Речные террасы

Изучение речных террас относится к одному из наиболее важ­ных и сложных вопросов флювиальной геоморфологии, так как дает возможность судить об эволюции реки, о характере изменений кли­мата, колебаниях уровня базиса эрозии в пределах ее бассейна в течение достаточно длительного времени.

Внешне речные террасы представлены сочетанием относи­тельно пологих площадок, отделенных друг от друга более или менее высокими уступами. Получается система ступеней, ограниченных бров­кой и тыловым швом (подошвой), вытянутых параллельно реке — продольные террасы — иногда на протяжении многих километров. Сло­жены террасы полностью или отчасти аллювиальными отложениями и свидетельствуют о том, что когда-то река текла на более высоком уровне. Обычно площадки террас — бывшие поймы — во много раз шире по сравнению с высотой уступа. У крупных равнинных рек ширина террас достигает многих километров, а высота — нескольких метров. Последовательность образования каждой террасы начинается с накопления аллювия в период развития боковой эрозии и аккумуля­ции, а затем — уступа, означающего смену эрозионного цикла и разви­тия глубинной эрозии. Счет террас (относительный возраст) ведется снизу, от более молодой — первой надпойменной вверх, к более древ­ним (II, III надпойменным) (рис. 30).

Цикловые аллювиальные террасы характеризуются сменой или нарушением эрозионного цикла. Самой общей причиной обра­зования террас следует считать понижение базиса эрозии при тек­тонических, изостатических движениях или отступании морских бассейнов. Река, выработавшая профиль равновесия, под влиянием понижения базиса эрозии начинает усиленно врезаться, оставляя старую пойму, образуя уступ террасы. На уровне нового положения базиса эрозии река снова накапливает аллювий, образует новую пойму и формирует профиль равновесия. Следующее понижение базиса эрозии заставит русло оставить сложившуюся пойму и повторить новый эрозионный цикл. Процесс начинается на участке впадения реки и передается с помощью регрессивной эрозии вверх, поэтому количество цикловых террас в нижнем течении наибольшее. Они соответствуют морским и озерным террасам, но по возрасту всегда моложе (рис. 31).

Важной причиной образования террас служит изменение кли­мата. При увлажнении и увеличении водности реки усиливается ее эродирующая способность, которая выражается в процессе вреза­ния и выработки нового профиля равновесия. В низовьях реки ве­личина врезания ограничивается положением базиса эрозии, поэто­му максимум врезания приходится на среднее течение реки Такие террасы принято называть хордовыми.

Следовательно, надпойменные террасы могут возникать при понижении уровня океана — эвстатические террасы, поднятии терри­тории — тектонические террасы, изменении климата на значительной территории — климатические террасы, в результате естественного преобразования речных систем (речных перехватов и пр.)

В первом случае самое большое количество террас и их раз­витие наблюдается в нижнем течении реки. Тектонические терра­сы лучше выражены на участках максимального поднятия, а в мес­тах опускания они могут сливаться друг с другом или оказываются в погребенном состоянии. Наибольшей протяженностью в долине отличаются климатические — цикловые террасы, так как отражают изменение климата на большой площади.

Образование террас рек Восточно-Европейской равнины (Днепра, Дона, Волги и их притоков) связывают с изменениями кли­мата и уровня океана в ледниковые и межледниковые эпохи. Этот процесс можно представить следующим образом: крупная полого-вогнутая низменная территория (например, Приднепровская низмен­ность) в период таяния древнего ледника заполнилась серией рых­лых водно-ледниковых отложений, создавших цоколь для мощных аллювиальных осадков, накопленных позднее пра-Днепром в резуль­тате послеледникового увлажнения климата и высокого положения базиса эрозии, вызванного таянием ледяных масс. Возникла широ­кая пойменная низина. Последующее врезание в аллювий реки яви­лось реакцией на эпейрогеническое поднятие территории. Образо­вался уступ наиболее высокой террасы. В следующую ледниковую эпоху широкая долина реки снова стала ареной деятельности талых вод, а затем накопления мощных толщ аллювия. Послеледниковое врезание реки вызвало появление новой, более молодой террасы. Омоложенная таким образом река стала вырабатывать новый про­филь равновесия, формирование которого может снова нарушиться в ту или иную сторону при изменении климата.

