в какой части реки по ее длине будет преобладать эрозионный процесс и русло постепенно углубляется
Геологическая деятельность русловых потоков (стр. 1 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 |
1.7 Геологическая деятельность русловых потоков
1.7.1 Геологическая работа рек
Разрушительная работа рек называется речной эрозией. Она зависит от характера движения воды и ее скорости. Течение воды в реке может быть ламинарным и турбулентным. В первом случае вода движется упорядоченно, спокойно и как агент эрозии почти не дает эффекта. Во втором случае движение воды происходит беспорядочно, по перекрещивающимся траекториям. Турбулентное течение проявляется в виде водоворотов, завихрений и оказывает на ложе реки наиболее сильное эрозионное воздействие.
Конечная цель речной эрозии—выработка продольного профиля равновесия реки, представляющего собой кривую изменения высот дна реки на всем ее протяжении — от истока до устья. Форма продольного профиля реки определяется первичным рельефом местности, перепадом высот между истоком и устьем, количеством притоков, прочностью горных пород речного ложа и т. д. По мере эрозионной работы реки ее продольный профиль непрерывно углубляется, приближаясь к уровню бассейна, куда впадает река. Этот уровень получил название базиса эрозии.
В жизни реки различают несколько периодов: юность, зрелость и старость.
Юность реки характеризуется невыработанным продольным профилем равновесия. В этот период преобладает глубинная эрозия. Течение реки бурное, скорость максимальная. Русло изобилует порогами, водопадами; долина таких рек имеет У-образную форму и выражена ущельями и каньонами. Русло юных рек спрямлено, коэффициент извилистости минимален
Зрелость реки наступает по мере приближения рельефа речного дна к продольному профилю равновесия. Глубинная эрозия преобладает в верхнем течении реки; в среднем и нижнем течении ведущую роль играет уже боковая эрозия. Долина реки расширяется, приобретает У-образную форму. Увеличивается коэффициент извилистости реки, русло реки часто изгибается, образуя излучины и меандры. Скорость течения зрелой реки равномерно уменьшается от истоков к устью
Старость реки характеризуется еще большей выработанностью профиля равновесия, который наиболее близок к равновесному состоянию, но все же круче у истока. В качестве примера старой реки может служить современная Волга. По всему течению реки преобладает боковая эрозия, что приводит к размыву берегов, с одной стороны, и намыванию кос и пляжей, с другой.
Интенсивность разрушения берегов, при прочих равных условиях, в северном и южном полушариях непостоянна. В северном полушарии правый берег подвержен боковой эрозии в большей степени, чем левый. В южном полушарии наоборот, левый берег размывается быстрее правого. Поэтому у рек северного полушария правый берег обычно круче левого, у рек южного полушария—круче левый берег. Указанное явление объясняется, главным образом, вращением Земли вокруг оси и получило название правило Бэра
Транспортирующая работа рек проявляется в переносе того или иного материала путем перетаскивания и перекатывания его по дну во взвешенном и даже в растворенном состояниях. Перенос по дну крупных обломков (валунов, глыб) путем их волочения доступен лишь молодым, бурным рекам. В придонном слое реки обычно транспортируется песчаный или глинистый материал. В некоторых случаях таким образом рекой переносится довольно большое количество материала. Так, по дну р. Амазонки путем перекатывания транспортируются миллионы тонн песка, которые в ряде мест формируют дюны длиной до 190 м и высотой 8 м. Большое количество материала переносится реками во взвешенном состоянии. В 1 м3 воды одной из наиболее мутных рек мира—Хуанхэ содержится до 34 кг взвеси.
- Созидательная работа рек выражается в накоплении новых осадочных пород речного типа, которые называются аллювиальными (лат.—нанос, намыв). Реки несут огромное количество материалов в твердом состоянии и в растворе. Ежегодно в моря и океаны реки выносят почти 20 млрд т веществ, из которых почти 18,5 млрд т—твердые частицы. Ежегодный вынос вещества некоторыми реками мира (млн м3): Амударья—45; Миссисипи—более 200; Ганг—более 450; Хуанхэ — около 1000.
