Выработка реками долин и профиля падения

 

В турбулентном потоке струи ударяют в дно и берега русла и отрывают от него частицы грунта. Таким путем река эродирует местность. Эрозия вниз, или размывание дна, называется глубинной, в стороны, или размывание берегов, – боковой.

Струйное перемешивание обеспечивает удержание оторванного материала во взвешенном состоянии и перекатывание его по дну. Эта деятельность рек называется транспортирующей.

При замедлении течения продукты эрозии осаждаются, накап­ливаются, или аккумулируются, в виде аллювиальных (намывных) отложений.

Падение речного русла на геологически однородной местности не однообразно, а образует вогнутую линию, называемую профи­лем нормального падения или профилем равновесия. Теоретическая кривая нормального падения в верховьях падает круто, в низовьях касательна к горизонтальной плоскости.

Продольный профиль начинает формироваться снизу, от ни­зовьев реки, т. к. здесь самая большая масса воды, а следо­вательно, и живая сила реки. Отсюда эрозия идет к вер­ховьям, поэтому ее называют регрессивной. Врезаясь в водоразделы, реки нередко перехватывают другие, теку­щие рядом или по противоположному склону.

До тех пор пока река не выработала профиль нормального падения, она эродирует преимущественно в глубину. Поэтому в горных странах, где реки высоко подняты над уровнем моря, долины имеют форму ущелий (Дарьяльское). Они узкие и глубокие с крутыми склонами.

Глубинная эрозия может идти вниз только до уровня воды в месте впадения реки в море или озеро. Эта точка называется базисом эрозии. Конечный базис эрозии для всех рек – Мировой океан. В озерно-речных системах местными базисами эрозии служат зеркала озер. Если река пересекает выходы массив­но-кристаллических пород, то они также выступают как местные базисы эрозии.

Изменение соотношения высот между базисом эрозии и территорий, по которой протекает река называется колебанием базиса эрозии. Причина колебаний может заключаться в понижении или в повышении уровня водоема при постоянстве высоты материка, и – опускание или поднятие суши при неизменном уровне водоема.

Если уровень моря понижается (например, в начале ледниковой эпохи) или суша изостатически поднимается (Балтийский щит), то базис эрозии понижается, увеличивается амплитуда высот между бассейнами и устьями рек. Это вызывает оживление эрозионной работы реки или ее омоложение. При повышении базиса эрозии, т. е. при опускании суши или подъеме уровня моря, течение реки замедляется, эрозия затухает, русло зарастает, река стареет.

Работа рек и изменение их русел и долин показывает, что реки развиваются.

В жизни каждой реки выделяют три стадии: юности, зрелости и старости.

В стадию юности реки еще не выработали профиля нормального падения. Это проявляется в глубинной эрозии и отсутствии боковой. Русла прямолинейны, излучин нет. В горах молодые реки текут в ущельях (Терек, Колорадо), на равнинах – в слабо врезанных неразработанных долинах (верховья).

В стадии юности до сих пор остаются все озерно-речные системы. Они впадают в море ступенями, на каждой из которых лежит озеро, а между ними протекают полноводные с водопадами реки – протоки.

Вторым ярким показателем невыработанного профиля рек служат быстрины, пороги, водопады и каскады. Все они образуются на выходах трудно эродируемых кристаллических пород.

В зрелом возрасте соотношение глубинной и боковой эрозии таково, что она вырабатывает широкую ящикообразную долину с плоским дном.

В озерно-речных системах на этой стадии котловины озер за­полняются речным аллювием и превращаются в плоские равни­ны - озеровидные расширения речных долин. В это же время межозерные участки эродируются и падение рек на них становится равномерным.

Водопады, разрушаемые падением воды, постепенно отступа­ют вверх по реке. Ниагарский водопад, например, перемещается со ско­ростью 70-90 см/год, а всего за время существования отступил на 11 км.

В стадию старости река на всем протяжении достигает нор­мального профиля, падение ее становится равномерным, течение медленным, эрозионная и транспортирующая деятельность малы, доминируют заполнение долины наносами с берегов и зара­стание.

Такая последовательность развития рек обычно нарушается поднятиями и опусканиями земной коры, колебаниями уровней морей и озер, изменениями климата, которые вносят в жизнь рек непрерывные изменения, вызывают то усиление, то замедление эрозии, то «омоложение», то быстрое «старение» реки.

