Геоморфологическая работа воды

Лекция 7 ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ РАБОТА ВОДЫ Вода поступает на земную поверхность в виде дождя или за счет таяния снега и льда. Часть воды испаряется, часть впитывается, образуя грунтовые и подземные воды; некоторое количество консервируется в ледниках, и значительная доля формирует поверхностный сток. Поверхностный сток осуществляется в форме склонового, ручейкового и руслового (речного). Все три формы тесно связаны с рельефом. Поверхностный сток активно перестраивает рельеф, а рельеф организует и перераспределяет формы поверхностного стока. В итоге образуются гидролого-геоморфологические системы разных уровней – локального, регионального и глобального, которые называют водноэрозионными, или флювиальными системами, совпадающими с гидрографической сетью. Геоморфологическая работа воды связана с тремя взаимосвязанными процессами: разрушение, перенос и аккумуляция. Процесс разрушения, размывания текучей водой почв и грунтов называется эрозией (лат. – съедать, разъедать). Следствием эрозии является образование линейных отрицательных форм рельефа – врезов в земную поверхность. Каждый водоток вырабатывает свою форму, размеры которой зависят от его водности. Вместе с тем они имеют общие черты, позволяющие отличать формы эрозионного происхождения от форм рельефа другого генезиса. Все они имеют длину намного больше, чем ширину; однообразный по направлению уклон днища (от верховьев к низовьям); извилистую в плане форму; никогда не пересекаются друг с другом; всегда открытые. При слиянии эрозионных форм ниже точки слияния образуется форма большего размера, поэтому размеры эрозионных форм увеличиваются скачкообразно по мере перехода от верхнего звена к нижнему звену. На этом основании в эрозионной сети по мере возрастания или убывания выделяют порядки эрозионных форм, которые обозначаются цифрами. Эрозия может быть глубинной (донной), за счет которой происходит углубление эрозионной формы, и боковой, вызывающей размыв берегов и расширение формы. Глубинная и боковая эрозия действуют одновременно, но одна из них играет ведущую роль либо на отдельных участках водного потока, либо на определенных стадиях развития эрозионной формы во времени. Увеличение длины эрозионных форм происходит вследствие регрессивной (пятящейся) эрозии. Вода подходит концентрированным линейным потоком к вершине эрозионной формы, размывает ее, и вершина отступает в сторону водораздела, то есть процесс распространяется вверх по склону. 7.1. ФЛЮВИАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ФОРМЫ РЕЛЬЕФА Стадии развития эрозионных форм. Эрозионные формы образуют генетический ряд, представление о котором было разработано В.В. Докучаевым и дополнено последующими исследователями (рис. 21). Первичной формой эрозионного рельефа является эрозионная борозда. Сеть эрозионных борозд образуется на склонах уже при крутизне 1,5 - 3о вследствие перехода рассеянного склонового стока в линейный сток. У этих микроформ глубина и ширина почти одинаковые (3-30 см). По мере увеличения концентрации воды некоторые из них развиваются до промоины (рытвины) глубиной около 2 м и шириной 2,5 м. Промоина, раз возникнув на склоне, организует свой водосбор, начинает активно развиваться и превращается в овраг. Овраг – крупная форма рельефа, глубиной около 20 м шириной по верху более 50 м. Встречаются овраги значительно более широкие и глубокие. Овраги очень быстро растут (иногда более 10 м/год) и прорезают со временем склон на всю его длину. Таким образом, длина оврага определяется длиной склона. Эрозионные борозды, промоины и овраги образуются при ведущей роли глубинной эрозии. Для всех этих эрозионных форм, образованных временными водотоками, характерны крутые незадернованные склоны, Y-образные поперечные профили, интенсивное развитие. Рис. 21. Генетический ряд эрозионных форм равнинных территорий (Леонтьев, Рычагов, 1988): А – эрозионные борозды; Б – эрозионные рытвины (промоины); В – овраги; Г – балка, Д – речная долина; Т – тальвег временного водотока; Р – русло реки; П – пойма, НПТ – надпойменные террасы: 1 – аллювий; 2 – балочный аллювий; 3 – обвально-осыпные образования; 4 – делювий; 5 – размеры форм Стадия оврага довольно короткая. При достижении оврагом водораздельного уровня уменьшается масса воды, глубинная эрозия сменяется боковой, в нижней части оврага появляется растительность, которая постепенно распространяется вверх по склонам и днищу и закрепляет их. Процесс выполаживания оврага происходит быстрее, если в его днище вскрывается горизонт грунтовых вод, вследствие чего активизируются процессы на его склонах, дно расширяется и овраг превращается в балку. Балка – форма с мягкими очертаниями, пологими задернованными склонами. Следующая стадия развития эрозионных форм – речная долина. Речные долины развиваются в балках, где вскрываются горизонты грунтовых вод и формируется постоянный водоток. Таким образом, эрозионная борозда – промоина - овраг – балка – речная долина составляют ряд форм, сменяющих друг друга во времени и пространстве. Эрозионные борозды, промоины и овраги составляют верхнее звено гидрографической сети, балки и речные долины – ее нижнее звено. В.В. Докучаев предполагал существование лишь одного эволюционного ряда «овраг – балка - долина». Н.И. Маккавеев обратил внимание на то, что часть современных балок – это бывшие речные долины. Он предположил, что возможен противоположный эволюционный ряд «долина – балка – овраг», который может быть прерван на каждом этапе, и тогда возможны варианты. Например, «овраг – балка – овраг», когда балочная стадия прервана образованием донного оврага. Представления Н.