ЭРОЗИОННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ВОДНЫХ ПОТОКОВ

В геоморфологии под эрозией (лат. erodere — разъедать, раз­рушать) понимают линейный размыв земной поверхности, произ­водимый русловыми водными потоками. Эрозия противопо­ставляется плоскостному смыву, связанному со стоком безрусловых вод, а также абразии — разрушению земной по­верхности деятельностью волноприбоя по берегам морей и озер.

Эрозионная работа потоков развивается в соответствии с фи­зическими законами гидродинамики и осуществляется в процессе взаимодействия между силами текучей воды, размывающей ложе потока, и сопротивлением размыву слагающих это ложе горных пород. Работа текучей воды определяется кинетической энергией

потока и зависит главным образом от скорости течения, которая прямо пропорциональна уклону ложа, а также от массы воды в потоке. Скорость течения зависит, кроме того, от шероховатости ложа, глубины и ширины потока. Главную роль, однако, играет уклон.

Эрозионная деятельность потоков представляет собой сложный процесс, включающий: 1) снос водой обломочного материала;

2) механическое разрушение горных пород в ложе потока и

3) растворение водой встречающихся на ее пути растворимых пород. Транспортирующая способность потоков зависит прежде всего от скорости течения воды. Так, при скорости течения 0,162 м/с начинает передвигаться по дну мелкий песок, при 0,216 м/с — круп­ный песок, при скорости 0,975 м/с — мелкая галька. Влияют так­же масса воды и турбулентность течения.

Переносимый водой обломочный материал образует так назы­ваемый твердый сток, играющий важнейшую роль в разрушитель­ной работе потока. Основная часть этой работы связана с попут­ным процессом водной корразии, выражающимся в механическом истирании и царапании ложа потока влекомыми водой обломками. Однако при перегрузке потока твердым стоком размыв замедля­ется (так как на перенос затрачивается значительная часть кине­тической энергии), и, наконец, эрозия может прекратиться, а затем смениться отложением наносов.

Первоначально эрозия проявляется в углублении и расширении ложа потока, и первичным результатом ее является образование русла. Руслом называется линейное углубление в земной поверх­ности, формируемое водой по пути движения потока. Работа мел­ких потоков приводит к образованию ряда малых эрозионных форм — борозд, промоин и оврагов. Основным геоморфологиче­ским результатом эрозионного процесса является образование эро­зионных долин, представляющих собой следствие длительного врезания русловых водных потоков.

Важным общим элементом, определяющим развитие эрозион­ного процесса, является базис эрозии. Под базисом эрозии пони­мается уровень, ниже которого прекращается эрозионная деятель­ность данного потока. Базис эрозии располагается в устье потока. Для большинства рек земного шара им является уровень миро­вого океана — общий базис эрозии почти всех рек суши. Благодаря этому эрозионная деятельность ведет в конечном итоге к выравниванию суши экзогенными процессами до единого уровня. Кроме того, существуют местные базисы эрозии, представляющие собой уровни водоемов и рек, принимающих данный поток. Выделяются еще временные или подвижные базисы эрозий в виде различных препятствий для эрози­онного процесса, например, в виде выходов крепких горных пород.

Различают два вида эрозии — глубинную и боковую. Глубин­ная эрозия характеризуется господством донного врезания пото­ка, постоянно стремящегося углублять свое русло и долину. Боко­вая эрозия выражается в разрушении потоком бортов русла и долины, вследствие чего происходит расширение долины, возрастаю­щее в зависимости от длительности развития процесса. Роль обоих видов эрозии на разных стадиях развития долины меняется, а в связи с этим меняется и форма долины.

Основные закономерности работы потоков

В результате глубинной эрозии разрабатывается продольный профиль потока, с выработкой которого закономерно связаны важнейшие и наиболее общие черты рельефообразующей деятель­ности водных потоков. Первоначально продольный профиль по­тока является невыработанным, с очень изменчивыми ук­лонами разных отрезков. На участках с крутыми уклонами эрозия идет интенсивнее, чем на пологих, почему поток, неравномерно врезаясь в ложе, постепенно выравнивает его уклон. С течением времени поток сам вырабатывает себе правильное ложе, имеющее вид плавной вогнутой кривой, очень постепенно снижающейся к базису эрозии и более крутой в верховьях (рис. 17, Л). Профиль такого рода называется выработанным.

