ПОСОБИЕ-ЧАСТЬ 1,2 2014 июнь
.pdfМаршрут № 1
Цель: ознакомление с геологической деятельностью водных потоков на примере р. Томи в районе г. Томска
Самостоятельно, до наступления времени маршрута, студентам необходимо повторить теоретический материал по теме: геологическая деятельность водных потоков.
Геологическая деятельность водных потоков
Ключевые слова и вопросы
Геологическая деятельность поверхностных текучих вод. Общие сведения о реках. Работа рек (эрозия, перенос, аккумуляция). Надпойменные террасы.
Геологическая деятельность поверхностных текучих вод
Геологическая работа поверхностных текучих вод складывается из:
1.Смыва.
2.Размыва (эрозии).
3.Перемещения продуктов смыва и эрозии (транспортировка).
4.Отложения перемещенных продуктов (аккумуляция). Плоскостной смыв
Существует две формы плоскостного смыва:
1.В форме тонких переплетающихся струек.
2.В форме линейно-направленных струй и потоков в рытвинах, оврагах, речных долинах (фото 1, рис. 1).
Рис. 1. Делювиальный плоскостной смыв
21
Фото 1.Образование борозд, канав и оврага поверхностными потоками. (Фото А.И.Чернышова)
Фото 2. Делювиальный плоскостной смыв. Процессы эрозии. Образующиеся рытвины превращаются в овраги. Хребет в районе Чаган-Узуна (Горный Алтай). Фото А.И. Чернышова
22
Образование и развитие оврагов
На крутых склонах процесс размыва увеличивается и называется эрозией. Образуются рытвины. Рытвины растут и превращаются в овраги. Овраг растет вспять (фото 2).
Образуются боковые овраги. В развитии оврагов выделяют четыре стадии:
1.Стадия промоины или рытвины;
2.Момент образования вершинного перепада или обрыва (12-15 м);
3.Достигает своим устьем уровня долины или другого понижения;
4.Стадия затухания, овраг зарастает растительностью. Иногда он превращается в речную долину.
Уровень того бассейна, в который впадает овраг, называется базисом эрозии.
Работа временных горных потоков
При резком падении скорости движения воды, временный поток разливается по долине в виде веера и откладывает весь принесенный им материал. Образуется конус выноса (фото 3).
Фото 3. Русло временного потока и конус выноса. Вид на базу ТПУ с месторождения Тансывай. Хакасия. Фото В.Н. Сальникова
23
Происходит сортировка материала: ближе к горам откладываются крупные обломки, дальше галька, песок и пылевые частицы. Отложения временного потока в зоне конуса выноса выделяются в самостоятельный генетический тип под названием – пролювий. Временные горные потоки растут в направлении от базиса эрозии вверх – пятящаяся или регрессивная эрозия. Выделяют три части во временном горном потоке: 1) водосборный бассейн; 2) область стока; 3) область осаждения (рис. 2).
Рис. 2. Схема временного горного потока (Г.П. Горшков, А.Ф. Якушова, 1962)
Сели или муры Грязекаменные потоки называются селями (сили). Распространены сели в
Средней Азии и Кавказе, а муры – в Альпах. Например, 8 июля 1921 г. в г.Алма-Ата грязевый поток частично разрушил город. По масштабам разрушения и гибели людей сели, оползни занимают первое место. Второе – цунами.
Общие сведения о реках По типу питания реки разделяются:
1.снеговое питание;
2.за счет таяния ледников (Аму-Дарья);
3.за счет дождей (Амазонка, Конго);
4.смешанное питание;
5.за счет подземных вод;
6.болот;
7.озер.
24
Характер каждой реки определяется следующим образом:
1.количеством воды;
2.уровнем воды;
3.скоростью течения.
Изменение этих данных во времени представляет собой режим реки. Питание подземными водами наблюдается во всех реках. Северные реки питаются за счет грунтовых вод на 30%. Реки средней полосы – 10-20%. Реки южной части – 5-10%. Период наименьшего количества воды называется меженным или «меженью». Подъем воды при таянии льда и снега называется половодьем. Паводки – подъем уровня воды при затяжных дождях.
Скорость течения воды
Зависит от массы воды, уклона и особенностей русла. Движение воды обычно турбулентно (вихревое) и создает различные водовороты. Только на отдельных участках реки движение воды может быть ламинарным. Средняя скорость течения воды определяется:
C RI
где С – коэффициент, зависящий от трения (шероховатости стенок и дна русла);
R – гидравлический радиус реки – т.е. отношение площади поперечного сечения реки («живое сечение реки) к длине смоченного периметра (рис.3).