И. Маккавеева позволяют объяснить разнообразие форм эрозионного рельефа тем, что они находятся на разных стадиях развития. Материал, который выносится из форм рельефа, образованных временными русловыми водотоками, называется пролювием (лат. – выносить течением). Пролювий откладывается в устьях временных водотоков и образует аккумулятивную форму рельефа – конус выноса. Как генетический тип отложений пролювий характеризуется слабой сортировкой и окатанностью обломков, уменьшением размеров обломков от вершины к основанию и от осевой линии к краям конусов выноса. В горах деятельность временных водотоков протекает особенно интенсивно из-за большой крутизны склонов. В верховьях водотоков образуются водосборные воронки – углубления, которые прорезаны густой сетью промоин, сходящихся в основании воронки. Отсюда начинается канал стока – глубокий и узкий врез похожий на овраг. По таким каналам происходит сток потоков воды, перегруженных продуктами выветривания. Эти грязекаменные потоки называют селями (араб. – бурный поток). При выходе на равнину вследствие резкого уменьшения скорости течения селевых потоков образуются огромные конусы выноса, при слиянии которых формируются подгорные пролювиальные равнины (один из типов аккумулятивных равнин) с мелкохолмистым рельефом. Речные долины. Речная долина – линейная отрицательная форма рельефа, образующаяся в результате эрозионно-аккумулятивной деятельности постоянного руслового водного потока (реки). Река углубляет свое ложе за счет глубинной эрозии, отрывая частицы грунта от дна, и расширяет русло вследствие боковой эрозии, отрывая частицы грунта от берегов. Часть материала переносится во взвешенном состоянии (взвешенные наносы), часть - по дну (влекомые наносы), которые механически воздействуют на дно. Процесс истирания (обтачивания) ложа и краев русла оторванным материалом называют корразией (лат. – скоблю, соскребаю). При растворении пород ложа и берегов формируется ионный сток. Взвешенные, влекомые и растворенные вещества образуют твердый сток рек, который характеризует интенсивность эрозионной деятельности в речном бассейне. По разным оценкам суша ежегодно теряет около 10-12 куб. км горной породы и почв. Около 40% годового твердого стока дают девять рек: Хуанхэ, Ганг, Брахмапутра, Янцзы, Инд, Иравади, Меконг, Миссисипи и Амазонка. Эрозионная работа рек зависит от многих факторов, прежде всего, от энергии потока (живой силы), которая определяется количеством воды и скоростью течения. Эта связь прямая - чем больше воды и скорость течения, тем интенсивнее эрозионная работа. Расход реки определяется количеством осадков, их распределением в году и физико-географическими условиями (крутизна склонов, проницаемость пород, степень залесенности и др.). Скорость течения зависит от уклона реки, от формы русла и шероховатости пород. Отсюда всякая концентрация потока в узких руслах приводит к увеличению скорости потока, его энергии и эрозионной деятельности, а распластывание потока сопровождается падением скорости, уменьшением энергии, ослаблением эрозии и переходом к аккумуляции. Углубление русла реки ограничено уровнем (базисом эрозии) водного бассейна, в который впадает река. Базис эрозии – уровень, ниже которого эрозия не происходит. Для впадающих в реку притоков базисом эрозии является уровень воды в реке. Общий базис эрозии для всех рек - уровень Мирового океана. Положение базиса эрозии меняется в течение геологического времени в зависимости от тектонических движений или колебаний водности. Реки по-разному реагируют на изменения базиса эрозии. Если уклон дна водоприемного бассейна больше, чем уклон реки на приустьевом участке, то при понижении базиса эрозии произойдет врезание реки. Если же уклон морского дна будет меньше уклона реки на приустьевом участке, то при понижении базиса эрозии начнется удлинение реки и аккумуляция. Базис эрозии регулирует эрозионную работу водотока снизу-вверх по течению. Поток при взаимодействии с поверхностью стремится сформировать идеальный продольный профиль своего ложа – профиль, который обеспечивал бы минимальные затраты энергии. Идеальный профиль имеет вид плавной вогнутой кривой линии, напоминающей параболу (рис. 22 I), потому что врезание водотока в верховьях происходит медленнее из-за малой водности. Рис. 22. Продольные профили рек (Леонтьев, Рычагов, 1988): I – (АВС) – идеальный, выработанный в однородных отложениях; II – (А1В1С1) – ступенчатый, сформированный в породах различной стойкости: 1 – легкоразмываемые породы; 2 – стойкие к размыву породы В среднем течении врезание происходит с максимальной силой, так как увеличивается расход воды. В нижнем течении расход воды становится больше, но уменьшаются уклон, скорость и энергия потока, поэтому глубинная эрозия ослабевает. В результате река достигает состояния, при котором водоток производит только боковую эрозию и перенос материала. Такое состояние водотока называют равновесным, а продольный профиль, при котором оно достигается, называется профилем равновесия, или выработанным профилем. В каждой точке такого профиля размывающая сила потока равна сопротивлению подстилающих пород. Река может выработать профиль равновесия при условии, если она течет в одинаковых по составу породах, и если по длине реки количество воды увеличивается постепенно от истока к устью. Практически большинство рек имеет невыработанный продольный профиль (рис. 22 II) с водопадами, порогами и быстринами. Водопад – место, где ложе потока образует уступ, с которого падает вода. Различают водопады ниагарского и калифорнийского типов. У водопадов ниагарского типа ширина намного больше высоты; у водопадов калифорнийского типа – наоборот высота намного больше ширины. К калифорнийскому типу относится самый высокий (1054 м) водопад мира Анхель в Южной Америке. Пороги – небольшие неровности в русле. Быстрины – участки русла с более крутым падением и большей скоростью течения. Строение речных долин. Основные элементы речной долины: русло, пойма, речные террасы и коренные склоны (рис. 23). Русло реки – наиболее пониженная часть днища речной долины, по которому река течет в межень. По внешнему виду различают русла фуркирующие (дробятся на рукава) и меандрирующие (извивающиеся). Термин «меандры» происходит от названия очень извилистой реки Меандр в Турции, называемой сейчас Большой Мендерес. Меандры – изгибы русла равнинных рек, возникающие в результате действия течений, не совпадающих с направлением основного речного потока. При этом поверхностные струи направляются к вогнутому берегу, а донные струи – к выпуклому. Причина меандрирования – стремление речного потока достичь состояния равновесия, а образование излучин ведет к удлинению, уменьшению уклона продольного профиля и скорости течения. Рис. 23. Схематический поперечный профиль речной долины (Иванова, 1969): а – пойменная терраса; б – надпойменная