Маршрут № 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

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

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

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. Подземных вод

6. Болот

7. Озер

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:

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

где:

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 :

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:

– (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;

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).

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).

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. Замбези 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).

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.