Аллювиальные отложения характеризуются хорошей окатанностью, отсортированностью и слоистостью. Среди аллювия нередко встречаются россыпные месторождения полезных ископаемых. Реки, размывая горные породы, одновременно вымывают и содержащиеся в них ценные минералы. Эти минералы переносятся рекой, частично истираются, растворяются и, в конечном итоге, скапливаются в долинах рек в аллювии, образуя промышленные скопления. Так возникают россыпные речные месторождения золота, платины, вольфрама, касситерита, некоторых драгоценных камней (алмаз) и
- Под речными долинами понимают узкую (по сравнению со своей длиной) вытянутую, часто извилистую форму рельефа, в наиболее углубленной части которой течет река. В строении речной долины различают дно, русло, пойму и террасы. Русло — это углубление в рельефе, где течет река; наиболее низкая часть дна называется руслом. Пойма, или пойменная терраса,— это территория, прилегающая к руслу и заливаемая водой в половодье. Террасы уступообразные формы по склонам речной долины. Строение террас различно. В первую очередь, оно зависит от характера слагающих ее отложений. Различают аккумулятивные, цокольные, эрозионные и структурные террасы.
Аккумулятивные террасы I (или террасы накопления, пойменные IV) сложены речными наносами, весь обрыв таких террас состоит из различных аллювиальных отложений. Аккумулятивные террасы формируются следующим образом: вначале рекой намывается аллювий, который толстым слоем заполняет речную долину, а затем река постепенно углубляет свое русло, размывая нанесенные ею ранее осадки.
Рисунок 11
Цокольные террасы II (или смешанные) состоят как бы из двух этажей: нижний—цоколь террасы, сложен коренными породами речной долины, а верхний—аллювиальными отложениями. Мощность аллювия в этом случае значительна, но она не превышает высоты террас, поэтому в террасовых уступах ниже толщи аллювия обнажаются коренные породы основания долины.
Эрозионные III террасы, или террасы размыва, возникали в результате эрозионной деятельности реки в коренных породах. Сложены они коренными породами и лишь с поверхности прикрыты тонким слоем аллювия. Подобные террасы образуют ступени, целиком врезанные в коренные горные породы.
1.8 Геологическая деятельность подземных вод
1.8.1 Виды вод в горных породах
В толщах горных пород и минералах вода содержится в различных формах.
Вода в форме пара. Этот вид воды присутствует в воздухе, заполняющем трещины и пустоты между частицами породы.
Вода в форме льда. Лёд в почвах и породах может присутствовать как в виде отдельных кристаллов, так и в форме скоплений льда (линз, прослоев). Наиболее широко эта форма нахождения воды распространена в области развития многолетней мерзлоты.
Кристаллизационная вода. Этот вид воды входит в состав минералов в виде молекул H2O в постоянном для каждого минерала количестве (например, гипс – CaSO4.2H2O, мирабилит – Na2SO4.10H2O).
Цеолитная вода. Цеолитная вода входит в состав минералов в виде молекул Н2О, число которых в составе минерала непостоянно и может меняться в широких пределах без нарушения физической однородности минерала. Этот вид воды характерен для минералов группы цеолитов, относящихся к каркасным алюмосиликатам. Их особенностью является наличие больших полостей (занимающих до 50% объема) в структуре каркаса, вмещающих катионы Ca2+, Na+, K+ и молекулы воды. В зависимости от условий (температуры, влажности) количество молекул воды в составе минерала изменяется. Цеолитная вода часто рассматривается как разновидность кристаллизационной.
Конституционная вода. Присутствует в минералах не в молекулярной форме, а в форме гидроксильной группы (OH)-, занимающей определенную позицию в кристаллической решетке минерала. Этот вид воды может быть выделен только с полным разрушением структуры минерала.
Физически связанная вода. Этот вид воды присутствует на поверхности частиц. Разделяется на две разновидности.
Прочносвязанная (гигроскопическая). Образуется при адсорбции частицами молекул воды из паров. Гигроскопическая вода окутывает поверхность частиц сплошной или прерывистой плёночкой и очень прочно удерживаемой на них (под давлением до 10000 атм).
Слабосвязанная (пленочная). Располагается поверх прочносвязанной, образуя на поверхности частиц «вторую плёнку». Сила связи между собственно пленочной водой и гигроскопической водой, окутывающей частицы пород, относительно слабая. В силу этого пленочная вода находится в жидком состоянии (обладая при этом повышенной вязкостью) и способна медленно передвигаться от частиц с большей толщиной плёнок к частицам с меньшей толщиной плёнок.
Этот вид вод широко распространен в почвах. В породах наибольшее содержание физически связанной воды отмечается в глинах (наиболее тонкодисперсных породах).
Гигроскопическая, плёночная и гравитационная вода
В какой части реки по ее длине будет преобладать эрозионный процесс и русло постепенно углубляется
Тульский государственный педагогический университет им Л.Н. Толстого
Кафедра экологии
Голынская Ф.А.
Геологическая деятельность временных потоков и рек
Геологическая работа поверхностных текучих вод зависит от массы воды и скорости ее течения. Чем больше масса и скорость, тем больше совершаемая работа. Она складывается из смыва, размыва (эрозии), переноса и отложения (аккумуляции) продуктов разрушения горных пород. Деятельность поверхностных вод, или водная денудация, имеет огромное значение в формировании рельефа. Она приводит к расчленению и в целом к понижению поверхности материков.
1.Геологическая деятельность плоскостного стока и временных русловых потоков.
Плоскостной склоновый сток.
Сила воды тонких струек или пелены способна захватывать часть рыхлого, мелкого материала и перемещать его вниз по склону, у основания которого этот материал накапливается. Процесс плоскостного смыва получил название делювиального, а формирующиеся при этом осадки называются делювием. Максимальные мощности делювия 15-20 и более метров, а ширина шлейфа может достигать сотни метров. Под влиянием плоскостного смыва постоянно уменьшается крутизна склонов, они приобретают плавные очертания и характерный вогнутый профиль. В вершине делювиального шлейфа откладывается относительно более глубокий материал – песчаный. В конце шлейфа скапливаются только тонкие пылеватые и глинистые частицы (см.рис.).
Наиболее благоприятные условия для делювиального процесса создаются в пределах равнинных степных районов умеренного и субтропического поясов и зоне сухих саванн, где в кратковременные сезоны выпадения дождей или таяния снега по склонам смываются рыхлые продукты выветривания.
Среди временных русловых потоков выделяются временные потоки оврагов равнинных территорий и временные горные потоки. В этих потоках происходят процессы эрозии, переноса и аккумуляции обломочного материала.
Овраги. Первая стадия: образование на склоне рытвины или промоины. Постепенно промоина увеличивается вниз и вверх по склону. На всем протяжении ее происходит интенсивная глубинная эрозия. Таким образом, овраг удлиняется вверх по течению потока. Такой процесс роста оврага называется регрессивной или попятной эрозией. Помимо роста оврага вверх, происходит энергичная эрозия вниз по склону до тех пор, пока его устье не достигнет реки, озера или моря, куда впадает овражный поток. Уровень реки или какого-либо бассейна, в который выходит овраг, носит название базиса эрозии.
Следующая стадия развития оврага и начинается с момента, когда он достигает базиса эрозии. Применительно к этому уровню глубинная эрозия постепенно сглаживается и приобретает форму вогнутой кривой. В последнюю стадию уменьшается глубинная эрозия, сглаживается обрыв вершины, склоны оврага постепенно осыпаются, приобретают угол устойчивого естественного откоса и зарастают растительностью.
В ряде районов овраги, поверхности которых сложены рыхлыми породами, очень быстро разрастаются. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, захватывающая огромные площади.
Временные горные потоки. Верховья их расположены в верхней части горных склонов и представлены системой множества сходящихся рытвин и промоин, образующих водосборный бассейн. Из этого бассейна вниз по склону вода движется уже в едином русле, которое называется каналом стока. В период выпадения дождей или снеготаяния все промоины и канал стока заполняются водой, которая с большой скоростью движется вниз по склону. При этом движении вода захватывает обломочный материал, который усиливает разрушительную работу потока. При выходе его на подгорную равнину скорость течения резко уменьшается, откладывается обломочный материал, образуя конус выноса. В Средней Азии и других горных странах аридной зоны конусы выноса, сливаясь друг с другом, образуют широкие предгорные шлейфы.
В строении конусов выноса наблюдается дифференциация материала от более крупного до тонкого по мере удаления от вершины конуса. Отложения конусов выноса образуют генетический тип континентальных отложений и названы пролювием.
2.Геологическая деятельность рек.
Мощные водные потоки производят большую эрозионную, переносную и аккумулятивную работу. Способность рек производить работу называют энергией реки, или ее живой силой (К). Она пропорциональна массе воды и скорости течения.
В образовании речных долин главная роль принадлежит эрозии. Различают эрозию донную, или глубинную, направленную на врезание потока в породы, слагающие дно русла, и боковую, ведущую к подмыву берегов и, в целом, к расширению долины. Соотношение глубинной и боковой эрозии меняется на разных стадиях развития долины. В начальных стадиях преобладает глубинная эрозия, когда водный поток стремиться выработать свой продольный профиль, который характеризуется значительными неровностями. Река стремиться сгладить эти неровности применительно к уровню моря или озера, в которые впадает река. Уровень бассейна, куда впадает река, определяет глубину эрозии речного водного потока и называется базисом эрозии. Он является общим для всей речной системы. Постепенно в нижнем течении реки уклон продольного профиля уменьшается, приближаясь к горизонтальной линии, уменьшается скорость течения и, следовательно, затухает глубинная эрозия.
Одновременно с эрозией реки при своем движении захватывают продукты разрушения (при выветривании или эрозии) горных пород и переносят их волочением по дну, во взвешенном состоянии, и в растворенном виде. Влекомые по дну и взвешенные частицы принято называть твердым стоком рек.
Грубый обломочный материал усиливает донную эрозию, но и сам измельчается, истирается и окатывается, образуя гальку, гравий, песок.
Одновременно с эрозией и переносом происходит и отложение обломочного материала. Уже на первых стадиях развития реки при явном преобладании процессов эрозии и переноса на отдельных участках частично откладывается обломочный материал. Отложения, накапливающиеся в речных долинах в результате деятельности водного потока, называются аллювиальными отложениями или аллювием (см.рис.).
Меандры рек: а- начальная стадия; б- рост и смещение меандра;
в- образование старицы. 
Различные стадии образования прирусловых отмелей:
А- начальная стадия в плане и разрезе;
Б- расширенная прирусловая отмель различного времени накопления в соответствии с прогрессирующим развитием мендры.
3.Строение речной долины.
В развитии речной долины намечается определенная направленность и последовательность – переход от оной стадии к другой и цикличность. Выше были рассмотрены две стадии развития речной долины. Первая стадия, для которой характерно преобладание глубинной эрозии и каньонообразный, или V – образный, поперечный профиль долины, называется стадией морфологической молодости. Вторая стадия называется морфологической зрелостью. Ей соответствует выработанный продольный профиль реки, приближающийся к кривой равновесия, и широкий плоскодонный U – образный поперечный профиль долины с хорошо развитой поймой. При несущественных изменениях климата и тектонических движений земной коры совместное действие смежных рек (с системой протоков) и склонового смыва приводит к понижению и выравниванию рельефа. Так возникает выровненная поверхность суши, названная американским ученым В. М. Дэвисом – пенеплен, то есть почти равнина: волнистая или холмистая, иногда с отдельными возвышенностями – останцами, сложенными очень твердыми породами.
Известно, что эпохи слабого проявления тектонических движений, когда происходит выравнивание рельефа, сменяются эпохами относительно быстрых поднятий и опусканий земной коры. На месте плоскодонных долин появляются молодые эрозионные врезы V – образного типа. Происходит как бы «омоложение» речной долины. Река вновь начинает вырабатывать продольный профиль применительно к новым соотношениям с базисом эрозии. В результате в реке формируется новая пойма на более низком гипсометрическом уровне. Прежняя пойма останется у коренного склона долины в виде площадки, сочленяющейся с новой поймой уступом и не заливаемой талыми водами. Последующее оживление тектонических движений вновь вызовет врезание потока в коренные породы и формирование плоской долины на еще более низком уровне.