Выше уровня базиса врезание потока будет происходить до тех пор, пока уклоны ложа не достигнут минимальной величины, при которой глубинная эрозия потока будет полностью уравновешиваться

сопротивлением пород ложа размыву и энергия станет затрачиваться лишь на перенос наносов и подмыв бортов. Так

А—предельная эрозионная кривая потока; БЭ—базис эрозии; H_i-уровень истока; Н_b— уро­вень базиса эрозии; H_i— H_b— разность уровней истока и базиса эрозии; п — уклон потока Б — регрессивное развитие оврага: а - в разрезе, б—в плане; ЭП—эмбриональная промоина; 1, 2, 3, 4— последовательные стадии развития. В — переход глубинной эрозии в боковую- в— развитие глубинной эрозии; ПЭК — положение предельной эрозионной кривой; г — развитие боковой эрозии и начало образования аллювия; д — дальнейшее развитие боковой эрозии с образованием поймы; ПВ—уровень паводковых вод; MB—уровень меженных вод

как количество воды в реке уменьшается к верховьям, динамиче­ское равновесие достигается там при все более крутых уклонах, чем и объясняется вогнутая форма кривой. Такой профиль назы­вается профилем равновесия, или предельной эрозионной кривой. Он является пределом врезания долины при данной величине кинетической энергии потока и данном положении бази­са эрозии. Для достижения предельной кривой необходимо очень длительное время. В изменчивой обстановке поверхности Земли условия обычно меняются ранее, чем формируется устойчивый профиль потока.

При однородных условиях выработанный профиль достигается раньше в низовьях потока. Врезание тут прекращается, а затем сменяется аккумуляцией. В дальнейшем выработанный профиль появляется все выше по течению. Смещается вверх по долине и аккумуляция, и положение точек наибольшего вреза (рис. 17, Б, а), а во временных потоках также истоки. Происходит разраста­ние оврагов, постоянно удлиняющихся в своих верховьях (см. рис. 17, Б, б). С этим же связано перемещение вверх по течению водопадов (явление регрессивной, или попятной эрозии). Таким образом, развитие эрозионного процесса идет (в общем случае) от устья потока к его верховьям.

Разработка продольного профиля потока и выполаживание его продольного уклона определяет также смену глубинной эрозии — боковой и возникновение аккумулятивной деятельности потока. При приближении русла к положению предельной эрозионной кривой глубинная эрозия все более замедляется, а освобождаю­щаяся энергия потока расходуется на разрушение бортов русла. Начинается боковая эрозия — расширение русла и всей долины с подмывом потоком одного из бортов и его боковым смещением (рис. 17, Б). С расширением русла вследствие боковой эрозии уменьшаются скорость потока и его транспортирующая способ­ность. Максимальный вес обломков, которые может переносить поток, пропорционален шестой степени скорости течения. Поэто­му аккумуляция начинается при малейшем спаде скорости потока. На дне потока выпадают наиболее крупные обломки, а затем и более мелкий материал, образуя покров аллювия, наращиваемый затем вне русла во время паводков. Так формируется пой­ма — важнейшая аккумулятивная форма рельефа речных долин (см. рис. 17, В). Тем самым восстанавливаются ширина и глубина потока, необходимые для поддержания скорости течения воды в нем. Ширина русла потока в каждом данном его сечении стре­мится оставаться постоянной.

В развитии флювиального процесса выделяется три стадии, последовательно сменяющиеся по мере выполаживания уклона русла. Первая характеризуется невыработанным продольным про­филем, глубинной эрозией и углублением долины. Это стадия мо­лодости долины. На второй стадии, при выработанном продольном профиле, господство переходит к боковой эрозии, одновременно с которой начинается аккумуляция — образование аллювия на

дне долины и формирование поймы. Это стадия зрелости долины. Третья стадия, при достижении предельного выравнивания профи-ля, характеризуется затуханием эрозионного процесса. Возникает очень широкая пойма, в пределах которой блуждает извилистое русло реки. Это стадия старости долины.

Нормальная последовательность флювиального процесса, однако, может быть коренным образом изменена в результате движений земной коры или собственных колебаний базиса эрозии. Изменения относительного положения базиса эрозии и уровня истока реки меняют уклон и величину водной энергии потока, определяемую произведением массы воды на высоту ее падения. Увеличение разности уровней истока и базиса эрозии (см. рис. 17, Л) ведет к возобновлению глубинной эрозии (всегда на участках, приобретающих повышенный уклон), к омоложению уже хорошо разработанной долины, т. е. к врезанию в ее широкое днище новой узкой более глубокой долины. Уменьшение этой разности приводит к падению энергии потока и усилению аккумуляции. Важнейшим следствием омоложения долин является образование речных надпойменных террас — остатков прежнего днища долины с залегающим на нем покровом аллювия (см. рис. 29).

Факторы развития флювиальньх процесссов в различных природных обстановках

Рассмотренные выше закономерности отражают лишь самые общие черты развития флювиального процесса. Конкретное развитие флювиального процесса зависит от многих факторов, связанных с изменчивостью природных обстановок. Наиболее важны особенности гидродинамики, обусловленные турбулентностью движения воды, гидрологический режим потока (периодические паводки), климатические условия и геологическое строение местности.

