Глава 7. Фяювиальные процессы и формы рельефа Общие закономерности

Одним из важнейших экзогенных факторов, преобразующих поверхность Земли, является деятельность текучих вод, движение которых направлено обычно из мест более высоких в понижения земной поверхности. Текучие воды — талые снеговые, дождевые, ледниковые, ручьевые, речные производят огромную разрушительную (эрозионную), транспортирующую и накопительную (аккумулятивную) работу, величина которой зависит от целого ряда природ­ных факторов. Согласно данным, собранным в период Международ­ного гидрологического десятилетия 1965-1974 годов, все реки земного шара ежегодно выносят в море в среднем приблизительно 20 мил­лиардов тонн минеральных осадков (твердый сток), что соответ­ствует сносу с поверхности суши слоя в 3 сантиметра толщиной каждую тысячу лет. Средний по земному шару сток взвешенных наносов рек соответствует сносу 201 тонны материала с каждого квадратного километра суши.

Текучие воды образуют нерусловой и русловой сток. Нерусловые потоки растекаются по наклонной поверхности сплошным водным слоем во время выпадения ливневых осадков или интенсивного таяния снега (плоскостной смыв). При небольших, но дли­тельных осадках, особенно ранней весной, когда еще сохраняется мерзлый зимний слой, возникает струйчатый смыв, формирующий на наклонной поверхности сеть временных микроборозд. Плоскостной и струйчатый смыв наиболее активен на относительно пологих и крутых склонах, не задернованных растительностью, сложенных водоупорными грунтами. В равнинных странах слой смытых таким образом почв составляет 1,5 — 2 миллиметра в год и приводитв верхней части склона к образованию смытых (скелетных), а в нижней части — намытых бесструктурных почв.

Накопленный слой смытого рыхлого материала в горных странах в виде конусов выноса временных потоков образует особую породу — пролювий (лат. proluo— сношу течением), в равнинных же странах формируется делювий, покрывающий плащом нижние части склонов.

Русловой процесс представлен временными и постоянными потоками. Деятельность всех русловых потоков подчиняется определенным законам, проявление которых наблюдается как в больших реках, так и в малых ручьях, поэтому изучать их деятельность можно на небольших искусственных моделях. В основном эти законы сводятся к следующему.

1. Внешнее сходство русловых потоков в плане, поперечном и продольном профилях; все русловые водотоки расположены в линейно вытянутых углублениях – долинах, они никогда не пересекаются, а при встрече сливаются друг с другом.

2. Работа производимая русловым водотоком, зависит от его «живой силы», т. е. кинетической энергии, которая определяется по формуле:

Р=mv²/2

Где Р – живая сила, m – масса воды, v – скорость течения. Таким образом, работа водотока пропорциональная массе воды в нем квадрату скорости, т.е. величине уклона. Если масса воды увеличивается, например, в 4 раза, то во столько же раз увеличивается работа; если же в 4 раза повысится скорость, то живая сила, а следовательно, разрушительная деятельность, возрастет в 16 раз. Вот почему горные реки при относительно небольших массах воды, но небольших скоростях отличаются мощной эрозионной деятельностью. Масса воды пропорциональна расходу водотока и зависит от ряда природных условий: климата, рельефа, геологического строения, выходов грунтовых вод, характера растительности и т.д. Скорость же является в первую очередь функцией уклона, а также зависит от формы шерховатости русла и определяется по формуле Шези:

v=c√Ri

где с – коэффициент шероховатости русла, обуславливающий силу трения, R – гидравлический радиус (отношение площади живого сечения водотока к смоченному периметру русла), i — уклон.

3. Способность водотока проявлять эрозионную или аккумулятив­ную деятельность, в конечном счете, зависит от соотношения между живой силой реки Р и грузом переносимого ею обломоч­ного материала L,. Если Р >L, преобладают процессы эрозии, Р = L — наблюдается равновесие между эрозией и аккумуляци­ей, Р < L — преобладает аккумуляция.

4. В эрозионной деятельности водотока выделяют донную, или глу­бинную, и боковую эрозии, соотношение между которыми опре­деляет общий облик долины как основной формы рельефа, созданной текучими водами. Долинами принято называть полые, линейно вытянутые формы рельефа с однообразным, часто не­равномерным падением тальвега. Глубинная эрозия направлена на углубление (врезание) русла, а боковая — на подмыв берегов и расширение долины в целом. Обычно на ранних стадиях деятельности водотоков проявляется глубинная эрозия, а доли­ны отличаются значительной глубиной при небольшой ширине. Преобладание боковой эрозии выражается в расширении доли­ны, выполаживании ее продольного профиля, развитии излучин и меандр.

5. В развитии долин рек и временных водотоков различаются ста­дии молодости, зрелости и старости, каждая из которых характеризуется особенностями поперечного и продольного профиля. Смена стадий развития выражается в стремлении водотока выработать профиль равновесия, т.е. плавную кривую движения воды, на которой сглаживаются все неровности продольного профиля, и устанавливается равновесие между живой силой потока, грузом влекомого им обломочного материала и сопротивлением ложа размыву. Возможность вырабатывать профиль равновесия тесно связана с положением базиса эрозии, т.е. наиболее гипсометрически низкой точкой в продольном профиле (или в его отрезке), ниже которого водоток не может углубиться. Общий базис эрозии любого потока — место впадения в океан, озеро, главную реку.

Работа каждого водотока происходит по всей его длине, но начинается от основного или местного базиса эрозии. Конечный базис всех процессов эрозии и денудации — уровень океана — служит тем пределом, до которого теоретически может пони­жаться суша в процессе денудации. Однако подвижность литосферы и уровня океана нарушает формирование профиля равно­весия рек и процесс выравнивания земной поверхности. Поэто­му флювиальный рельеф развивается непрерывно, стадия "пре­дельного" выравнивания практически недостижима.

В начальной стадии развития профиля равновесия при не­подвижном базисе эрозии преобладает глубинная эрозия, кото­рая носит регрессивный характер, т.е. продвигается снизу вверх,— пятящаяся, или попятная, эрозия. С ее помощью долины удли­няются (растут) вверх по склону. В зрелой стадии наблюдается сполаживание продольного профиля в нижней части и происхо­дит накопление аллювия. Этот процесс постепенно распростра­няется вверх по профилю. Изменение положения базиса эро­зии— основная причина нарушения кривой профиля равновесия в сторону его омоложения (при понижении базиса эрозии) или старения (поднятие базиса эрозии) (рис. 21). 6. Аккумулятивная деятельность водотока начинается с того мо­мента, когда вся его живая сила тратится на перенос материала и преодоление трения. В результате накапливается особый вид континентальных отложений — аллювий (лат. alluvio — нанос, намыв), различают речной (пойменный, террасовый, русловой, старичный) аллювий, мощность которого может достигать мно­гих метров, и овражный, балочный, аллювий. Этот вид отложе­ний отличается сложностью и сортированностью материала. Последний может быть представлен как мелкими илисто-глини­стыми или песчаными осадками в равнинных реках, так и гру­бым гравийно-галечниковым и глыбовым материалом — в гор­ных реках.

Рис.21 Блок-диаграмма продольного профиля молодой речной долины (по У. Дейвису)