терраса; 1 – поверхность террасы; 2 – бровка террасы; 3 – уступ террасы; 4 - коренные породы, в которые вложена аллювиальная долина В русле прослеживаются следующие формы руслового рельефа: плесы, перекаты и прирусловые отмели (рис. 24). Их образование связано с направлением движения поверхностных и придонных струй и с изгибами русла в плане. Линия наибольших скоростей течения (стрежень) прижимается к вогнутому берегу, интенсивно его размывает нисходящими струями, поэтому подмываемый вогнутый (приглубый) берег более крутой и под ним образуется наиболее глубокая часть речного русла – плес. Эти берега перемещаются (отступают) в сторону (по горизонтали) и смещаются вниз по Рис. 24. Меандры равнинных рек и расположение плесов и перекатов (Кизевальтер и др., 1981): 1 – плесы; 2 – перекаты; 3 – прирусловые отмели; I-IY – поперечные профили русла; АБ – шаг меандрирования; ВГ – амплитуда меандров течению. Благодаря наличию поперечной циркуляции на поворотах речного русла крупный материал перетаскивается придонным течением от плесов к выпуклому берегу, где оседает в виде прирусловой отмели, которая в межень лежит выше уреза воды. Значительная часть крупного материала сносится вниз по течению и оседает между плесами, образуя перекаты. Перекаты представляют собой валы, соединяющие под водой прирусловые отмели правого и левого берегов. Тонкий материал переходит во взвешенное состояние и либо уносится вниз по течению, либо выпадает в осадок в днище долины (на пойме), когда вода в половодье выходит из русла и заливает низкую часть долины. Отложения, формируемые постоянным русловым водным потоком (рекой), называют аллювием (лат. – намывать). Как генетический тип отложений аллювий характеризуется слоистостью, окатанностью и сортировкой. В процессе переноса материал дифференцируется по крупности с образованием русловой (отложенной в русле) и пойменной (осевшей на пойме) фаций аллювия. Благодаря накоплению русловых наносов на прирусловой отмели выпуклые берега нарастают (по горизонтали) и перемещаются вниз по течению, как и вогнутые берега. С каждым годом вогнутый берег все больше отступает, а выпуклый наращивается за счет новых порций руслового аллювия, и образуется система параллельных дугообразных песчаных грив. Ближайшая к руслу грива называется прирусловым валом. Прирусловой вал находится на границе прирусловой отмели и поймы и тянется параллельно выпуклому берегу реки. В результате эрозионно-аккумулятивной деятельности реки излучина меняет свое положение (блуждает) со скоростью до 0,5 м/год у малых рек, до 20 м/год у крупных рек. При этом у двух соседних изгибов (правого и левого) смещение происходит в противоположных направлениях. Этот процесс постепенно приводит к увеличению кривизны излучины и длины речного русла, образованию крутых меандр в форме петель. Смещение меандр прекращается, когда в половодье происходит прорыв их узких шеек, русло спрямляется, а его прежняя крутая меандра превращается в старицу, которая уже не смещается. Сначала в старице образуется стоячий водоем (озеро), а затем озеро превращается в болото. Развитие меандр приводит к расширению долины, образованию в ее бортах крутых обрывов (склонов подрезания), приуроченных к вогнутым берегам, к формированию пойм и стариц. Наиболее развиты меандры у равнинных рек с супесчаными и суглинистыми берегами, несущими много наносов. Процесс формирования русел фуркирующих рек сходен с тем, что наблюдается у меандрирующих рек. Так как русла их очень широкие (до 10 км) водный поток разделяется на несколько струй, в каждой из которых происходит и продольное, и поперечное перемещение воды и наносов. Материал, выносимый из плеса, не достигает противоположного берега, а оседает на дне реки в месте стыка разнонаправленных донных струй. Здесь возникает подводная отмель – аналог прирусловой отмели. В дальнейшем она превращается в остров. Такие острова называют осерёдками. Они делят русла на протоки. Пойма (пойменная терраса) – поднятая над меженным уровнем часть днища речной долины периодически заливаемая водой во время половодий или паводков. Зародышем поймы является прирусловая отмель у меандрирующих рек или осерёдок у фуркирующих. Эти формы превращаются в пойму в результате миграции речного русла, а также вследствие осаждения на отмели осадков в периоды разливов. Благодаря этому отмель ежегодно нарастает в высоту и покрывается слоем горизонтально слоистых осадков, на которых поселяется растительность и формируются дерновые пойменные почвы. По мере расширения поймы в ходе миграции русла на прирусловой отмели образуются новые прирусловые валы, а ранее созданные гривы перекрываются осадками разливов, которые по мере их накопления сглаживают первичные неровности (гривы, старицы). Пойма растет в высоту, а значит, заливается реже. Таким образом, пойма последовательно проходит стадии низкой (заливается в каждое половодье) и высокой поймы (заливается только в самые высокие половодья, один раз в несколько лет). Морфология пойм определяется соотношением процессов миграции русла и накопления наносов. Поверхность поймы бывает идеально ровной, но чаще осложнена старицами и неширокими (5-150 м) гривами высотой до 0,6 м при крутизне склонов до 25о. В плане они образуют плавные, вложенные друг в друга дуги, разделенные межгривными ложбинами. Эти формы связаны с современными и древними меандрами, протоками и рукавами. Каждая грива является древним прирусловым валом, который фиксирует положение выпуклого берега реки в одну из стадий миграции ее русла. По мере расширения поймы образуются новые валы, а старые перекрываются осадками половодий. В вертикальном разрезе поймы выделяются два горизонта. Верхний горизонт - пойменная фация аллювия, представляющая собой пачку чередующихся тонких (1-2 см) и более толстых (до 10 см) слоев песка, супеси или суглинка с отчетливой горизонтальной слоистостью. Более толстые слои из крупного материала отложены в высокие и бурные половодья, а тонкие – в низкие. Под пойменной фацией залегает русловая фация. Русловая фация аллювия отличается косой слоистостью, преобладанием крупнозернистого песка, гравия и гальки, хорошей окатанностью, так как материал откладывается быстрым русловым потоком. Обычно русловая фация прослеживается чуть выше уреза воды