4.3 Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

Скорость водной эрозии связана с кинетической энергией текучей воды, которая в свою очередь определяется массой воды и скоростью ее перемещения. Минимальной массой обладают дождевые струи, покрывающие земную поверхность во время ливня сплошной пеленой. Сливаясь, струи образуют ручейки и временные потоки, обладающие значительной кинетической энергией. Разрушительная деятельность дождевых струй при­водит к растворению некоторых минералов, вымыванию и уносу слабо закрепленных обломков, образовавшихся' под действием процессов выветривания, и называется площадным смы­вом.

Скорость площадного смыва существенно зависит от скорости течения, определяемой наклоном поверхности. Особенно наглядна эта зависимость на примере уступа, разрушающегося под действием поверхностных текучих вод (рис.2). На вершине, при слабом наклоне поверхности, эрозионная деятельность теку­чих вод минимальная. Интенсивный площадной смыв начинается на границе уступа, где скорость водных струй резко возрастает. Энергия воды здесь расходуется на образование промоин, рытвин, вырастающих в систему оврагов; крутизна уступа способствует образованию коллювия — оползней, обвалов. Продукты эрозии перемещаются к подножию уступа, образуя делювий — обломоч­ный склон.

Эрозионная деятельность воды при площадном смыве носит временный характер и проявляется только во время дождей и тая­ния снегов, транспортировка обломков при этом производится на относительно небольшие расстояния. Поэтому делювий харак­теризуется небольшой окатанностью, слабой цементацией и сор­тировкой обломков. Как правило, толщи таких пород, состоящие из угловатых обломков различных размера и формы, слабо сцементированных песчано-глинистым материалом,

Рис. 2 Схема разрушения- уступа поверхностными текучими водами.

1 - овраги; 2 - обвалы, оползни: 3 - осыпь; 4 - делювий; 5 - осадки; 6 - коренные породы; стрелка показывает направление разрушения уступа. I - уступ; II - склон; III — педимент.

легко отличить от пород иного, например, эолового происхождения, характе­ризующихся хорошей окатанностью и сортировкой.

Таким образом, в пределах склона эрозионная деятельность поверхностных вод практически прекращается, здесь происходит в основном накопление делювия. Еще дальше от уступа распола­гается педимент, в пределах которого уклон поверхности обычно не превышает 5—Т. Здесь кинетическая энергия водных струй невелика и поэтому на поверхности педимента происходит отложение лишь самых мелких (и самых легких) обломков.

Длительное воздействие площадного смыва приводит к раз­рушению уступа и параллельному отступанию склона вверх, к вершине. Площадь, занимаемая обломочным склоном и педиментом, расширяется, происходит педиментация района (рис. 2).

Педиментацня — сложный и многоступенчатый процесс. Есте­ственно, что он обусловлен воздействием не только площадного смыва. Одновременно разрушению уступа способствуют процессы выветривания, деятельность ветра и других экзогенных факторов. Конечным результатом педимеятации является выравнивание рельефа.

Скорость водной эрозии существенно зависит также от проч­ности коренных пород. Этот фактор в значительной мере опреде­ляет контрастность морфологических форм рельефа. В районе с выходами прочных пород уступ имеет значительную высоту, а скорость его разрушения невелика. Если обнажаются рыхлые породы, легко подвергающиеся размыву, уступ невысок или вообще отсутствует - вершина практически сразу обрамляется обломочным склоном, который, в свою очередь, плавно переходит в педимент.

Разрушительная деятельность площадного смыва велика, однако главную работу поверхностных текучие вод выполняют, реки — стабильные водные потоки, крупнейшие из которых протягиваются на тысячи километров.

Общие сведения о реках.

Совместно с временными потоками реки образуют так называ­емый русловой сток, работа которого в отличие от пло­щадного смыва сосредоточена в относительно узкой долине, называемой руслом.

Реки совершают огромную работу по разрушению коренных пород, транспортировке и отложению продуктов их разрушения. Количество продуктов эрозии, переносимых отдельными реками, измеряется многими миллионами тонн и зависит как от мощности речного потока, так и от характера размываемых пород.

Твердые частицы, переносимые реками, образуют твердый сток рек. Необ­ходимо учесть, что продукты разрушения коренных пород вы­носятся реками не только в твердом, не и в растворенном виде. Растворенные в воде минералы образуют химический сток рек.

В пределах бассейна у реки выделяют исток, русло .и устье, а также притоки. Русло обычно имеет довольно сложную форму, определяемую изменениями наклона поверх­ности. Форма русла оценивается коэффициентом из­вилистости k, который представляет собой отношение истинной длины реки L (с учетом всех ее извилин) к кратчайшему расстоянию между истоком и устьем l: k = L/l.

Рис. 3. Направление и скорость течения воды в реке.

Деятельность рек тесно связана с другими экзогенными фак­торами. По существу реки являются одним из звеньев круго­оборота воды в природе. И действительно, количество воды в реке определяется среднегодовым уровнем осадков (поверхностный сток). В свою очередь, протекающая в реке вода расходуется на испарение и увлажнение почв.