Результаты работы реки в большой степени зави­сят от горных пород, слагающих территорию бассейна. Реки, теку­щие по массивно-кристаллическим породам Балтийского и Канад­ского щитов, образовались после схода ледникового покрова 10-13 тыс. лет тому назад (абсолютный возраст), но они еще очень долго будут оставаться в стадии юности – порожистыми, без террас, потому что граниты трудно поддаются эрозии. Реч­ные системы такого же абсолютного возраста, но протекающие по местности, сложенной рыхлыми песчаными и супесчаными отло­жениями, уже давно приобрели черты старости.

Сформировавшиеся речные системы – это показатель уже до­вольно высокого уровня развития природы территории, ее рельефа и путей стока воды.

Речные долины. Долиной называется полая, врезанная форма рельефа, линейно вытянутая, с односторонним падением по таль­вегу и открытая в устье.

Происхождение долин в основном эрозионное, но в ряде слу­чаев в их возникновении и развитии играют роль и другие гео­логические факторы (тектонические, оледенение и др.). Долины никогда не пересекаются. Встречаясь, они сливаются, образуя сложные системы.

У долин равнинных рек в зрелом возрасте обычны следующие морфологические элементы: коренные берега (правый и левый), склоны, террасы, пойма и русло.

Молодые равнины, недавно освободившиеся от морской транс­грессии или ледникового покрова, слабо расчленены эрозией. Русла рек врезаны неглубоко, имеют вид искусственных канав, ко­ренные и русловые берега совпадают и от водоразделов нет наклона к рекам. Долины-канавы кажутся чуждыми ландшаф­ту. Такие долины наблюдаются в Прикаспийской низ­менности и на некоторых тундровых берегах Ледовитого океана. На Балтийском и Канадском щитах слабость эрозионного расчленения проявляется в обилии озер и их доминировании над короткими и слабо выраженными долинами рек – про­токами.

По мере выработки профиля нормального падения реки вре­заются, долины углубляются. Глубина вреза определяется воз­растом и высотой равнины. Истоки равнинных рек лежат на не­большой высоте над уровнем моря: Волги – 228 м, Днепра – 250 м, Дона – 190 м.

Регулярно затопляемое в половодье дно речной доли­ны называется поймо й. Ширина ее от нескольких метров до 30-40 км у больших рек.

По мере роста поймы в ширину в связи с размывом коренных берегов, особенно правого, вода в половодье разливается все бо­лее тонким слоем. Одновременно увеличиваются высота поймы за счет отложения аллювия и врез русла. Если река перестает зали­вать пойму по тем или иным причинам, она превращается в тер­расу.

Террасами называются горизонтальные или слабо наклонные поверхности (площадки) вдоль коренных берегов рек, остатки прежних днищ – пойм. В связи с блужданием русла террасы сохраняются только в виде отдельных фрагментов то на правом, то на левом берегах.

На равнинных реках обычно выражены две или три террасы, иногда больше.

По строению террасы могут быть:

а) аккумулятив­ными, сложенными аллювием, представляющими собой и геоло­гическое тело, и форму рельефа;

б) эрозионными, выработанными в породах коренного берега и яв­ляющимися только формой релье­фа;

в) эрозионно-аккумулятивными, или цокольными, у которых нижняя часть – цоколь сложенный процесс, отражающий все стороны развития долины.

При­чины, приводящие к формированию террас:

1. Саморазвитие реки. Соотношение донной и боковой эрозии во времени изменяется так, что река оставляет лестницу террас – бывших пойм.

2. Климатические колебания. Врезание рек может быть вызвано увеличением расхода воды во влажном климате. В таком слу­чае река вырабатывает профиль, соответствующий повышенному стоку.

3. Тектонические колебания литосферы (геократическая причина). Накопление аллювия и образование аккумулятивных тер­рас происходит при опускании суши, а врезание рек и превращение пойм в террасы – при поднятии материков.

4. Колебания уровня моря (гидрократическая причина). Трансгрессии и регрессии океана или повышения и понижения уровня замкнутых водоемов действуют как тектонические колебания, только с противоположным знаком.

Число террас, их взаимное расположение, отношение к реке, характер аллювия, органические остатки, содержащиеся в нем, отражают историю развития местности, ее палеогеографию, поэто­му изучение террас имеет огромное значение. К террасам, часто приурочены полезные ископаемые.

Как только участок равнины выходит из-под уровня моря и становится сушей, на нем обра­зуются сток и реки.