Таким образом, в речных долинах образуется лестница террас, возвышающихся друг над другом. Они называются надпойменными террасами. Самая высокая терраса является наиболее древней, а низкая – самой молодой. Нумеруются террасы снизу, от более молодой. У каждой террасы различают следующие элементы: террасовидную площадку, уступ или склон, бровку террасы, тыловой шов, где терраса сочленяется со следующей террасой или с коренным склоном (см.рис.).
Схема геологического строения реки:
1- русловые фации (пески) в основании с пролювиальным горизонтом (галечники, щебень, валуны);
2- пойменные фации (супеси, суглинки, глины);
3- старичные фации (глины, илы, торф);
4- ледниковые отложения (супеси,валунные суглинки);
5- флювиогляциальные отложения (пески);
6- отложения верхней юры (глины);
7- известняки.
В основании аллювиальных отложений каждой террасы всегда располагается цоколь, сложенный коренными горными породами. В зависимости от высотного положения цоколя и мощности аллювия выделяются три типа террас (см.рис.).
Типы речных террас:
А- эрозионные или скульптурные;
Б- аккумулятивные;
В- цокольные.
Р- русло; П- пойма; I,II,III- надпойменные террасы; H1,H2,H3— эрозионные циклы.
Элементы террасы: а- тыловой шов; б- террасовидная площадка; в- бровка террасы; г- уступ террасы.
1-аллювий; 2-коренные породы.
4.Устьевые части рек.
Различают два типа устьев рек – дельты и эстуарии.
Дельты – это плоские низменные равнины, полого наклоненные в сторону моря, часто имеющие форму, близкую к треугольной. В их пределах река распадается на многочисленные радиально расходящиеся рукава и потоки, образуя аллювиально-дельтовые равнины. Река, впадая в моря и озера,приносит с собой большое количество обломочного материала, как влекомого по дну, так и во взвешенном состоянии. Часть его уносится в море, значительная же часть оседает в прибрежной зоне, образуя подводный конус выноса. Постепенно нарастая в сторону моря, в ширину и высоту, он начинает выступать на поверхности в виде выдающегося в море широкого конуса (дельты) с вершиной, обращенной к реке. Дельты образуются при относительно небольшой глубине моря, обилии обломочного материала, отсутствии приливов и отливов и сильных вдольбереговых течений и сравнительно медленных колебательных тектонических движений.
В речных дельтах встречаются различные по своему составу и генезису отложения:
Эстуарии – воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Они хорошо выражены у Сены, Эльбы, Темзы и других рек. Для образования эстуариев благоприятны условия там, где наблюдаются приливы и отливы, вдольбереговые течения и прогибание земной коры. Во время приливов море далеко вдается в устьевые части рек, а во время отливов морская вода вместе с речной образуют мощный поток, движущийся со значительной скоростью. При этом обломочный материал, принесенный рекой, выносится в море, где подхватывается береговыми течениями.
С эстуариями по форме сходны лиманы – расширенные устья рек, затопленные водами моря, не имеющие приливов и отливов, и превращенные в заливы. Их образование связано с прогибанием земной коры в устьевых частях рек.
Геологическая деятельность рек
Реки — это постоянно действующие водные потоки, производящие огромную работу как разрушительную, так и созидательную. Они играют очень важную роль в жизни человечества: это пути сообщения, источники воды и рыбного промысла, естественные границы и поставщики дешевой энергии.
Река со всеми ее притоками называется речной системой, а площадь, занимаемая речной системой, — речным бассейном. Речные системы разделены высокоподнятыми участками суши — водоразделами. Площадь, с которой река и ее притоки получают воду, называется водосборным бассейном. Самой крупной речной системой в мире является р. Амазонка, бассейн которой занимает площадь 7,05 млн км2, р. Конго (3,69 млн км2), Обь (3,35 млн км2). Бассейн р. Волги по своим размерам занимает 14 место в мире (около 1,4 млн км2).
Питание рек осуществляется за счет атмосферных осадков — дождевых и талых вод, таяния горных ледников и подземных вод. В зависимости от географического положения и климатических особенностей преобладает тот или иной вид питания.
По характеру работы, выполняемой реками, А.П. Павлов различает три их типа: 1) реки равнинных местностей; 2) реки, берущие начало на высоких плоскогорьях или плато и низвергающиеся водопадами в глубокие и узкие ущелья, называемые каньонами; 3) реки горных систем.
Каждый из этих типов обладает определенным режимом, обусловливающим характер их деятельности. Режим рек определяется количеством воды, ее уровнем и скоростью. В течение года режим рек меняется в зависимости от характера и интенсивности питания. Период резкого подъема уровня воды в реке в связи с интенсивным таянием снегов называется половодье, когда проходит значительная часть годового стока воды (до 80 %). Река выходит из берегов, заливает обширные пространства поймы, а иногда и низкие террасы. Уровень воды в реке, соответствующий половодью, называется высоким горизонтом. Кроме этого в реках иногда наблюдается резкий и кратковременный подъем воды — паводок, вызванный обильными дождями или таянием ледников в верховьях рек, сбросом воды из водохранилищ.
Время самого низкого уровня воды в реке — меженный период (межень) при уменьшении стока с водосборных площадей в засушливое время года.
Скорость течения воды в реке зависит от массы воды, уклона дна и характера русла. Вертикальный поперечный разрез через реку — это живое сечение реки (рис. 15.7). Скорость течения в различных точках живого сечения реки различна. Максимальная скорость наблюдается над самым глубоким местом живого сечения в точке F чуть ниже уровня воды в реке. В пределах дна максимальная скорость в наиболее глубоких местах реки (участок CD), минимальная — в наиболее мелких местах реки (участок ЕВ).
Линия, соединяющая проекции точек с максимальной скоростью течения на поверхности реки, называется ее стрежнем. У дна и берегов течение замедляется, так как сказывается трение воды одно и берега. Меняется скорость течения и вдоль реки: в узких местах — пережимах, где река зажата между берегов, скорость значительно выше, чем на широких вольных разливах — плесах. Скорость течения меняется не только на различных участках реки, т. е. в пространстве, но и во времени. Максимальных величин она достигает в период половодья, а минимальной бывает в межень.
Углубление в земной поверхности, по которому протекает река, называется долиной реки. Часть долины, заполненная водой при самом низком (меженном) уровне, называется руслом; часть долины, затопленная паводковыми водами, — поймой; незаливаемые горизонтальные участки долины реки — террасами.
Работа рек складывается из разрушения горных пород русла и берегов (эрозии), переноса продуктов разрушения (транспортировки) и последующего их отложения (аккумуляции). Река может одновременно производить все перечисленные виды работ, но их интенсивность, время проявления и пространственная приуроченность определяются цикличностью развития реки. Способность реки производить работу зависит от ее энергии (живой силы) и от скорости течения, которая прямо пропорциональна уклону ложа и массе воды в потоке.
Эрозионная деятельность водного потока представляет собой сложный процесс, включающий механическое разрушение горных пород в ложе потока, снос обломочного материала и растворение водой встречающихся на ее пути растворимых пород.
Механическое разрушение горных пород водными потоками осуществляется при определенной скорости воды в потоке и давлении на породы, создаваемые напором воды. Горные породы в зависимости от их состава и структурно-текстурных особенностей размываются при различных скоростях движущейся воды. Так, глинистые породы могут разрушаться при скорости 0,15 м/с, песчаные — при 0,3—0,4 м/с, слабоцементированные конгломераты — при 1,0—1,2 м/с, слюдяные сланцы — при 1,5—1,8 м/с, габбро и сиениты — при 3,0—3,3 м/с. Предельные значения прочностных свойств служат границей разрушения горных пород под напором воды. На разных стадиях развития реки ее эрозионная деятельность меняется не только по величине (энергии), но и по своей направленности. Различают два вида речной эрозии: донную и боковую.
Донная эрозия. В начальные стадии развития реки деятельность руслового потока начинается с глубинной эрозии. Глубинная (донная) эрозия характеризуется процессами размыва и углубления дна ложа потока (врезание потока в породы дна) силами движущейся воды. Уровень углубления ложа потока, ниже которого прекращается его эрозионная деятельность, называется базисом эрозии. Для большинства водных потоков на континентах базисом эрозии является уровень Мирового океана, называемый абсолютным базисом эрозии. Кроме того, у каждого потока есть местные базисы эрозии, представляющие собой уровни водосборных водоемов. Например, для ручьев и малых рек это могут быть уровни реки или озера, в которые они впадают. Выделяются также временные или подвижные базисы эрозии в виде различных препятствий для водных потоков (выход прочных пород или плотина).
Развитие рек на ранних стадиях осуществляется в результате регрессивной (пятящейся) эрозии вверх от базиса эрозии. В верховьях реки, где масса воды незначительна, углубление долины идет медленно. Наибольший размыв происходит в какой-то промежуточной части долины, где уже из-за поступления воды притоков достаточно велика и масса воды, и ее скорость. Эта область наибольшего размыва непостоянна и постепенно перемещается от устья к истоку.
Скорость врезания в значительной степени зависит от состава горных пород, слагающих ложе потока. По рыхлым породам (галечники, пески, илы) даже очень небольшие водотоки быстро углубляют свое русло. Очень медленно размываются массивные кристаллические породы (граниты, гнейсы и габбро), выходы которых являются подвижными базисами эрозии и часто надолго задерживают глубинную эрозию вверх по водотоку. В таких участках образуются водопады, перекаты, пороги. На рис. 15.8 — четырехметровый водопад на p. Xapгe в Прибайкалье, служащий местным базисом эрозии.
Наибольшей живой силой обладает вода, падающая отвесно, поэтому у подножия водопадов дно рек размывается наиболее интенсивно. Вода подмывает уступ водопада и, когда ниша подмыва достаточно углубится, уступ обрушивается под действием собственной массы. Постепенно разрушаясь водотоком, уступ медленно передвигается вверх по течению реки, являясь подвижным (местным) базисом эрозии. Ниагарский водопад в Северной Америке, образованный в русле, сложенном плотными известняками, подстилаемыми мягкими сланцами, отступает в год на 0,7—0,9 м. Это крупнейший по водности водопад высотой 49,5 м при ширине — 914 м.
Водопад Виктория на р. Замбези в Африке имеет высоту 120 м, ширину 1800 м. Водопады могут служить источниками энергии. Так, в Карелии на очень мощном водопаде Кивач на р. Суне построена ГЭС.
Углубление русла реки продолжается до определенного уровня. С понижением русла скорость течения уменьшается, а значит, уменьшается и ее живая сила. С установлением равновесия между живой силой воды, трением о ложе массы воды вместе с переносимым ею грузом обломочных частиц, дальнейшего углубления дна реки происходить не будет. Река вырабатывает себе русло, имеющее вид плавной вогнутой кривой, постепенно выполаживающейся к базису эрозии и более крутой в верховьях. Такой продольный профиль ложа реки называется продольным профилем равновесия или предельной эрозионной кривой (рис. 15.9). После выработки продольного профиля равновесия врезание потока прекращается и основную роль начинает играть боковая эрозия, приводящая к разрушению берегов, перемещению русла и расширению речной долины.
Изменение продольного профиля равновесия и характера реки после образования новых местных базисов эрозии — уровней рукотворных морей хорошо просматривается на примере р. Ангары. До построения каскада Ангарских ГЭС долина р. Ангары по естественным условиям и характерным особенностям разделялась на три участка: нижний, средний и верхний с падением уровня в среднем на 1 км соответственно: 0,2; 0,3 и 0,16 м. Наибольшее падение на среднем участке (между устьями рек Оки и Илима протяженностью 290 км и общим падением 93 м) наблюдалось в поле развития траппов, где высота Падунского порога составляла 5,8 м, а Шаманского — 12,9 м. После появления и подъема новых базисов эрозии — водохранилищ, затопления порогов и шивер совершенно изменился общий продольный профиль равновесия реки и начался процесс ее неестественно быстрого старения. Так, ниже г. Иркутска некогда полноводная и стремительная р. Ангара утратила скорость течения, стал происходить процесс намыва новых островов, а на отдельных участках и заболачивание берегов.