Работа рек. Формирование профиля равновесия

Как и при площадном смыве, работа рек складывается из раз­рушения горных пород (эрозии), переноса водой продуктов раз­рушения и их последующего отложения (аккумуляции). Интен­сивность каждого вида работ, время проявления и пространствен­ная приуроченность контролируются историей развития реки. Способность реки производить работу определяется ее энергией, или живой силой. Кинетическая энергия текучей воды Е пропор­циональна массе воды т, протекающей через данное сечение реки, и скорости течения v: Е = mv²/2. Можно видеть, что чем больше в реке воды и чем выше скорость течения, тем значительнее работа, совершаемая рекой.

Эрозия. Протекая по поверхности различных горных пород, потоки воды производят преимущественно механическую работу. Химическое воздействие поверхностных вод, к которым относятся и воды рек, минимально. Речная вода размывает дно русла, постепенно врезаясь в породы, а затем разрушает и берега, под­мывая их основание. В соответствии с этим различают эрозию глубинную (донную) и боковую. Практически в каж­дой реке можно обнаружить результаты проявления обеих форм эрозии. Как глубинная, так и боковая эрозия значительно усили­ваются действием переносимых водой обломков горных пород.

Чем больше скорость и количество текущей воды, тем более крупные обломки могут переноситься ею и тем выше интенсивность эрозионных процессов.

Для течения рек необходим хотя бы небольшой региональный наклон поверхности. Обычно уклон русла в разных частях тече­ния реки не остается постоянным, а .неизменно уменьшается в сторону устья.

Интенсивность процессов глубинной эрозии обычно ослабевает с приближением к уровню, определяющему региональный уклон русла, — уровню бассейна, в который впадает река. Этот уровень является естественным пределом углубления русла и называется базисом эрозии. Если река впадает в море или океан, то базисом эрозии следует считать уровень воды в морском или океаническом бассейне, если она впадает в озеро или другую реку, — уровень воды в озере или реке.

Особую роль играет прочность пород, слагающих русло. При чередовании мягких и твердых пород в русле реки образуются пороги. Если река протекает по поверхности с расчлененным' первоначальным рельефом, в русле ее образуются водопады

Помимо порогов и водопадов в реках существуют и промежу­точные формы перепада — водоскаты. У водоскатов вода обычно не падает вертикально, а стремительно низвергается по крутому скалистому ложу.

Перенос (транспортировка) минерального вещества. Реки пере­носят обломочный материал различной размерности — от круп­ных валунов до мелких илистых частиц. Чем больше скорость течения воды, тем более крупные обломки переносит вода.

Отложение осадков (аккумуляция). Геологическая работа, про­изводимая реками, завершается отложением (аккумуляцией) пере­носимого материала. Отложение осадков происходит одновре­менно с эрозией и .переносом минерального вещества. Нет ни одной реки, которая одновременно с эрозией и транспортировкой материала не откладывала бы обломочный материал при соответ­ствующих условиях. Однако максимального масштаба процессы аккумуляции достигают на определенных стадиях развития реки, на отдельных участках русла.

В целом все процессы, связанные с геологической деятель­ностью рек, в значительной степени определяются скоростью потока. Некоторая оптимальная скорость течения соответствует переносу обломочной частицы определенного размера, с увеличе­нием скорости происходит эрозия русла, с уменьшением ско­рости - отложение осадка, седиментация.

Отложения, накапливающиеся в речных долинах, характери­зуются своеобразным строением, которое отличает их от морских или эоловых осадков. Эти отложения получили название аллю­виальных, или просто аллювия. Особенности их стро­ения определяются условиями образования.

Рис, 4. Образование надпоймен­ных террас при омоложении

Надпойменные террасы нумеруются снизу вверх — от более молодых к древним: над уровнем поймы обычно выделяют первую, вторую, третью и т. д.

Надпойменные террасы. В строении надпойменных террас вы­деляют ряд геоморфологических элементов — уступ, бровку, террасовидную площадку и тыловой шов. Террасы отличаются друг от друга, в частности, по соотношению аллю­виальных и коренных отложений. Так, различают террасы следу­ющих видов аккумулятивные (террасы накопления), эрозионные (террасы размыва), цокольные (смешанные).

К аккумулятивным террасам относят такие, у кото­рых мощность аллювия больше относительной высоты их над уровнем реки; весь террасовидный уступ таких террас сложен аллювиальными накоплениями.

Эрозионные террасы почти целиком сложены коренными породами; на террасовидной площадке таких террас аллювий отсутствует или располагается в виде очень тонкого покрова. Эти террасы образуются при резком преобладании процессов эрозии над процессами аккумуляции в .истории развития реки.

Цокольными террасами считаются такие, у которых мощность аллювия значительна, но не превышает их высоты; в уступах этих террас ниже толщи аллювия обнажаются коренные породы, слагающие основание (цоколь) террасы и вышележащую часть склона долины.