

Перенос

Реки переносят большое количество обломочного материала. Перенос его осуществляется волочением (перекатыванием) по дну наиболее крупных обломков и во взвешенном состоянии песчаных, алевритовых и более тонких частиц. Влекомые по дну и взвешенные переносимые материалы называют твердым стоком рек. Помимо обломочного материала реки переносят и растворенные минеральные соединения.

Аккумуляция

Наряду с эрозией и переносом различного материала происходит и его аккумуляция (отложение). На первых стадиях развития реки отложения оказываются неустойчивыми и при увеличении скорости течения во время половодий они вновь захватываются потоком и перемещаются вниз по течению. Но по мере выработки профиля равновесия и расширения долин образуются постоянные отложения, называемые аллювиальными, или аллювием (лат. "аллювио" - нанос, намыв).

В накоплении аллювия и в формировании речных долин большую роль играют

изгибы рек. Двигаясь по дуге изгиба, вода испытывает воздействие центробежной силы, и стрежень потока прижимается к вогнутому берегу, где вода опускается вниз, вызывая усиленный размыв дна, борта русла и захват обломочного материала. От подмываемого крутого берега придонные токи воды направляются к противоположному выпуклому берегу, где начинается интенсивная аккумуляция и образуется так называемая прирусловая отмель, частично обнажающаяся при спаде воды во время межени. Это начальный этап формирования аллювия.

Русла рек, петлеобразно изгибаются, формируя меандры

Глубокая часть, где вода активно подмывает берег, называется «плес». На противоположной стороне русла за счет переотложения материала формируется прирусловая отмель.

А

Б

С

Д

В местах изгибов русло обычно имеет асимметричную форму (разрез АБ на рисунке).

На ровных участках, называемых "перекаты", русло симметричное (разрез СД на рисунке). Вода одинаково подмывает оба берега.

Постепенное смещение подмываемых вогнутых берегов и наращивание

русловых отмелей у выпуклых берегов приводит, в конце концов, к образованию крупных излучин, называемых также меандрами (по названию р. Меандр в Малой Азии).

Излучины, развиваясь, приобретают значительную кривизну, образуют

серию петель, разделенных узкими перешейками. Местами происходит прорыв такого перешейка, и река на таких участках спрямляет свое русло. Осадки, накапливающиеся рядом с главным спрямленным руслом у концов покинутой излучины, заполняют оба ее конца, и она превращается в замкнутое озеро - старицу.

Схема последовательного смещения речных меандр по мере их развития

А

Б

А - начальная стадия; б - последовательные положения в более поздних стадиях; в - узкие перешейки меандр, при прорыве которых образуются старицы

В

В

Остатками прежних русел рек являются пойменные озера – старицы

В то время как сами реки постепенно проложили себе путь где-то в стороне. Поэтому и форма озер удлиненная, вытянутая, нередко сохраняющая форму изгиба речного русла.

Меандры р. Роко

Индонезия (космический снимок)

В результате последовательного развития речной долины происходят

значительное расширение площади русловых аллювиальных отложений и образование низкого намываемого берега, который начинает заливаться только в половодье. Такой низкий участок долины, сложенный аллювием, представляет пойму реки - часть долины, возвышающуюся над руслом, называемую также пойменной, луговой или заливной террасой.

Схема строения поймы (по Е. В. Шанцеру, 1966)

А - русло; В - пойма; С - старица; D - прирусловой вал; Н - уровень полных вод; h - уровень межени; М - нормальная мощность аллювия. Русловой аллювий: 1- разнозернистые пески, гравий, галька, 2- мелко- и тонкозернистые пески, 3- старинный аллювий, 4- пойменный аллювий

Выделяются три фации аллювия: русловая, пойменная, старичная

Русловой аллювий обычно представлен хорошо промытыми монофракционными косослоистыми песками, гравийниками, галечниками. Снизу вверх размер обломков меняется от крупного к всё более мелкозернистому. Характерной особенностью руслового аллювия является косая (диагональная) слоистость и латеральное прислонение более молодых слоёв к ранее отложенным. Старичный аллювий возникает за счёт отшнуровывания стариц от действующего русла. Обычно старичный аллювий образует линзы, вложенные в русловой аллювий. Для старичных отложений характерен алевропелитовый (пылевато-глинистый), реже мелкопесчаный состав и насыщенность органикой. Пойменный аллювий возникает за счёт осаждения частиц из паводковых вод, периодически затопляющих речную пойму весной. Залегает пойменный аллювий поверх руслового и старичного. Обладает субгоризонтальной слоистостью. Представлен иловато-глинистыми, в основном алевритовыми отложениями.

Формирование аллювиальных отложений

Строение аллювиальных толщ

Косослоистые песчаники русловой фации

Пойменные отложения: тонкое горизонтальное переслаивание алевролитов и тонкозернистых песчаников.

В каждой долине горных и равнинных рек наблюдается серия надпойменных

террас, возвышающихся над поймой и отделенных друг от друга уступами. Такие надпойменные террасы придают речной долине наиболее сложный ступенчатый террасированный поперечный профиль. В пределах равнинных рек обычно наблюдается до 3-5 надпойменных террас, в горных районах - до 8-10 и более.

Типы речных террас

А - эрозионные, или скульптурные; Б - аккумулятивные; В - цокольные; Р - русло; П - пойма, I, II, III - надпойменные террасы; H1, H2, H3 - эрозионные циклы. Элементы террасы: а - тыловой шов; б - террасовидная площадка; в - бровка террасы; г - уступ террасы; 1- аллювий; 2- коренные породы

Наличие надпойменных террас свидетельствует о том, что река протекала

когда-то на более высоких уровнях, которые в последующем были прорезаны в результате периодического усиления глубинной эрозии. Образование террас связано с понижением базиса эрозии, тектоническими движениями и изменениями климата.

При поднятии суши в верховьях речного бассейна или опускании базиса

эрозии изменяются уклоны реки и, следовательно, увеличивается ее живая сила, резко возрастает глубинная эрозия. В результате на месте плоскодонных долин вырабатываются вначале врезы V-образного типа, на новом уровне формируется профиль равновесия реки и затем новая пойма. Прежняя пойма остается в виде террасы, возвышающейся над новой поймой. При многократных понижениях базиса эрозии или поднятиях суши на склонах долин рек образуется система надпойменных террас. Счет надпойменных террас (н. т.) производится снизу вверх. Самая нижняя I н. т. (самая молодая), следующая выше расположенная II н. т. и т. д. Самая высокая терраса - самая древняя.

Устьевые части рек

На формирование устьевых частей рек влияют многочисленные факторы:

Расход воды в реке и его изменения во времени; количество и состав переносимого рекой обломочного материала; вдольбереговые морские течения; приливы и отливы; тектонические движения.

В зависимости от соотношения указанных факторов формируются различные

типы устьевых частей. Среди них наиболее типичны дельты и эстуарии.

Дельта фактически представляет собой конус выноса обломочного

материала, приносимого рекой. Когда река достигает моря, скорость течения падает. В результате этого большое количество материала, как влекомого по дну, так и находящегося во взвешенном состоянии, оседает. Таким путем образуется широкий наземный конус выноса с вершиной, обращенной к реке, и наклонным в сторону моря основанием.

Дельта р. Волги

Дельта р. Волги на космическом снимке

Карта дельты р. Волги

Дельты имеются у таких крупных рек, как Ганг с Брахмапутрой, Хуанхэ,

Янцзы, Нил, Рейн, Лена и др.

Космический снимок дельты р. Ганга

Дельта р. Лены

Эстуарии (лат

"эстуариум" - берег, заливаемый приливом) - воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки.

Шеннонский эстуарий

Необходимыми условиями для развития эстуариев являются:

Наличие приливов и отливов; вдольбереговые течения; прогибание земной коры, превышающее скорость накопления осадков.

Эстуарии хорошо выражены у рек Сены, Эльбы, Темзы и других, в

формировании которых решающую роль играют приливно-отливные и вдольбереговые течения.

Устье р. Сены

С эстуариями по форме сходны лиманы (греч

"лимнэ" - бухта, залив) - расширенные устья рек, затопленные водами бесприливных морей (Черное и др.). Их образование также связано с прогибанием земной коры в устьевых частях рек. Примерами являются лиманы Днепра, Буга и др.

Одесские лиманы

Сивашские лиманы

Лиманы Черноморского побережья

Днепровский лиман

Днестровский лиман

Вместе с тем имеются крупные эстуароподобные заливы в устьях рек

Сибири - Енисее и Оби. Они образовались в результате прогибания местности и затопления морем низовьев рек.

Обская губа

С эрозионной и аккумулятивной деятельностью рек связано формирование

особого типа месторождений ценнейших полезных ископаемых, называемых аллювиальными россыпными месторождениями. Если размыву рек подвергаются коренные месторождения или горные породы, содержащие тяжелые и химически стойкие минералы в рассеянном состоянии, то они переносятся на то или иное расстояние и откладываются вместе с другими аллювиальными отложениями.

В процессе переноса и переотложения продукты размыва сортируются по

плотности. В первую очередь выпадают золото и платина, затем такие минералы, как вольфрамит, касситерит, магнетит, рутил, гранат, алмаз. Эти тяжелые и устойчивые минералы и образуют аллювиальные россыпи - промышленные скопления полезных ископаемых.

С древними дельтами местами также связаны важные полезные ископаемые

Так, угленосные свиты Подмосковного угольного бассейна представляют, скорей всего, именно аллювиально-дельтовые озерно-болотные отложения раннекаменноугольного возраста.

Преобразования аллювиально-дельтовых отложений, богатых органикой, при

повышенных температурах и давлениях могут привести к образованию нефти и газа. Так, например, в строении плиоценовой продуктивной толщи Апшеронского полуострова, к которой приурочены газовые и нефтяные месторождения, также участвуют древние дельтовые отложения.