и обнаруживается лишь с помощью глубоких шурфов. В межень верхняя часть разреза русловых отложений обнажается на прирусловых отмелях. Местами на пойме встречаются старичные отложения - осадки совсем другого типа, представленные темно-серыми или сизыми илами и глинами с полуразложившимися растительными остатками. Внизу они подстилаются осадками русловой фации, так как на месте старицы раньше было действующее русло. Если старичное озеро существует долго, то заполняется наносами, мелеет и превращается в болото. В болоте идет процесс накопления торфа. Самые старые, уже невыраженные в рельефе старицы, поверх торфа перекрыты пойменной фацией аллювия. Отложения старичной фации встречаются в виде линз, соответствующих ширине русла, на месте которого они возникли. Обычно поймы тянутся вдоль русел непрерывной полосой при ширине от 10 до 1000 м у малых рек, до 50 км и больше у крупных рек (например, у Амазонки ширина поймы достигает 200 км). Высота поймы над урезом воды у горных рек 0,5-2,0 м, у равнинных 5-15 м. Поймы сложены аллювием, мощность которого может быть больше, чем высота поймы, если аллювий уходит под урез воды. Для выявления особенностей строения и генезиса поймы введено понятие «нормальная мощность аллювия». Нормальная мощность аллювия, соответствующая современному гидрологическому режиму, определяется как сумма средней глубины реки на плесе и средней высоты подъема воды в половодье. Мощность аллювия в тектонических депрессиях больше нормальной мощности и значительно меньше на участках современных поднятий. По геологическому строению и происхождению выделяют аккумулятивные поймы с нормальной или повышенной мощностью аллювия, и цокольные поймы, для которых характерен маломощный аллювий, и выход коренных пород выше уреза воды в межень. По особенностям рельефа, условиям аккумуляции и составу осадков в поймах равнинных рек выделяют прирусловую, центральную и притеррасную части (рис. 25). Прирусловая часть поймы самая молодая и высокая, осложненная наиболее высокими песчаными валами. Именно в прирусловой части поймы происходит интенсивная аккумуляция наиболее крупного материала. Центральная часть поймы менее высокая, пологогривистая. Поверхность в центре поймы понижена относительно Рис. 25. Схема строения рельефа поймы равнинной реки (Макарова, Суханова, 2007): 1 – русловой аллювий с базальным горизонтом в основании; 2 – песчаные отложения прируслового вала; 3 – суглинки, супеси, глины пойменной фации; 4 – старичная фация (а – торфяники, б – илы и глины); 5 – горизонт грунтовых вод прирусловой части, поскольку по мере удаления от русла осадки становятся более тонкими, и уменьшается их мощность. В центральной части поймы образуются протоки. Эти понижения, заполненные водой, со временем превращающиеся в болота. Притеррасная часть поймы - самая низкая и древняя. В наиболее удаленную от русла часть поймы поступает самый тонкий материал (глина, ил). Тонкозернистый аллювий иногда перекрыт наносами, поступающими с прилегающего склона террасы или коренного борта долины. Часто в притеррасном понижении выклиниваются подземные воды, и тогда образуется протока или происходит заболачивание. На равнинных реках по особенностям микрорельефа выделяют сегментные, параллельно-гривистые и обвалованные поймы. Сегментные поймы характерны для меандрирующих рек. При прорыве меандровых шеек и образовании стариц пойма оказывается разделенной на отдельные массивы (сегменты) по обоим берегам. Так как русло неоднократно меняет направление смещения в ходе длительной истории формирования, то сегментные поймы имеют очень сложное строение. Они состоят из множества молодых и древних сегментов с разной ориентировкой грив. Параллельно-гривистые поймы в отличие от сегментных пойм развиты только на одном берегу. Они образуются в случае смещения русла в одну сторону вследствие поднятия борта долины, которое может быть вызвано тектоническими движениями или влиянием сил Кориолиса. Параллельно-гривистые поймы тянутся параллельно руслу и состоят из длинных продольных грив, разделенных межгривными понижениями. Обвалованные поймы образуются на реках, пересекающих подгорные равнины, в областях тектонических опусканий. Тектонические опускания компенсируются накоплением толщ руслового аллювия. Русловой аллювий откладывается на дне, в результате чего русло реки оказывается приподнятым, а на обоих берегах вдоль русла вырастают высокие прирусловые валы – естественные дамбы. Когда русло повысится настолько, что окажется выше окружающей местности на несколько метров, в сильное половодье естественная дамба размывается в одном слабом месте, река устремляется на нижележащую равнину, и образуются грандиозные разливы (плавни). Обвалованные поймы представляют собой обширные плоские заболоченные равнины, местами осложненные длинными песчаными древними и современными валами (например, плавни в низовьях Терека и Кубани). Поймы рек – это наиболее молодые и динамичные участки речной долины, развивающиеся буквально на глазах. Поверхность пойм покрыта разнообразным почвенно-растительным покровом, который тесно связан с ее гривистым микрорельефом, поэтому первые подробные исследования пойм и их рельефа были проведены ботаниками (Р.А. Еленевской, 1924) и почвоведами (В.Р. Вильямс, 1939). Изучением геологического строения пойм занимались Е.В. Шанцер, Н.И. Маккавеев и др. Изучение пойм важно в научных и практических целях. В пойме аккумулируется материал, собранный со всего водосборного бассейна. Мощность аллювия, его состав, образование аккумулятивных дерновых почв, которые часто переходят в погребенное состояние, дают информацию о палеогеографических условиях на водосборе, а значит, позволяют проследить изменения этих условий за время формирования поймы. С толщами аллювия связаны запасы подземных вод, месторождения строительных песков, глин, гравия, а также россыпные месторождения золота, платины, алмазов и др. Надпойменные террасы. Кроме пойменных террас в речных долинах есть надпойменные террасы - горизонтальные или слабонаклонные к руслу ступени на склоне речной долины. Надпойменные террасы представляют собой прежние пойменные днища долины, которые перестали заливаться в половодье. Поймы превращаются в террасы вследствие усиления врезания реки. Причиной активизации глубинной эрозии является изменение физико-географических условий, которое сопровождается увеличением стока, или изменение положения базиса эрозии. Террасы нередко протягиваются вдоль склонов долины на сотни километров. Счет террас ведется снизу вверх в порядке возрастания высоты над урезом воды, и нумеруются римскими цифрами (I н.