Очень сложно развивается продольный профиль долины и русла рек. Важнейшую роль играют особенности гидродинамики, коренным образом различающиеся в горных и равнинных потоках. В горных потоках с их большими скоростями течения вихреобразные движения воды совершаются чрезвычайно неустойчиво, беспорядочно, и вследствие этого их значение усредняется. Большую роль при выработке продольного профиля приобретают геологическое строение ложа потока, количество и характер обломочного материала, поступающего со склонов долины, новейшие тектонические движения и вся предшествующая история долины. Для равнинных рек с меньшими скоростями течения характерно устойчивое, так называемое упорядоченно-турбулентное движение воды. Здесь именно гидродинамика потока определяет важнейшие особенности развития русла, хотя климатические условия и геологическое строение играют достаточно существенную роль.

Для горных рек характерно ступенчатое строение продольного профиля русла, распадающегося на отдельные участки, состоящие

из протяженной, более пологой, части и короткой, более крутой (рис. 18). Ступени опираются на временные подвижные базисы эрозии и по своей природе очень разнообразны. Наиболее рас­пространены структурно-петрографические ступени, обусловленные геологическим строением местности. Наличие ступеней связано с выходами крепких горных пород, перегораживающих долину. Аккумулятивные ступени связаны с появлением крупных конусов выноса, образуемых притоками, с обвалами и оползнями, как бы подпруживающими течение реки. Тектонические ступени связаны с рельефообразующими современными и неотектоническими дви­жениями земной коры — с ростом неотектонических антиклина­лей или горстов, смещениями по сбросам и т. п. Распознавание ступеней этого типа требует специальных исследований. Историко-геоморфологические ступени связаны с предшествующей исто­рией рельефа. В горных районах наибольшее значение имеют перепады русла, обусловленные повторным развитием эрозии, вы­званным периодическими поднятиями горных областей. Главная река, быстрее эродирующая, раньше притоков углубляет свою долину, а притоки, разрабатывая свои долины регрессивно, успе­вают выработать новый продольный профиль лишь в своих ниж­них течениях.

У равнинных рек продольные профили более выровнены, хотя ступенчатость встречается и здесь. Кроме указанных выше, ха рактерны

ступени, связанные с впадением крупных притоков и резким увеличением массы воды. Продольный профиль русла равнинных рек, построенный по линии наибольших глубин, имеет вид волнообразной кривой с чередованием плёсов и перекатов (рис. 19). Расположение плёсов и перекатов в плане тесно связано с излучи­нами русел равнинных рек, или меандрами (рис. 20). Плёсы по­стоянно располагаются на выпуклой стороне излучины русла, не­сколько смещаясь вниз по течению от ее оси; на противоположной вогнутой ее стороне располагаются прирусловые (береговые) отмели. Перекаты размещаются по наиболее прямым отрезкам русла между плёсами. Поперечное сечение русла на плёсах становится резко асимметричным, на перекатах оно белее симметрично, глубина реки здесь уменьшается. Долгое время эти явления объясняли случайными причинами — образование меандров связывали с какими-либо препятствиями на пути потока. Однако теперь установлено, что в выработке всех этих особенностей русел рек с плавным спокойным течением важнейшее значение имеют г и дродинамика потока и его гидрологический ре­жим.

Обнаружено, что в равнинных реках с малыми уклонами ру­сел создаются устойчивые условия так называемого упорядочен-

но-турбулентного движения воды. Здесь приобретает заметную роль ускорение течения во внутренней части потока, в связи с чем наряду с общим движением воды вниз по течению возникает поперечная циркуляция. На прямолинейных участках русла на­блюдается симметричная поперечная циркуляция. Русло приобре­тает симметричное строение и умеренную глубину. Эти участки соответствуют перекатам. Иная картина возникает на участках искривления русла. Здесь образуется односторонняя циркуляция, причем русло приобретает асимметричное строение и будет смещаться в сторону разрушае­мого борта. На этом участке начнется образование меандра (благодаря смещению русла) и плёса, а на противоположном бор­ту — прибрежной отмели. После следующего переката процесс этот повторяется с обратным знаком, и в результате с одной сто­роны возникает меандрирование русла, т. е. закономерное обра­зование меандров, крупных излучин реки, с другой стороны обра­зуются связанные с ними плёсы и разделяющие их перекаты. Шаг меандрирования, т. е. расстояния между осями меандров, и их амплитуда оказываются также обусловленными гидродинамикой потока и зависят от массы воды в потоке и скорости течения.

Таким образом, фактические продольные профили рек так или иначе не соответствуют форме предельной эрозионной кривой. Важнейшее значение закона предельной эрозионной кривой для развития флювиального рельефа суши заключается в том, что эрозия не может идти глубже этой кривой.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: