17. Геологическая деятельность поверхностных водооттоков. Делювиальный смыв, оврагообразование.

Подземные воды -= это все виды вод, ниходящиеся ниже земной поверхности и приуроченные к почвам, горным породам земной коры и вещ-ву мантии. Они составляют подземную чатсь гидросферы Земли. Относятся к изучаемой специалистами гидрогеологии. Распространение подземных вод зависит от свойств и качественного состава вмещающих воду горных пород, особенно на их трещеноватость и пористость. Породы – коллектора (пустоты стали) подразделены на несколько категорий: 1. Гранулярные; 2. Трещиноватые скальные порожды; 3. Трещиноватые с внутренними пустотами породы.

Породы делятся на водоприоницаемые и водонепроницаемые.

В толщах горных пород и минералах вода содержится в различных формах.

1. Вода в форме пара. Этот вид воды присутствует в воздухе, заполняющем трещины и пустоты между частицами породы. 2. 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. 3. Кристаллизационная и конституционная вода. Эти виды вод являются составными частями минералов, входя в их состав в виде молекул или (OH)^- -групп, то есть находятся в химически связанном состоянии. 3.1. 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). 3.2. 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. 3.3. 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. 4. Физически связанная вода. Этот вид воды присутствует на поверхности частиц. Разделяется на две разновидности. 4.1. 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). 4.2. 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).

5. Свободная вода. 5.1. Капиллярная вода. Капиллярная вода располагается в тонких трещинах и порах пород и удерживается в них силами поверхностного натяжения. 5.2. Гравитационная вода. К этому виду относятся воды, перемещающиеся (фильтрующиеся) под действием силы тяжести и напорного градиента в толще пород по сообщающимся порам и трещинам. Образование гравитационных вод происходит при насыщении всех пор и трещин породы водой.

Анализ приведённой выше классификации вод в горных породах позволяет выделять среди их две главные группы – связанные и подвижные (свободные) воды. Все природные воды, находящиеся ниже поверхности Земли в подвижном состоянии называются подземными водами.

По происхождению подземные воды разделяются на 4 типа. Инфильтрационные воды образуются путём просачивания с поверхности дождевых и талых вод, а также вод поверхностных водоёмов. Седиментационные воды – воды, захороненные вместе с осадками в процессе осадкообразования. Конденсационные воды - подземные воды, образовавшиеся в результате конденсации парообразной воды. Эндогенные воды – воды, поступающие из недр планеты; их образование связано с процессами отделения водяных паров от магмы и их конденсации (ювенильные воды), процессами метаморфизма, сопровождающимися дегидратацией минералов и выделением газово-жидких включений, дегазацией мантии.

Переходя к рассмотрению особенностей залегания и динамики подземных вод необходимо отметить, что горные породы существенно различаются по водопроницаемости. Водопроницаемость определяется пористостью (или трещиноватостью) пород (являющейся отношением объёма всех пор к объёму породы), размером пор или трещин, их связью между собой. Наибольшая водопроницаемость присуща крупнообломочным рыхлым породам (галечникам, гравию), а также сильно трещиноватым породам независимо от их происхождения. Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты. В зависимости от характера пустот в водоносных горизонтах подземные воды делятся на следующие разновидности:

• поровые - заполняющие пространство между частицами рыхлых пористых обломочных пород (песков, галечников);

• трещинные - залегающие в трещинах массивных скальных пород (кристаллические породы, песчаники, массивные известняки);

• карстовые (трещинно-карстовые) - залегающие в пустотах и полостях, образованных в результате растворения пород (присутствуют в растворимых породах - солях, гипсах, известняках, доломитах).

Водопроницаемость снижается по мере уменьшения размера частиц, уплотнения и цементации породы, уменьшения степени её трещиноватости. Практически водонепрницаемыми -водоупоными горизонтами - являются нетрещиноватые массивные породы и глины. Необходимо отметить, что пористость глин может достигать очень высоких значений (до 60% общего объёма породы), однако, ввиду тонкодисперсности породы, поры между слагающими её частицами имеют капиллярный характер и вода в них удерживается силами поверхностного натяжения, не фильтруясь через породу.

По условиям залегания, питания и движения среди подземных вод выделяются несколько разновидностей.

Наиболее близко к поверхности располагаются почвенные воды, образующиеся за счёт увлажнения почв атмосферными осадками и конденсации влаги из воздуха. Это воды висячие, не подстилаемые водоупорными горизонтами. Они имеют большое значение в питании растений и процессах выветривания содержащихся в почве минералов, но хозяйственного значения не имеют.