Унаследованность основного направления речных долин в ус­ловиях перестройки рельефа равнин возможна потому, что реки по мере подъема территории врезались в нее, а при опускании заполняли свои долины наносами. При равновесии этих процес­сов долины сохранялись, при нарушении – перестраивались.

В связи с образованием мощного ледникового покрова на материках Северного полушария и увеличением горного оледене­ния значительные массы воды были законсервированы в виде льда. Понизился уровень океана. Это, естественно, привело к оживлению эрозии и к врезанию рек, которое неизбежно сопро­вождалось перехватами верховьев некоторых из них.

В эпоху максимального оледенения прекратился сток на север. Под тяжестью ледниковой нагрузки изостатически опустились Балтийский и Канадский щиты.

В конце каждой ледниковой эпохи от таяния льда увеличива­лась масса воды, реки становились многоводными. Одновременно поднимался уровень океана и базис эрозии становился выше. Уровень Балтийского моря в конце ледниковой эпохи был выше современного на 30 метров. Некото­рое время оно соединялось с Белым. Одновременно с таянием ледников началось изостатическое поднятие Балтийского и Канад­ского щитов.

Связь речных долин с макрорельефом про­является прежде всего в положении мирового водораздела, кото­рый проходит по Средиземному и Тихоокеанскому складчатому поясу. Индо-Тихоокеанский бассейн меньше Атлантико-Ледовитого.

Формы речных бассейнов отражают структурный рельеф рав­нин. Они занимают тектонические впадины, прогибы и другие от­рицательные геоструктуры. Водоразделы речных систем проходят по линиям выступов, валов, по щитам и другим положительным морфоструктурам. Так, система Верхней Волги соответствует Московской синеклизе, средней – Восточно-Русской впадине, до­лина Печоры – Печорской, Днепра – Днепровско-Донецкой синеклизам, Окско-Донская система приурочена к Саратовско-Рязанской синеклизе. Совпадение речных бассей­нов с морфоструктурой прослеживается в Северной и Южной Америке, Индо-Гангской низменности, в Центральной Австралии.

Не только бассейны, но и долины рек согласуются с тектониче­скими структурами; они часто проложены по линиям разломов. Долина Печоры проходит по разлому, ограничивающему Коль­ский полуостров с севера и продолжающемуся в долине Печоры. Линию Кандалакшского разлома использовала Северная Двина. Сухона и Вычегда протекают вдоль подножья Вятского увала.

Тектонически и морфологически различные участки равнин имеют разные планы эрозионного расчленения. Наклонные рав­нины изрезаны параллельными долинами: Волыно-Подольское плато, Причерноморская низменность, многие области северной части Русской равнины, Норландское плато (Швеция) и др.

При сочленении двух тектонически и морфологически различ­ных равнин образуется односторонне перистый план речных до­лин: на их стыке проходит долина главной реки, в которую с более высокого уровня вливаются долины-притоки. Такая кар­тина наблюдается, например, в бассейне Кубани, Енисея, Прута.

Для низменных равнин, занимающих тектонические котлови­ны, характерно центростремительное, или веерообразное, расчле­нение, при котором долины направлены к центру: бассейн Ильменя, Туранская и Среднедунайская низменности, Парижский бассейн.

Равнинам с горизонтально лежащими поверхностными пла­стами свойственно ветвистое в плане расчленение. Оно характе­ризуется тем, что как главные, так и впадающие в них речные долины образуют беспорядочно ветвящуюся систему, в которой нет преобладающего направления. Примером может служить бассейн верхней Волги.

Для антиклинальных структур свойственно радиальное рас­хождение долин: на возвышенностях Русской равнины, на Бразильском и Гвианском нагорьях, в Индостане.

Геологически длительная эрозионная работа рек, их неуклонное смещение вправо (в Южном полушарии влево) приводят к тому, что все водоразделы ока­зываются диссимметричными. Диссимметрия проявляется в самих долинах: их правые берега крутые, левые пологие, обычно террасированные. Эта общая черта речных долин, обусловленная кориолисовой силой, ослож­няется многими фак­торами: геологическим строением местности, вечной мерзлотой, экспозицией склонов и др. В силу этого действительное соотноше­ние высоты и крутизны берегов в разных долинах различно. Со временем диссимметрия долин приводит к диссимметрии всех водо­разделов. Линии водоразделов ближе к крутым берегам, между­речные равнины круто падают к одной реке и полого к другой. Каждая река получает обильное питание с пологого склона, и значительно меньше воды поступает в нее с крутого. Это хорошо видно на примере бассейнов Волги, Дона и Днепра.