т, II н.т. и др.). Каждая речная терраса состоит из площадки террасы - ровной или расчлененной малыми долинами притоков поверхности террасы; склона террасы – уступа, отделяющего ее поверхность от нижележащего уровня, и разделяющих их двух структурных линий: бровки – линии выпуклого перегиба и тылового шва – линии вогнутого перегиба (рис. 26 а). Высота террасы определяется по бровке, ширина террасы - по ширине площадки, заключенной между структурными линиями. По геологическому строению и происхождению различают (рис. 26 б, в, г): - аккумулятивные террасы, полностью сложенные аллювием; - цокольные террасы, где верхняя часть разреза сложена аллювием небольшой мощности, а нижняя – коренными породами; - эрозионные террасы, где аллювия нет. Равнинные реки имеют не более 5 надпойменных террас, из которых самые верхние не выше 90 м над урезом воды. Ширина их от нескольких десятков метров до 20 км. У горных рек насчитывается до 15 террас, а самые верхние находятся на высоте до 300 м над урезом воды. Ширина их меньше, чем у равнинных рек, обычно не более 100 м. Рис. 26. Геоморфологические элементы террас и типы террас по геологическому строению (Кизевальтер и др., 1981): а – элементы террас: П – поверхность, У – уступ, ВНШ – внешний край, ВНТ – внутренний край, ТШ – тыловой шов, Б – бровка, ПТ – подошва, БЧ – бечевник; типы террас: б – цокольная, в – аккумулятивная, г – эрозионная; Ц – цоколь террасы По происхождению выделяют также климатические террасы, обычно небольшой высоты и ширины; эвстатические, связанные с колебаниями уровня моря в плейстоцене во время материковых оледенений (они больше, чем климатические) и тектонические, возникшие из-за колебаний базиса эрозии вследствие поднятий и опусканий земной коры. Террасы тектонического происхождения отличаются большими высотами и часто значительной изменчивостью высоты относительно уреза воды, что отражает локальный характер тектонических движений. Более крупным и продолжительным циклам колебаний земной коры соответствуют цикловые (сквозные), или главные террасы, которые прослеживаются на протяжении всей долины. Анализ продольного профиля террас – один из методов изучения неотектонических движений. Отклонения от уровня главных террас показывает наличие и интенсивность локальных поднятий и опусканий. Выше террас находятся коренные склоны, где аллювия нет. Они формируются в результате эрозионной деятельности реки. Их морфология зависит от типа и интенсивности склоновых процессов. Коренной берег – водораздельное пространство, прилегающее к речной долине и сложенное породами более древними, чем отложения в долине. Морфология речных долин. Разнообразие поперечных профилей речных долин определяется геологическим строением, физико-географическими условиями и стадией развития долины. Вследствие глубинной эрозии формируются долины типа теснины, ущелья или каньона. Теснина - узкий глубокий щелевидный врез с отвесными стенками, в котором одинаковая ширина по верху и днищу. Для ущелья характерен V-образный поперечный профиль. Теснины и ущелья распространены в горах и обычно заложены по линиям активных тектонических разломов или по зонам трещиноватости. Каньон (исп. – труба) – узкая глубоковрезанная долина с очень крутыми обрывистыми или ступенчатыми склонами за счет селективной денудации. В долине типа каньона долго сохраняет неизменной крутизна склонов, что связано либо с засушливым климатом, либо с легкопроницаемыми породами, поэтому по склонам течет мало воды. Днище каньона обычно полностью занято руслом реки. В основном о каньонах говорят применительно к столовым странам с горизонтальным залеганием пластов (типичный пример – каньон реки Колорадо). В следующую стадию развития многие речные долины приобретают ящикообразный поперечный профиль. С усилением боковой эрозии в долине вырабатывается широкое плоское днище, но еще сохраняются крутые склоны. В таких долинах есть пойма, фрагменты террас, то есть долина расширяется. Если породы относительно неустойчивы, то в условиях влажного климата уже на первой стадии развития при преобладании глубинной эрозии за счет активного развития склоновых процессов долина приобретает V-образный поперечный профиль. Когда глубинная эрозия сменяется боковой эрозией, днище расширяется, и формируются трапециевидные долины. При активизации склоновых процессов они превращаются в корытообразные или U-образные долины. При неоднократном чередовании стадий глубинной и боковой эрозии образуются террасированные долины с комплексом речных террас, характерным для равнинных и предгорных рек, что свидетельствует о длительности процесса формирования речной долины (рис. 27). По длине реки форма поперечного профиля долины может меняться неоднократно. На участках, сложенных рыхлыми породами, долина расширяется, становится U-образной, а на участках, сложенных толщами прочных пород, возникают ущелья. Рис. 27. Типы поперечных профилей речных долин (по Д.С. Кизевальтеру и др., 1981): 1 – теснина; 2 – каньон; 3 – ущелье; 4 – ящикообразный; 5 – Y-образный; 6 – трапециевидный; 7 – корытообразный; 8 – террасированный Поперечный профиль речных долин обычно асимметричен. Причины этого явления разнообразны. Асимметрия долин может быть вызвана силой Кориолиса, отклоняющей течение рек Северного полушария вправо (Южного полушария – влево), поэтому у многих крупных рек (Волга, Енисей, Днепр) на большом протяжении правый берег крутой, а левый пологий. Другим общим фактором возникновения асимметрии являются тектонические движения. На склонах активных поднятий реки смещаются в сторону опускающегося участка, при этом широкий и пологий склон долины может быть выше крутого поднимающегося склона. Чаще асимметрия бывает вызвана климатическими, структурными, гидрогеологическими и гипсометрическими причинами, обусловливающими, прежде всего, неравномерность прогревания и увлажнения склонов, что определяет тип и интенсивность склоновых процессов. По