В описанном случае допущено, во-первых, что новая долина каж­дый раз более узкая, чем древнее. В природе может быть иначе: аллю­вий более молодой террасы перекроет осадки более высокой террасы, тогда последняя окажется погребенной и не выразится в рельефе.

Во-вторых, каждый последующий врез проявлялся интенсив­но и достигал коренного ложа долины (как на участке Днепровских порогов). Такие террасы называются вложенными или прислонен­ными. В других случаях эрозионный врез ограничивается только толщей аллювия, и террасы называются наложенными.

Цикловые террасы обычно имеют небольшой абсолютный возраст. На реках Восточно-Европейской равнины, текущих на юг, они могут быть связаны с древними оледенениями и наиболее высокие насчитывают более 100 тысяч лет. Например, на реке При­пять аллювий второй надпойменной террасы относится к эпохе та­яния московского ледника, а первая терраса формировалась в эпоху последнего оледенения. На реках, текущих с юга на север и северо-запад (Западная Двина, Неман, Печора, Мезень, Одер, Эльба), возраст террас более молодой и связан с эпохой последнего оледенения и послеледниковым временем.

Далеко не всегда террасы относятся к цикловым.. Нередко они имеют локальный (местный) характер. Примером в этом отношении могут служить террасы реки Неман, образованные при спуске приледниковых озер, служивших реке временными базисами эрозии. Локальная терраса может образоваться выше участка реки, ранее подпруженного выступом твердых пород, поднятием ложа (типа порогов) Пере­сечение поднятия приводит к резкому понижению базиса эрозии и формированию выше порогов террасового уступа. Подобные усло­вия возникают на участке впадения притока в главную реку, стимули­рующую водность последней и усиление глубинной эрозии.

Локальные террасы формируются также в процессе обезг­лавливания рек выше перехваченного участка. Известны случаи образования локальных террас на малых реках под влиянием хозяй­ственной деятельности. Даже небольшая плотина на реке способ­ствует усилению аккумуляции аллювия в образованном выше по течению водохранилище. Уничтожение плотины вызовет спуск во­дохранилища, врезание реки и формирование террасового уступа на этом участке.

В зависимости от строения выделяют три типа террас: акку­мулятивные (аллювиальные), цокольные и эрозионные. Первые пол­ностью сложены аллювием и обычно это нижние (первая и вторая надпойменные) террасы с относительной высотой несколько мет­ров. В отличие от них, цокольные террасы в основании сложены водно-ледниковыми отложениями или коренными породами, а в вер­хней части — аллювиальными осадками, которые определяют воз­раст самой террасы. К такому типу относятся верхние террасы рек Восточно-Европейской равнины, Западной Европы, развитые на флювиогляциальных и озерно-ледниковых отложениях (Западная Двина, Висла, Одер, Эльба, Днепр). Относительные высоты таких террас достигают нескольких десятков метров. Каждая аллювиальная и цокольная террасы пережили фазы аккумуляции и эрозии, поэто­му нередко называются эрозионно-аккумулятивными.

Эрозионные террасы обычно сложены коренными породами, иногда лишь прикрытыми аллювием, и отражают особенности струк­тур данной территории — структурные террасы. Наиболее харак­терны они для горных рек, и каждая терраса отражает изменение состава пород, а не только смену эрозионного цикла. При длитель­ном однонаправленном поднятии территории в мягких породах образуются уступы, в твердых — пологие площадки. Типичны в этом отношении структурные террасы реки Колорадо, сложная система ступеней на склонах долин Яны, Днестра и др. Их количе­ство может достигать 8 — 10, а общая высота поднятия, в зависимо­сти от амплитуды врезания, превышать сотню метров.

Нижние аккумулятивные (аллювиальные) и цокольные терра­сы обычно сохраняют черты рельефа, свойственные поймам: прирус­ловые валы, вытянутые гривы и старичные понижения. Верхние древ­ние террасы значительно изменены эрозией притоков, конусами вы­носа, оползнями, дюнами, оврагами, покровными образованиями.

Велико значение речных террас в жизни людей как равнин­ных, так и горных стран. Они даже получают особые названия. Пер­вая надпойменная терраса рек Восточно-Европейской равнины называется боровой, так как слагающие ее пески заняты сосновыми лесами. Широкая вторая надпойменная терраса Днепра, Дона, Волги именуется лессовой или степной — в среднем течении этих рек территория покрыта черноземными почвами на лессах и почти пол­ностью распахана. Речные террасы в горах — это наиболее удоб­ные участки для строительства дорог, размещения населенных пунк­тов, развития сельского хозяйства. Террасовый аллювий нередко со­держит россыпные месторождения тяжелых и редких элементов — золота, платины, добыча которых намного легче, чем в коренных залежах. В старичном аллювии хорошо сохраняются остатки расте­ний, раковины моллюсков, служащие для выявления природных ус­ловий за определенный отрезок времени.

Водопады и пороги речных долин

Уступы в продольном профиле реки, расположенные попе­рек русла или долины, представляют собой поперечные террасы. Это явление характерно для рек, не достигших профиля равновесия пересекающих породы разной твердости. Механизм деятельности реки удобно рассмотреть на примере Ниагарского водопада Не­большая река Ниагара начинается из озера Эри и впадает в озеро Онтарио. На пути она пересекает выступ твердых известняков образующих крутой уступ. Широкая лента воды падает с высоты 50 метров и с помощью пятящейся эрозии отодвигает уступ со ско­ростью около 2,5 метров в год (рис. 32). Выше водопада река медленно течет в плоской неразработанной долине, ниже уступа она вы­работала узкое ущелье дли­ной более 11 километров. Расчеты показывают, что при сохранении скорости отодви­гания уступа примерно через 10 тысяч лет водопад исчез­нет, река Ниагара выработает профиль равновесия и озеро Эри будет спущено

Описанный пример характеризует водопады ни­агарского типа с большой шириной водного потока. Наиболее высокий (120 метров) и широкий (1800) метров водопад этого типа – Виктория на реке Замбези. Уступ на Замбези и ее притоках образован базальтовыми лавами. Мощная глубинная эрозия, вызванная тектоническим поднятием, сформировала сложную систему плосковершинных крутостенных гор структурных террас.

Очень образно описан водопад Виктория в книге М. Шварцбаха «Великие памятники природы». Особенность состоит в том, что воды Замбези по всей ширине реки обрушиваются в узкое ущелье, словно исчезая в нем… Вода, казалось, уходила в глубь земли, так как другой склон ущелья, в которое они низвергались, находил­ся всего в 80 футах от меня. Мощный поток шириной 1800 метров действительно сжимается здесь ущельем до нескольких десятков метров. Не менее своеобразна и форма каньона ниже водопада: по­чти равнинную местность зигзагообразно прорезают несколько ущелий глубиной около 100 метров. При взгляде издали трудно даже предположить, что река может здесь внезапно исчезнуть в 100-метровой пропасти, если бы белые облака водяной пыли, по­стоянно поднимающиеся из саванны, не указывали на существова­ние большого водопада.

...Непрерывная регрессивная эрозий — обычное явление, на­блюдаемое у очень многих водопадов. Но скачкообразная пятящая­ся эрозия, какую мы установили у реки Замбези, совершенно нео­бычна. Возможна она только в породах, зонально пораженных глу­бокой трещиноватостью. Можно предположить, что Замбези совершила по крайней мере восемь таких "скачков назад". Боль­шой известностью пользуется водопад ниагарского типа на реке Игуасу в Южной Америке высотой 72 метра и общей шириной более 1,2 километра"

Другой тип водопадов — иосемитский отличается большими высотами и узкой лентой воды, падающей каскадами. К этому типу относится самый высокий в мире водопад Анхель в Венесуэле высотой 979 метров. Название типа происходит от водопада в Иосемитской долине Северной Америки.