Рис. 3. Схема по определению гидравлического радиуса реки
R
S S
P h h1 l l1
25
где:
P h h l l1
P – периметр; l1 – длина (ширина реки); l – длина (ширина дна реки); h – длина левого берега от зеркала воды до дна; h1 – длина правого берега от зеркала воды до дна.
При большой ширине и малой глубине реки «R» близко к средней глубине. I – уклон поверхности реки (на единицу длины) (рис. 4).
Рис. 4. Схема по определению уклона поверхности реки.
Уклон – это отношение разности высот двух точек водной поверхности к горизонтальному расстоянию между ними :
I |
h h1 |
|
l |
||
|
Например, в зависимости от уклона средняя скорость течения воды в реке равнинного типа – 0,5-0,6 м/сек. Для горных рек – 3,0-5,0 м/сек и более.
Работа рек
Способность реки производить работу может быть названа энергией реки. Это ее живая сила:
|
m |
2 |
|
|
K |
|
|
||
2 |
– |
(формула кинетической энергии). |
||
|
||||
|
|
|
Живая сила реки (К) пропорциональна массе воды (m) и квадрату скорости
течения (). В зависимости от соотношения между живой силой реки (К) и грузом (L), т.е. взвешенные твердые вещества, которые она несет с собой, меняется эффективность работы реки.
Три случая:
1.K > L – преобладает эрозия;
2.К = L – наблюдается равновесие между эрозией и аккумуляцией;
26
3. К < L – преобладает аккумуляция.
Работа реки заключается в следующем: 1) эрозия (размыв); 2) перенос (транспорт) материала; 3) аккумуляция (накопление) материала.
Эрозия
Различают донную эрозию и боковую. За базис эрозии реки принимается уровень приемного бассейна, в который впадает река (рис. 5).
Рис. 5. Выработка профиля равновесия реки
а2 – сбор воды; а1 – впадают более крупные притоки; а – впадают самые крупные притоки.
Максимальная эрозия – аБ; крутой склон – аб. Затем склон займет положение а, б, бБ.
Река выработает новую плавную кривую Аб2б1бБ. Б – базис эрозии (по А.П. Павлову, из работы Г.П. Горшкова, А.Ф. Якушовой, 1962).
а)
Рис. 6,а. Схема образования порогов (а). Рисунок В.Н. Сальникова
Такая кривая называется – выравненной кривой эрозии – профиль равновесия реки.
Скальные породы задерживают углубление реки и образуют пороги (рис.6; фото 4).
27
Фото 4. Тува. Водопад, попятная эрозия. На переднем плане река Казыр-Суг прорезает среднемиоценовые базальты. Высота водопада – 10м. На заднем плане массив щитового вулкана Соруг-Чумку-Узю. Фото. С.Г. Прудникова
Ниагарский водопад h = 50 м (Канада). Ниагарский водопад отступает 1,2 м в год (рис. 6, б).
28
Рис. 6, б. Канадская часть Ниагарского водопада и отступание последнего почти за 280 лет. (По Гилберту). Из работы А. Аллисон, Д. Пальмер, 1984
Рис. 7. Схема образования ниши и котла при падении воды в водопаде. Рисунок В.Н. Сальникова
Водопад Джерзоппа в горах Западной Гаты (Индия) имеет высоту 249 м.
Водопад Виктория в южной части Африки на р. Замбезии имеет ширину – 1600 м, высоту – 130 м. Под водопадом камнями высверливается исполинский котел. Уступы служат местными базисами эрозии. Плотины также служат местными базисами эрозии. (рис.8, фото 5).
29
Рис. 8. Схема изменения базиса эрозии с постройкой плотины. Рисунок В.Н. Сальникова
Перенос материала
Перенос материала рекой осуществляется различными способами:
1)волочением;
2)перенос во взвешенном состоянии;
3)перенос растворенных веществ.
Пример: Аму-Дарья ежегодно выносит в низовье около 570 млн.т веществ во взвешенном состоянии. Волга – 19 млн.т.
Транспортировка растворимых веществ осуществляется в трех формах:
1.легкорастворимые соли (NaCl, KCl, MgSO4, CaSO4)
2.карбонаты щелочноземельных и щелочных металлов (CaCO3, MgCO3, Na2CO3);
3.соединения Fe, Mn, P.
Первая группа переносится в форме растворов. Вторая и третья в виде механического материала. Переносится и органическое вещество.
Аккумуляция (отложение)
Одновременно с эрозией и переносом происходит и отложение материала. Отложения, накапливающиеся в речных долинах, называются аллювиальными отложениями или аллювием.
Речные долины С глубоким базисом эрозии река быстро вырабатывает глубокую долину с
крутыми бортами. Поперечный профиль такой долины называется каньон (ущелье) или V-образной долины (рис. 9, фото 5,6).
30