соотношению с геологическим строением различают долины: неструктурные (нейтральные) и структурные. Нейтральные долины приурочены к областям с горизонтальным залеганием пластов осадочных пород или с однородными по своим свойствам породами. Структурные долины распространены в областях дислоцированных пород и с разнородными по прочности толщами горных пород. Среди структурных долин выделяют продольные, поперечные и диагональные. Продольные долины вытянуты в направлении простирания тектонических структур (синклинальные, антиклинальные, моноклинальные). Поперечные долины расположены вкрест простирания геоструктур. Они обычно короче продольных долин и их поперечный профиль часто меняется по длине. Котловинообразные расширения, выработанные в рыхлых породах, чередуются с ущельями, образующимися в стойких породах. На таких участках поперечных долин, называемых сквозными долинами, или долинами прорыва резко возрастает скорость течения, и в русле реки образуются пороги и водопады. Диагональные долины образуются по системе трещин, расположенных под углом к простиранию. В их морфологии сочетаются черты продольных и поперечных долин. Долина прорыва может образоваться независимо от стойкости пород. Если на пути реки встречается медленно растущее неотектоническое поднятие, то река его пропиливает. Такие долины прорыва называют антецедентными (лат. – предшествующий). Сужения в поперечных долинах могут иметь эпигенетическое (греч. – после и рождение) происхождение, несвязанное с геологической структурой. Они образуются если река врезается в погребенный массив горных пород после того как был уничтожен денудацией покров рыхлых отложений. Речные системы и речная сеть. Речные долины объединяются в системы. В каждой системе есть главная река и притоки разных порядков, (например, речная система Волги). Территория, с которой воды стекают в речную систему или отдельную реку, называют водосборным бассейном. На каждой конкретной территории формируется несколько речных систем, вместе составляющих речную сеть (например, речная сеть Русской равнины). Реки, имеющие эрозионно-тектоническое происхождение, закладываются и развиваются согласно плану первичных неровностей. Они либо следуют общему наклону рельефа, либо текут вдоль продольных тектонических понижений и линий разрывных нарушений (разломов), а также зон тектонической трещиноватости (линеаментов). По отношению к главной реке и относительно друг друга притоки ориентированы в строго определенном направлении или без видимого порядка, образуя тот или иной рисунок. Основные типы и подтипы рисунков речной сети (рис. 28). - радиальный с двумя подтипами: центробежный – реки от истоков расходятся по радиусам и центростремительный – реки от истоков сходятся по радиусам к некоторому центру. Радиальный центробежный рисунок приурочен к сводам, вулканам, куполовидным структурам и отражает молодые, активно растущие поднятия, выраженные положительными формами рельефа. Радиальный центростремительный рисунок характерен для молодых современных опусканий земной коры и отражает отрицательные формы рельефа; Рис. 28. Основные типы рисунков речной сети (Морфоструктурный анализ…, 1979): 1 – радиальный центробежный; 1а - центростремительный; 2 – древовидный (дендрический); 2а – прямоугольно-древовидный; 2б – субдендрический -слабодревовидный; 3 – перистый; 3а – прямоугольно-перистый; 4 – решетчатый; 5 – параллельный; 5а – субпараллельный; 6 – устьевой аллювиальный; 7 – кольцевой - древовидный (дендрический) – речная сеть напоминает по рисунку дерево. У рек, стекающих с гор, многочисленные притоки в верховьях образуют «раскидистую крону», а при выходе на равнину у них уже нет притоков, и они становятся транзитными. На платформенных равнинах древовидный тип рисунка речной сети особенно интересен, так как не только отражает разные локальные структуры, но и позволяет оценить степень их новейшей активности; - перистый – речная сеть своими плавными очертаниями напоминает птичье перо. Притоки равномерно распределяются по обеим сторонам от главной реки. Этот тип характерен для молодых складчатых или глыбово-складчатых гор; - решетчатый – речная сеть состоит из системы продольных и поперечных долин. Продольные долины более длинные и древние, поперечные долины – более короткие и молодые. Этот тип формируется в древних горных странах в результате преобразования первичного перистого рисунка. Анализ такой сети дает представление о перестройках структурного плана региона и его гидрографической сети на неотектоническом этапе; - параллельный – главная река и ее притоки резко изломаны, но сохраняют параллельность. Параллельная речная сеть встречается реже, но она является надежным признаком линейных разрывных структур. План ее строго наследует линии простирания активных разломов и линеаментов. Этот тип рисунка встречается на молодых слабонаклонных равнинах по периферии молодых складчатых областей; - устьевой аллювиальный – речная сеть имеет сложный рисунок. Реки состоят из параллельных водотоков в приустьевой части и переходят в радиальные потоки в устьевой части. Этот тип выражен в дельтах рек. В пределах дельт кроме основных рукавов есть множество проток, озер, болот, лагун, что определяет выделение этого специфического рисунка речной сети в самостоятельный тип. Соседние речные системы разделяются водоразделами. В горах водоразделы резко выражены в рельефе хребтами. На равнинах водоразделы могут занимать большие площади, поэтому говорят о водораздельных поверхностях. Водоразделы (водораздельные поверхности) – это области интенсивного развития эрозионных процессов. В зрелой стадии, когда эрозией охвачена большая часть водоразделов, а водосборы речных систем достигли максимальных размеров, реки начинают пропиливать гребни водоразделов. Водоразделы становятся неустойчивыми, начинаются крупные перестройки речной сети, которые сопровождаются перехватами, что в конечном итоге неизбежно приводит к смещению и миграции главных водоразделов (водоразделов между речными системами). При этом линия главного водораздела может уже не совпадать с наибольшими высотами современного рельефа. С высоких хребтов она переходит на низкие кряжи и равнины. Перехват – отделение каким-либо потоком участка соседней реки. Всегда перехватывает та