Различные виды работы рек. Отличительной особенностью всех текучих вод является их поступательное движение по наклонной плоскости. Это непрерывное поступательное движение создает работу. Согласно законам механики, работа текучих вод находится в прямой зависимости от скорости течения и от массы воды или, точнее говоря, от Кинетической энергии.
В зависимости от величины живой силы работа реки или всякого другого потока может проявляться различно. Остановимся на трёх наиболее типичных случаях.
1. Кинетическая энергия воды может преодолевать силу тяжести тех частичек породы, которые слагают дно и стенки русла. При этих условиях движущаяся вода может отрывать частицы породы и уносить их с собой. В результате получается углубление и расширение русла. Этот процесс принято называть эрозией.
2. Кинетическая энергия может уравновешиваться весом переносимых водою частичек. При этих условиях возможен только перенос частиц (транспорт).
3. Кинетическая энергия может оказаться недостаточной для переноса частиц. При этих условиях река будет откладывать их на дне русла. В результате отложения происходит повышение дна русла. Процесс отложен и я называют иногда латинским термином аккумуляция .
Все три процесса могут иметь место в любом участке реки. Однако в верхнем участке реки, где скорость течения наибольшая, обычно преобладает эрозия, а в нижнем участке, где скорость наименьшая,— аккумуляция. В зависимости от преобладания того или другого процесса характер различных участков реки бывает различен. Последнее обстоятельство даёт основание выделять в каждой реке три основных участка: верхний, средний и нижний. В верхнем участке, отличающемся более быстрым течением, преобладает эрозия и особенно глубинная эрозия, что приводит к углублению русла. В среднем участке размывание и отложение приблизительно уравновешивают друг друга. В нижнем участке отложение явно преобладает над эрозией.
Эрозия. Эрозия выражается как механическим, так и химическим действием текучих вод. Химическое действие имеет сравнительно малое распространение (при встрече с легко растворимыми породами). Механическое действие следует считать преобладающим.
Различают два вида механического действия: с м ы в а н и е (абляция ) и с т и р а н и е (коррозия '). Смывание — это снос и унос рыхлых материалов. Стирание протекает значительно сложнее. Текучие воды, несущие песок, гальку и более крупные камни, могут стирать, шли-фовать и царапать очень твердые породы. Известно немало случаев, когда горные потоки пропиливают глубочайшие ущелья даже в самых крепких горных породах. Кроме того, вихревые движения воды вызывают вращение галек и мелких камней, которые высверливают значительные углубления.
Различают два вида эрозии: г л у б и н н у ю — связанную с углублением дна русла, и б о к о в у ю — связанную с расширением русла.
При большей скорости течения преобладает глубинная эрозия, при меньшей — боковая.
Глубинная эрозия. Процессы глубинной эрозии наиболее ярко выражены в верхних участках рек и особенно на малых реках. Для наших целей, т. е. для нашего первого ознакомления с глубинной эрозией, удобнее всего воспользоваться именно малыми реками или ещё лучше теми временными потоками, которые образуются от дождей или таяния снегов весной.
Базис эрозии. Обратимся снова к нашему примеру размывания оврага. При устье оврага, как уже говорилось, мы обнаруживаем значительные толщи рыхлых отложений. Наличие этих отложений с достаточной ясностью свидетельствует о том, что скорость потока при устье резко уменьшилась. Само собой разумеется, что отмеченная нами равнинная поверхность является тем пределом, глубже которого при данных условиях поток врезать своё русло не может. Эта горизонтальная поверхность, служащая пределом глубинной эрозии потока, называется б а з и с о м э р о з и и данного потока .
Боковая эрозия. Работа по расширению русла обычно протекает одновременно с глубиной эрозией. Но при сильной глубинной эрозии боковая эрозия в глаза не бросается. Однако по мере того как глубинная эрозия ослабляется, всё ярче и ярче выступает работа текучих вод, направленная в сторону подмывания берегов и расширения русла. И даже в тех случаях, когда глубинная эрозия прекращается вовсе, деятельность боковой эрозии продолжается и в некоторых случаях даже приобретает особенную яркость. Последнее очень хорошо можно видеть у вогнутый берегов речной извилины. Здесь на поворотах стержень (или стрежень) реки, согласно законам инерции и центробежной силы, смещается в сторону вогнутых берегов, что и приводит к большему разрушению этих берегов
Положение стрежня при изгибе русла реки (по а.А. Половинкину)
Кроме того, здесь возникают поперечные течения (одно в сторону вогнутого берега на поверхности и второе- обратное на дне реки)
Идеальный продольный профиль потока. этих условиях река приобретает А — вершина; Б — базис эрозии. винтообразное течение, вызывающее усиленный подмыв вогнутых берегов и образование отложений у выпуклых берегов.
Возникновение даже самого небольшого изгиба вызовет перемещение стержня реки в сторону вогнутого берега, что приведет к увеличению изгиба. При этом возникновение одного изгиба приведёт к образованию следующего, расположенного ниже, и т. д. В результате равнинная река приобретает змеевидные изгибы, известные под названием м е а н д р о в , или излучин.
Извилины реки под влиянием той же боковой эрозии непрерывно изменяются. Они разрастаются в стороны, образуют петли, прорываются рекой. Излучины, оставшиеся в стороне от прорыва, сначала образуют глубоко вдающиеся заливы (затоны), которые потом отделяются от реки наносами песков и превращаются в озёра — старицы В результате река блуждает по равнине иногда в очень больших пределах.
Образование старицы (по а.А. Половинкину)
Пределом боковой эрозии могут быть горы и возвышенности. Но в конечном итоге и эти пределы не являются вечными. Если бы земная кора потеряла свою подвижность, т. е. способность создавать новые неровности, то реки могли бы уничтожить все горы и возвышенности, обратив поверхность суши. в предельную равнину. Но этого, как мы знаем, не бывает, потому что земная кора под влиянием внутренних сил Земли создаёт всё новые и новые неровности.
Перенос. Переносная сила воды обусловливается прежде всего скоростью течения. Мельчайшие частички ила переносятся водой при самом незначительном течении. Пески требуют уже более сильного течения, а крупные гальки перекатываются или переносятся водой только при значительных скоростях течения. Приложенная таблица даёт достаточно яркое представление о характере переносной силы текучих вод.
1) Мелкий песок переносится при скорости 2) Крупный песок
3) Мелкая галька
4) Галька с диаметром около 25 мм 5) Галька » » 50 6) Камни объемом до 5 дм3 7) Камни» 50 дм3 8) Камни» 500 дм3'
0,15 м/сек 020» 0,50 — 0,70» 090» 1,50 — 1,60» 225» 4—5 » 11 — 12»
Большинство рек имеют скорость у дна около 0,50 м/сек, и, следовательно, могут переносить только ил, песок. Горные потоки имеют скорость до 7-10 м/сек и даже больше, что дает им возможность переносить валуны в 15 кг и больше.
Отложение. Уже не раз отмечалось, что количество и качество рыхлых материалов, переносимых текучими водами, зависит главным образом от количества воды и скорости течения. Естественно, что всякое замедление течения совершенно неизбежно будет приводить к отложению тех рыхлых материалов, которые при уменьшившейся скорости течения уже не могут переноситься далее. Всякий поток и всякая речка замедляет своё течение в нижней своей части и главным образом при устье. Отсюда понятно, почему нижняя часть реки и в особенности русло являются главным местом отложений.
Все отложения, производимые современными текучими водами, называют а л л ю в и а л ь н ы м и н а н о с а м и, или просто а л л ю в и е м. Аллювий отлагается по всей длине потока, но характер его в различных частях потока неодинаков. В верхней части, где скорость течения наибольшая, отлагаются наиболее крупные обломочные материалы (камни, валуны, галька); в нижней, наоборот,— мелкие (пески, ил). Если быстрый горный поток выходит на равнину, то он сразу теряет свою первоначальную скорость, и обломочный материал, приносимый потоком, накапливается сразу же при самом выходе. Эти накопления неотсортированных крупных камней, щебня и мелких обломочных материалов имеют обыкновенно вид широкого конуса, носящего название к он у с а в ы н о с а.