Боковая эрозия. При приближении продольного профиля реки к положению продольной эрозионной кривой глубинная эрозия все больше замедляется, а освобождающаяся энергия потока расходуется на расширение русла, т. е. поток вступает в стадию боковой эрозии. Согласно действию сил Кориолиса, в северном полушарии Земли на больших водотоках более интенсивно подмывается правый берег, а в южном — левый. Поток, отразившись от подмываемого берега, отклоняется в противоположную сторону. На возникшем изгибе стрежня образуются системы поперечной циркуляции воды, особенно четко проявляющиеся во время паводков. Русло потока начинает изгибаться многократно, так как стрежень последовательно отражается то от одного берега, то от другого. Возникший изгиб русла — меандра постепенно разрастается до тех пор, пока его шейка не станет столь узкой, что во время паводка воды могут ее прорвать и вновь спрямить русло. Таким образом, благодаря боковой эрозии русло водотока не только расширяется, но и приобретает извилистое строение — река меандрирует (по названию извилистой р. Меандр в Малой Азии) (рис. 15.10).
Сохранившиеся в долинах рек остатки старых русел, имеющие подковообразную форму, фактически становятся озерами и называются старицами (рис. 15.11). С расширением русла, вследствие боковой эрозии, уменьшается скорость потока и его транспортирующая способность. Это приводит к постепенному затуханию эрозионной деятельности потока и началу процесса аккумуляции.
Перенос (транспортировка). Реки переносят большое количество обломочного материала, масса которого и размер переносимых обломков зависит от многих параметров: массы и скорости воды, уклона русла, состава горных пород, слагающих ложе реки и ее берега. Размер переносимых обломков колеблется от тонких илистых и песчаных частиц до крупных валунов. Перенос осуществляется:
— путем волочения или перекатывания по дну наиболее крупных обломков, которые еще более усиливают донную эрозию;
— во взвешенном состоянии более мелких частиц;
— в растворенном состоянии.
Масса обломков, перекатываемых по дну, пропорциональна шестой степени скорости течения, поэтому горные реки обычно переносят гораздо больше обломочного материала и более крупной размерности. Обломочный материал, перемещаемый перекатыванием, волочением и во взвеси, называют твердым стоком реки.
Значительное количество минеральных веществ переносится в растворенном состоянии — около 40 % всего транспортируемого материала.
По сведениям Н.М. Страхова, в растворенном состоянии переносятся легко растворимые соли (NaCl, KCl, MgSO4, CaSO4), карбонаты (CaCO3, MgCO3, Na3CO3), кремнезем и в небольших количествах соединения Fe и Mn, которые образуют как истинные, так и коллоидные растворы.
По данным Г.П. Горшкова, соотношение твердого стока (а — влекомые по дну, b — во взвеси и с — в растворенном состоянии) для горных рек составляет а:b:с = 0,86:6,8:1, а для равнинных — а:b:с = 0,05 :0,56:1.
Отложение осадков (аккумуляция). Уже на самых ранних стадиях развития реки, наряду с эрозией и переносом, происходит и отложение (аккумуляция) обломочного материала. Вначале образующиеся отложения могут быть непостоянными и во время подъема уровня вод и увеличения скорости течения при половодьях и паводках подхватываются водой и перемещаются вниз по течению. Ho по мере достижения рекой уровня базиса эрозии и состояния равновесия, расширения долины, замедления скорости течения в русле реки в прирусловой части долины начинает происходить аккумуляция постоянных отложений, называемых аллювиальными, или аллювием (от лат. аллювио — нанос, намыв). Они состоят из обломочного материала разного состава и размерности, степени окатанности и сортировки. Перемещение накопления аллювия происходит от устья нижней части долины к ее средней части, а потом и в верховья.