река, долина которой врезана глубже (более активная). В результате перехвата на короткое время возникает бифуркация – разделение реки на две ветви, направленные в разные стороны. Со временем одна из ветвей перетянет весь сток на себя. Там, где произошел перехват, наблюдается резкое различие морфологии долины выше и ниже перехвата, так как раньше эти участки принадлежали разным речным долинам. Например, в месте перехвата наблюдается резкий поворот реки, несвязанный с рельефом и геологической структурой; на продолжении перехваченной реки образуется сухая долина; крутое падение русла в месте перехвата и глубоко врезанная долина выше по течению. Рисунок речной сети зависит от морфотектонических особенностей территории (см. гл. 5). Для молодых гор, развивающихся в современных геосинклиналях, где преобладают прямые морфоструктуры, характерен простой и четкий план речной сети, согласный с орографией и морфоструктурными элементами. Хребты – антиклинории служат водоразделами, крупные долины приурочены к синклинориям. Несколько осложняют картину растущие вулканические конусы, которые иногда образуют водоразделы на месте структурных впадин. В альпийской складчатой области орогидрография усложняется. Например, в пределах Кавказской горной страны главный водораздел совпадает с осью новейшего антиклинория – Большого Кавказского хребта, но не на всем протяжении. В основном развиты продольные речные долины общекавказского северо-западного простирания (Кура, Риони и Кубань в нижнем течении), но много поперечных долин, которые пересекают крупные морфоструктуры (верхнее течение Кубани и Терека). Более сложные соотношения в области мезозойской складчатости Северо-Востока и Дальнего Востока России. В целом речная сеть и морфоструктура совпадают. Крупные горные хребты (Колымский, Сихотэ-Алинь) являются водоразделами, а речные долины приурочены к тектоническим впадинам. Вместе с тем довольно часто прослеживается недостаточное, и даже полное несоответствие орографии и гидрографии, что отражает более длительный, чем в областях альпийской складчатости, путь развития речной сети. В последние эпохи здесь происходило ослабление орогенических движений, что способствовало активизации эрозионных процессов и перестройке речной сети. В результате многочисленных перехватов образовались сложные речные долины, состоящие из отдельных разновозрастных отрезков. Речная сеть возрожденных гор в областях палеозойской и докембрийской складчатостей сформировалась в период пенепленизации первичных складчатых гор. После вторичного орогенеза она испытала сложные перестройки. Конечно, некоторые прежние черты сохраняются, но не всегда согласуются с новым орографическим планом гор. Например, горная страна Урал – четко выраженный орографическй рубеж, но далеко не на всем протяжении это рубеж гидрографический. Водоразделом Каспийского моря и Северного Ледовитого океана не является главный хребет Урала (Уралтау). Водораздел смещен на восток Урала, на Тургайское плато и равнины Зауралья. Это говорит о новейшем поднятии гор, но интенсивность поднятий была недостаточной, что бы отклонить течение рек. Орогидрографическая аномалия наблюдается в Забайкалье и на Становом хребте. Водораздел между Тихим и Северным Ледовитым океаном также не согласуется с современной орографией. Линия водораздела проходит в стороне от наиболее высоких хребтов. Речная сеть молодых платформенных равнин в основном согласована с морфоструктурным планом. Главные реки, например, Туранской впадины (Сыр-Дарья, Аму-Дарья), приурочены к участкам погружения. В Западной Сибири рисунок речной сети определяется тем, что в центре ее находится Ханты-Мансийская впадина, к которой стекаются все главные реки. Именно в ней происходит слияние Оби с Иртышом, Иртыша с Тоболом и др. Но и в таких областях есть следы перестроек. Например, на Туранской равнине находится древняя ложбина Узбоя. Древние долины, неосвоенные современной гидрографической сетью, прослеживаются на водоразделах Обь-Иртыш и Обь-Енисей. Долгое время считалось, что на древней Русской равнине речные системы всегда расположены в отрицательных геоструктурах, а водоразделы соответствуют положительным структурам. Например, система Днепра укладывается в контуры Днепровско-Донецкой синеклизы, система Верхней Волги - в контуры Московской синеклизы, система Печоры – в контуры Печорской синеклизы. Наиболее яркий пример несоответствия между речной сетью и древней тектоникой – положение главного водораздела между Северным Ледовитым и Атлантическим океанами. На значительном отрезке он проходит по возвышенности Северные Увалы – инверсионной морфоструктуре и соответствует не выступу фундамента, а древней тектонической впадине. Северные Увалы возникли в конце мезозоя. Существует представление о том, что речные системы прямо связаны не столько с древней, сколько с новейшей тектоникой, но при этом отмечается, что для элементов речной сети характерна высокая степень консервативности, устойчивость местоположения на протяжении нескольких геологических эпох. Видимо, с этим связана основная аномалия Русской равнины. Наиболее высокие возвышенности (Среднерусская, Приволжская) не являются главными водоразделами, а уступают эту роль сравнительно невысоким Северным Увалам. Среднерусская и Приволжская возвышенности возникли в новейшее время, когда Северные Увалы уже были водоразделом. Консервативность, свойственная развитию гидрографической сети, помогла Северным Увалам сохранить свое водораздельное значение с позднего мела до наших дней. В целом у древних платформ, которые прошли более длительный путь развития, орогидрографический план более сложный, чем у молодых платформ. В случае аномалий речная сеть древнее, чем крупные формы современного рельефа, созданные новыми и новейшими движениями. Причиной устойчивости планового положения речных долин на протяжении нескольких геологических периодов, видимо, является их тектоническая обусловленность. Реки приурочены к разломам, флексурам, границам блоков с разнонаправленными движениями. Постоянное подновление их способствует устойчивому сохранению речных долин. Хотя ведущую роль в выработке самих долин играют флювиальные процессы, местоположение долин и их общая ориентировка связаны с морфоструктурными условиями. На Русской равнине выявлены погребенные долины, относящиеся к разным периодам геологической истории. Г.