При благоприятных сочетаниях геологических структур воз­никает система, или линия, водопадов. Например, все реки, текущие со стороны Гвианского нагорья в сторону Амазонской низменнос­ти, образуют водопад. Линия небольших водопадов вытянута вдоль южной части Финского залива, в том числе Нарвский водопад. Многочисленные водопады образуют реки, впадающие в Терек на участке Большого Кавказа, водопадами богаты и другие горные стра­ны. В России наиболее высокий водопад Илья Муромец находится на острове Итуруп в группе Курильских. Многие водопады исполь­зуются в качестве дешевых источников энергии при строитель­стве электростанций, часто это центры международного туризма.

Асимметрия речных долин

В долине почти каждой реки четко выражена разница по крутизне и высоте левого и правого склонов в зависимости от расположения выпуклых и вогнутых частей излучин. Однако существует асимметрия долин и водоразделов, которая сохраня­ется на всем протяжении реки. В реках Северного полушария, текущих в разных направлениях, правый берег крутой и корот­кий, а левый длинный, пологий, с широкой поймой и террасами. Разные авторы предлагают три группы причин, объясняющих асимметрию долин: тектонические, планетарные, экзогенные. Тек­тонические причины проявляются через структуры, особенности литологии пород, характер новейших движений. Асимметрия воз­никает в том случае, если долина заложена по линии сброса, делящего породы разного состава или зоны поднятия и погру­жения (долина реки Енисей). То же самое бывает, если долина заложена в основании крупного моноклинального поднятия (река Волга в области Приволжской возвышенности). Обычна асим­метрия при образовании куэст в моноклинальных структурах и т.д. Эта же причина в равнинных областях объясняет асим­метричность долин, стекающих по общей покатости примерно па­раллельно друг другу (теория А.А. Борзова). В этом случае склон долины, совпадающий с направлением уклона топографической поверхности, будет разрушаться, выполаживаться, а противопо­ложный ему, лишенный влияния грунтовых вод, сохранится бо­лее крутым (рис. 33).

Крутизна правых склонов крупных рек объясняется влияни­ем силы Кориолиса (закон Бэра-Бабинэ): долины Амура, Лены, Оби; в очень малой степени она проявляется на малых реках. Для рек северо-запада Европы большое значение в формировании крутиз­ны правого берега приобретают постоянные западные ветры, прино­сящие осадки. По-видимому, во многих случаях значительную роль играет инсоляция — разница мощности и сроков таяния снега. Склон, обращенный на юг, разрушается быстрее.

Связь речных долин с тектоникой

Реки и речные долины являются порождением ряда природ­ных факторов, в первую очередь климата и геологических структур; даже на равнинах, сложенных однообразными рыхлыми породами, долины могут иметь косвенную связь со строением коренных по­род. Примером может служить река Припять на Мозырском участ­ке, река Днепр, вытянутая в согласии со структурными линиями, и т.д. Многие речные долины на рав­нинах относятся к нейтральным, или атектоническим, подобно долинам Оби, Иртыша в среднем и нижнем течении.

В горных областях, на равни­нах со сложным рельефом или близ­ким залеганием коренных пород речные долины весьма чутко реагиру­ют на особенности геологических структур. Большинство долин обхо­дят выступы твердых пород или гор­ные хребты и в таком случае называются продольными, т.е. согласны­ми с тектоникой. К этой категории можно отнести долину Эльбы, Лены в среднем течении, Амазонки и мно­гих других. Продольные речные до­лины отличаются выработанным продольным профилем, развитием боковой эрозии, проявлением аккумулятивных процессов, пологими тер­расированными склонами (рис. 34).

К продольным относятся до­лины синклинальные, антиклиналь­ные, моноклинальные, соответствую­щие продольным линиям разломов, долины-грабены. Каждый из назван­ных типов имеет свои морфологические особенности. Например, до­лины-грабены отличаются широким, нередко террасированным дном и высокими, крутыми склонами (реки Баргузин, Рейн). Долины, расположенные по длинной оси антикли­нальных складок, обычно неширокие со ступенчатыми склонами, с малым притоком подземных вод. В противоположность им синк­линальные долины широкие, обильно питаемые подземными вода­ми. Моноклинальные долины отличаются резко асимметричными скло­нами, как, например, Волга в районе Приволжской возвышенности.

Наряду с продольными долинами существуют долины рек или их участки, секущие геологические структуры, горные хребты попе­рек или под каким-то углом. Они называются поперечными или сквоз­ными — не согласными с тектоникой. В некоторых случаях попе­речные долины именуются долинами прорыва.

Изучение таких долин представляет особый интерес как с теоретической, так и с практической точек зрения. На сквозных участках поперечных долин глубоко обнажаются горные породы, вскрытые рекой, долина становится узкой и имеет все черты невы­работанной. В этом месте легче всего выявить геологическое строе­ние горного хребта, оно наиболее удобно для сооружения плотин, а на равнинных реках — каналов, соединяющих разные речные системы.

Образованию сквозных долин способствуют различные причины.

1. Долины, связанные с поперечным направлением тектонических линий. Например, на Кольском полуострове река Поной отно­сится к продольному типу, а многочисленные реки, текущие в субмеридиональном направлении (Воронья, Кола), используют для своих поперечных долин систему тектонических трещин. Возможно, того же происхождения долина среднего течения реки Урал, пересекающая горную систему в широтном направлении. В нижнем течении долина этой реки, расположенная в пределах Прикаспийской низменности, атектоническая.

2. Сквозные долины подземного заложения образуются в карсто­вых областях. Подземный участок карстовой реки в ряде слу­чаев пересекает на определенной глубине поднятие рельефа или горный хребет. В результате разрушения свода подземного уча­стка река выходит на поверхность в типичной поперечной доли­не. Подобным образом возник сквозной участок реки Салгир, пересекающий Крымские горы и впадающей в залив Сиваш, многих рек Балканского полуострова, например Любляницы и верхней Савы в Словении.

3. Большое распространение в горах и на холмистых равнинах получили поперечные долины озерного происхождения. Они возникают в результате поднятия уровня водоемов и образова ния вытока в наиболее низкой части склонов. Классическим примером может служить сквозной участок долины Западной Двины на границе Беларуси и Латвии, где река пересекает Балтийскую моренную гряду и направляется в Балтийское море. В одну из стадий последнего оледенения на территории Полоцкой низины возник крупный приледниковый водоем, который питали талые воды ледника. В период высокого уровня воды озера прорвали Балтийскую гряду, образовав узкую глубокую долину Западной Двины, которая позже явилась важной причиной спуска Полоцкого озерного водоема.

4. Антецедентные сквозные долины возникают в тех случаях, когда на пути реки образуется молодое поднятие, которое река ус­певает прорезать (перепилить) с помощью глубинной эрозии. Обычно река имеет более древний возраст в сравнении с гор­ным сооружением, отсюда и название: антецедентная, т.е. предсуществующая. Примеров таких долин много в молодых горах (рис. 35). К ним относится участок реки Брахмапутры при пе­ресечении ею Гималаев, поперечные участки реки Колорадо, гор­ные реки в массиве Пирин в Болгарии. Возможно, того же про­исхождения долина прорыва реки Терек в районе Дарьяльскогоущелья, Железные Ворота на Дунае.

5. В древних, испытавших вторичное поднятие, горах, на холмистых равнинах получили распространение эпигенетические (наложен­ные сверху) сквозные долины. Образование их можно предста­вить следующим образом: разрушенная денудацией горная сис­тема испытала погружение и перекрылась морскими осадками. Последующее поднятие обнажило плоскую морскую низменность, на поверхности которой возникли долины, расположенные в направлении покатости (уклона) независимо от древних струк­тур. Дальнейшее поднятие усилило глубинную и боковую эро­зию, морские осадки оказались смытыми, а реки врезались в коренные породы древней горной системы. Часть из этих молодых долин могут оказаться поперечными со всеми типич­ными их чертами. В работе "Сквозные долины Белоруссии и их хозяйственное использование" В.А, Дементьев подробно опи­сал процесс формирования эпигенетических долин в холмисто-моренном рельефе Беларуси.

6. Нередки случаи образования поперечных участков долин в процессе регрессивной эрозии, когда более сильная река с глубоким базисом эрозии пересекает водораздельную возвышенность или горный хребет и вклинивается в бассейн соседней менее активной реки. Такое происхождение имеют сквозные долины рек западного Кавказа, впадающих в Черное море, рек тихоокеанского склона Американских Анд, западного склона Урала.