Ниже зоны почвенных вод располагается толща практически сухих пород, содержащих в небольших количествах плёночную воду. Если в этой толще имеются прослои или линзы водоупоров, то в периоды обильной инфильтрации (просачивания) атмосферных и поверхностных вод (периоды дождей, таяния снега, половодий и пр.) над ними происходит образование временных скоплений гравитационных вод. Мощность пород, насыщенных такими водами не превышает обычно 1 м. Эти временные водоносные горизонты называются верховодки.

Первый от поверхности Земли постоянно существующий в пределах рассматриваемой территории водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Верхняя граница зоны постоянного насыщения пород грунтовыми водами носит название зеркала (или уровня) грунтовых вод. Питание грунтовых вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, талых вод, вод поверхностных водоёмов. Мощность водоносного горизонта непостоянна и изменяется как по площади (в зависимости от рельефа), так и во времени (в зависимости от количества атмосферных осадков, режима водоёмов). Колебание уровня грунтовых вод во времени определяет наличие так называемой зоны периодического насыщения, находящейся непосредственно над зоной постоянного насыщения и являющейся водоносной в периоды повышения уровня грунтовых вод.

Водоносные горизонты, залегающие ниже горизонта грунтовых вод, разделяющиеся пластами водоупорных пород называются межпластовыми водами. Последние, в свою очередь, разделяются на межпластовые безнапорные и межпластовые напорные (или артезианские) воды.

Таким образом, по условиям залегания можно выделить две главные зоны распространения подземных вод – зону аэрации и зону насыщения. Зона аэрации - пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод, в котором происходит инфильтрация вод с поверхности. К водам зона аэрации относятся почвенные воды и верховодки. Зона насыщения – пространство ниже зеркала грунтовых вод, где находятся постоянно действующие водоносные горизонты. К водам зоны насыщения относятся грунтовые и межпластовые воды.

Подземные воды представляют собой природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов, а также микроорганизмы. Сумма растворенных в воде веществ, исключая газы, определяет её минерализацию (выражаемую в г/л или мг/л).

По степени минерализации подземные воды подразделяют (по классификации В. И. Вернадского) на следующие группы:

• пресные - воды с минерализацией до 1 г/л,

• солоноватые - от 1 до 10 г/л,

• солёные - от 10 до 50 г/л,

• подземные рассолы - более 50 г/л (в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана).

В основу классификации подземных вод по химическому составу положено соотношение наиболее распространенных в и их составе анионов (HCO^-, SO₄^2-, Cl^-) и катионов (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺). При описании химических типов вод сначала указывается анионный состав, при этом анионы указываются в порядке убывания; затем в аналогичном порядке приводится состав катионов.

Минерализация и химический состав подземных вод зависит от сочетания ряда факторов: происхождения вод, взаимодействия подземных вод с вмещающими породами, условий водообмена. Рассмотрим влияние этих факторов.

Происхождение вод. Инфильтрационные воды, образующиеся за счет поступления с поверхности, обычно имеют низкую минерализацию, по составу преимущественно гидрокарбонатные кальциевые и магниевые, обогащённые кислородом. Конденсационные воды пресные. Седиментационные воды, образованные за счёт захоронения древних вод морского происхождения, обычно наследуют особенности состава последних – они хлоридные натриевые или хлоридные кальциево-натриевые; захороненные воды ледниковых отложений ультрапресные. Состав эндогенных вод (и вод, развитых в зоне влияния потоков эндогенных флюидов) обладает большим разнообразием. Содержащиеся в их составе летучие компоненты (CO₂, HCl, H₂S и др.) придают им высокую агрессивность, способствующую выщелачиванию вмещающих пород и формированию сложного химического состава вод (например, известная группа Кавказских минеральных вод - «Ессентуки», «Новотерская» и др., связанных с областью внедрения неогеновых магматических пород).

Взаимодействие с вмещающими породами. Воды, фильтруясь через толщи пород, растворяют их, обогащаясь рядом элементов. Так при растворении соленосных толщ сложенных галитом (NaCl) воды приобретают хлоридный натриевый состав; при фильтрации через известняки - гидрокарбонатный кальциевый и т.д.

Условия водообмена определяют интенсивность участия подземных вод в гидрологическом цикле. В зоне интенсивного водообмена, где интенсивно протекают процессы круговорота вод («разбавление» вновь поступающими пресными инфильтрационными водами, разгрузка водоносных горизонтов родниками, относительно недолгое время взаимодействия с вмещающими породами) воды чаще гидрокарбонатные, богатые кислородом и азотом (газами воздушного происхождения), с низкой минерализацией. Зоне замедленного водообмена свойственны солоноватые воды многокомпонентного состава. Зона весьма замедленного водообмена, соответствующая нижней части артезианских бассейнов, представлена преимущественно солёными водами и рассолами (с минерализацией до 600 г/л), содержащим углеводородные газы и сероводород. В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод — от 50 до 600 м, рассолов — от 400 до 3000 м. 

Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды испытывают сезонные колебания температуры. Воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур, сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности. Там, где средние годовые температуры отрицательные, вода в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда, Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»). В районах, где среднегодовая температура положительная, подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой. Воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры, нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов достигая температур 300-400⁰С.

Источниками (родниками, ключами) называют выходы подземных вод на поверхность суши или дно водоёмов.

Источники разделяются на следующие разновидности (по классификации М.Е. Альтовского, с упрощениями). 1. Постоянно действующие родники. Эти родники характеризуются непрерывной деятельностью в течение многих лет. По условиям питания подземными водами постоянно действующие родники могут быть нисходящими и восходящими. Нисходящие родники питаются безнапорными водами (грунтовыми и межпластовыми безнапорными водами). К нисходящим родникам относятся:

• экранированные родники - родники, образующиеся в результате перекрытия водоносного горизонта водоупорными породами или вследствие резкого уменьшения водопроницаемости водоносного горизонта;

• родники выклинивания, возникающие либо вследствие стратиграфического выклинивания питающего их водоносного горизонта, либо вследствие уменьшения его поперечного сечения;

• эрозионные родники, образующиеся в результате вскрытия водоносного горизонта долинами рек, оврагами, балками;

• карстовые родники.

Восходящие родники питаются напорными водами. Движение питающих их вод происходит снизу вверх под действием напорного градиента. К восходящим родникам относятся:

• эрозионно-напорные родники, возникающие вследствие эрозионного среза пластов с напорной водой;

• напорные родники, образующиеся главным образом в равниной местности в результате прорыва горизонтов артезианских вод в понижениях рельефа - долинах рек, оврагах, балках;

• напорно-газовые родники, образующиеся при прорыве напорных вод со значительным содержанием газов, способствующих подъёму воды снизу вверх;

• тектонически экранированные родники, образование которых связано с перекрытием напорного водоносного горизонта водоупорными породами вследствие разрыва и смещения блоков пород по разломам.  

2. Сезонно действующие родники. Такие родники связаны с водами зоны аэрации, имеют резкие колебания дебита вплоть до полного иссякания, химического состава и температуры воды.

3. Ритмически действующие родники (в том числе гейзеры).  Гейзеры (от исландского "geysir", от "geysa" - хлынуть) – горячие источники, периодически выбрасывающие воду и пар. Распространены в областях современной или недавно прекратившейся вулканической деятельности, где происходит интенсивный приток эндогенного тепла. Гейзеры имеют вид небольших усечённых конусов или чашеобразных углублений, связанных с трубообразными или щелеобразными каналами, подводящими воду.  Механизм действия гейзеров можно описать следующим образом. В подводящем трубкообразном канале, заполненном водой, происходит нагрев нижней части столба воды выше точки кипения. Но из-за давления вышерасположенной массы воды закипания не происходит, происходит её дальнейший разогрев. Наконец, температура повышается на столько, что в каком-то месте начинается кипение – образуются пузыри, поднимающиеся вверх по каналу и выталкивающие часть воды. Это приводит к резкому падению давления и, вследствие этого, мгновенному закипанию перегретой воды. Из канала выбрасывается пар и выталкиваемая им вода. Затем следует период покоя, соответствующий времени заполнения канала водой и её нагреву выше критической температуры. Заполнение канала происходит за счёт просачивания воды из боковых пород и, частично, за счёт выброшенной воды, попавшей после извержения обратно в канал.

Фильтрующиеся подземные воды приводят к изменению пород, слагающих водоносные горизонты. Палеоводоносные горизонты после отмирания представляют собой относительно маломощные пласты (метры – первые десятки метров), несущие отчётливые следы интенсивных преобразований под действием подземных вод. Наиболее характерны проявления палеоводоносных горизонтов в виде ожелезнёных, омарганцованных, окремнённых, сульфатных пород, осветлённых полос в красноцветных толщах, реже обогащённых баритом или целестином горизонтов, расположенных среди водоупорных толщ иного состава. Специфичные породы, свойственные палеоводоносным горизонтам – это кольматолиты (франц. colmatage, от итал. colmata наполнение, насыпь), образующиеся путём вмывания глинистых и коллоидных частиц в водопроницаемые породы (обычно кольматации подвергаются пески).