И. Горецкий назвал ископаемые реки докембрия эореками, палеозойские реки – протореками, мезозойские, палеогеновые и неогеновые – палеореками, а реки четвертичного возраста – прареками. О ранних этапах развития речной сети пока сведений мало. Наиболее изученным является бассейн Каспийского моря. Прото-Волго-Кама существовала в карбоне выше Казани и была полным подобием Палео-Волго-Камы. Между городами Саратов и Волгоград была долина Прото-Дона. Реки карбона образовывали при впадении в морские бассейны большие дельты. С мощными (до 300 м) отложениями дельт связаны месторождения нефти и газа. В глубоких древних долинах, выполненных песчаными отложениями, формируются подземные воды. Участки, где древние долины выполнены водонепроницаемыми глинистыми толщами, пересекаемые современными реками, благоприятны для возведения плотин. В таких местах находятся плотины Уфимской и Волжской ГЭС. С геоморфологической деятельностью поверхностных текучих вод связано образование двух основных групп рельефа: эрозионно-денудационного и эрозионно-аккумулятивного. В эрозионно-денудационную группу включают несколько типов рельефа, сформировавшегося в разных физико-географических условиях. Овражно-балочный тип рельефа формируется в условиях недостаточного увлажнения в степной зоне и на юге лесостепной зоны. Густая сеть оврагов и балок расчленяет пластово-денудационные равнины, сложенные рыхлыми легкоразмываемыми породами (лёссами и лёссовидными суглинками). Хотя зимние осадки здесь составляют всего 30% от годовой суммы, максимальная эрозионная работа происходит весной, в период таяния снежного покрова в сочетании с промерзанием и оттаиванием почво-грунтов. Межбалочные водораздельные поверхности имеют холмисто-увалистый облик. Разновидностью такого типа рельефа является адырный рельеф, распространенный у подножия гор Средней Азии, в Ферганской и Гиссарской долинах. Здесь первичная пологонаклонная поверхность пролювиальных равнин настолько расчленена оврагами, что вместо водораздельных равнин образуется множество холмов – адыров. Другая разновидность – бедленд (дурные земли). Бедленд впервые был описан в Северной Америке на окраине плато Прерий (бедленды Уайт-Ривер). Здесь глины содержат лигнит, образовавшийся из болотных отложений (возраст 5 млн. лет). Он часто загорался, а некоторые пласты тлеют до сих пор. По мере того, как газы уходили, вышележащий слой оседал, а глина становилась красной и плотной, как керамика. Овраги, врезаясь в ступенчатое плато (разница высот около 60 м) густой сетью, оставляли только эту красную глину в виде холмов. Теперь термином «бедленд» называют эрозионный рельеф с максимальной густотой оврагов. Вместо водораздельных поверхностей между оврагами остаются только острые гребни. Бедленды характерны для полупустынных сухих районов с бурными ливневыми осадками и с наличием водоупорных глинистых пластов. Долинно-балочный тип рельефа формируется в областях достаточного увлажнения на севере лесостепной и юге лесной зоны на равнинах, сложенных супесями, суглинками и глинами, за пределами распространения реликтового ледникового рельефа. Особенно четко он выражен на севере Среднерусской и Приволжской возвышенностей и в Сыртовом Заволжье. Водораздельные поверхности представляют собой вытянутые пологонаклонные слегка выпуклые увалы. Долинный тип рельефа формируется в областях избыточного увлажнения в таежной зоне в пределах распространения реликтового ледникового рельефа. Для этого типа характерна густая флювиальная сеть, а на междуречьях развит реликтовый ледниковый холмисто-западинный рельеф. В эрозионно-аккумулятивную группу включают аллювиальные равнины, образование которых связано с тремя типами «ловушек наносов», или ступеней отложения наносов: периферия оледенения, подгорные равнины и самая мощная – на границе с океаном. При впадении рек в океан или море происходит отложение взвешенных наносов, приносимых реками. Крупные частицы выпадают в осадок из-за резкого замедления скорости течения реки, приливно-отливных течений, волновой деятельности. Фронт встречи пресной и соленой воды образует мощный геохимический барьер, на котором происходит слипание (коагуляция) тонких частиц в крупные хлопья. В результате в устьях рек накапливаются толщи наносов мощностью до 10-15 км. Эти отложения наращивают сушу, отвоевывают часть площади у океана. Наиболее типичным устьевым образованием является дельта – аккумулятивная форма рельефа, имеющая форму треугольника, сложенная в основном аллювием (см. гл. 7.3). Дельты соседних рек сливаются и образуют обширные низменные аллювиальные равнины (например, Великая Китайская, Индо-Гангская и др.). Б.Л. Личков рассматривал тесную связь великих аллювиальных равнин с оледенениями, то есть с другим типом «ловушек наносов». Во время таяния покровных ледников за пределы ледниковой области поступали огромные массы воды с большим количеством обломочного материала. Этот материал откладывался в низких местах. Генетическую связь с оледенением подтверждает сам характер размещения аллювиальных равнин. Припятское Полесье, Мещерская и Ветлужская низины на Русской равнине, аллювиальные низменности Западной Сибири как бы окаймляют границы среднечетвертичных ледниковых покровов. В настоящее время эти равнины являются реликтовыми, где масштаб аккумуляции по сравнению с ледниковой эпохой значительно сократился. Современное осадконакопление происходит не по всей площади равнин, а только в пределах пойм и дельт крупных рек. Третий тип «ловушек наносов» – подгорные равнины. В ледниковые эпохи плейстоцена, когда усиливалось горное оледенение, с гор (Тянь-Шань, Копетдаг, Памир) стекали полноводные реки, которые выносили огромное количество материала. Его аккумуляция привела к образованию аллювиальных равнин Турана. Развиваясь в условиях аридного климата в голоцене, эти реликтовые равнины претерпели значительные изменения, например, древняя аллювиальная равнина Пра-Аму-Дарьи превратилась в песчаную пустыню Каракумы. Во многих межгорных котловинах (Минусинская, Ферганская) также формировались аллювиальные равнины. В современных климатических условиях они преобразовались в аллювиально-пролювиальные подгорные равнины.