Большая группа отложений связана с отложением вещества, поступающего с инфильтрующимися (просачивающимися) в зоне поверхностного гипергенеза подземными водами. Продукты поверхностного замещения субстарат веществом, привнесённым извне, объединяют понятиемиллювий. Сложенные иллювием геологические тела образуют инфильтрационные коры. Наиболее широко распространены карбонатные, кремнистые  и сульфатные (существенно гипосвые) коры. К группе инфильтрационных кор относятся также солонцы и солончаки.

Карбонатная кора (каличе, калькрет) предсталяет собой пласт карбонатных пород, образованных в ходе капиллярного поднятия и последующего испарения грунтовых вод. Такие образования характерны для аридных и субаридных районов, особенно для пустынных областей, подстилаемых карбонатными породами. Мощность таких образований обычно составляет десятки сантиметров – первые метры.

Кремнистая кора (силькрет) – пласт кремнистых (преимущественно халцедон-кварцевых) пород, образующихся в аридных условиях путём поступления к поверхности щелочных вод, богатых кремнезёмом. Мощностью силькрета достигает нескольких метров.

Сульфатная кора – пласт существенно глинистых обычно рыхлых пород, содержащих значительное количество комковатого гипса, а также известь и водорастворимые соли магния, натрия, калия. Образуется при испарении капиллярных вод, связанных с грунтовыми водами, насыщенными сульфатом кальция. Сульфатные коры мощностью до нескольких метров характерны для глинистых пустынь.

С выходами подземных вод на поверхность связно образование травертинов, обязанных своим происхождением осаждению карбоната кальция из воды углекислых источников. К выходам термальных вод с высокими концентрациями кремнезема приурочены гейзериты, состоящие из опала. Выносимые водами микроэлементы (бор, йод, мышьяк, литий, и др.) могут накапливаться в промышленных концентрациях, образуя месторождения.

Подземные воды являются полезным ископаемым. В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы подземных вод возобновимы в процессе эксплуатации. Участки водоносных горизонтов или комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора подземных вод, отвечающих установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называются месторождениями подземных вод.

По характеру использования подземные воды подразделяются на хозяйственно-питьевые, технические, промышленные, минеральные воды и термальные воды. К водам хозяйственно-питьевого типа, используемым для водоснабжения, относят пресные воды, отвечающие кондициям (с определёнными вкусовыми качествами, не содержащие вредных для здоровья человека веществ и микроорганизмов). Промышленные воды с повышенным содержанием отдельных химических элементов (I, Br, В и др.) представляют интерес в качестве источника этих элементов, а также используются в некоторых областях промышленности.

Особую группу составляют минеральные воды. Эти воды обладают повышенным содержанием биологически активных минеральных (реже органических) компонентов или специфическими свойствами (температура, радиоактивность и др.), благодаря которым оказывают на организм человека лечебное действие.

К особой категории относятся также месторождениягипертермальных вод (с температурой до 100⁰С и выше), связанные с областями современного вулканизма (Камчатка, Курильские острова и др.). Горячие воды таких месторождений используются геотермальными электростанциями и для теплоснабжения близлежащих населенных пунктов. При этом проблемой эксплуатации этих вод является их высокая минерализация и газонасыщенность, определяющие высокую химическую активность вод и интенсивное выпадение солей при охлаждении.

Для эксплуатации естественных источников и вод из глубоко залегающих водоносных горизонтов проводится каптаж. Каптаж (франц. captage, от лат. capto — ловлю, хватаю) - комплекс инженерно-технических мероприятий, обеспечивающий вскрытие подземных вод (а также нефти и газа), вывод их на поверхность и возможность эксплуатации. Простейшим типом каптажных сооружений является колодец, вскрывающий подземные воды неглубоко залегающих водоносных горизонтов.

18. Геологическая деятельность рек. Эрозия, базис эрозии, профиль равновесия. Реки, их геологическая деятельность. Геологическая деятельность Р., как и других проточных вод (ср. Вода), выражается главным образом: a) размыванием, разрушением горных пород, b) перенесением размытого материала или в растворенном виде, или в механически взвешенном состоянии, и c) отложениемпереносимого материала в места более или менее отдаленные от той области, из которой этот материал заимствован. Размывание Р. (ср. соотв. статью) наиболее резко обнаруживается в их верховьях, где склоны круче, а потому сила падения текущей по ним воды значительнее и, следовательно, энергичнее размывающая ее деятельность. Особенной интенсивности эта деятельность достигает в водопадах (см.). Наиболее резким результатом размывающей деятельности Р. в их верховьях является удлинение Р. к их истокам и в некоторых случаях даже прорыв ими водораздельных возвышенностей и соединение в одну систему Р., стекающих с противолежащих склонов такой возвышенности. Впрочем, и на всем остальном течении Р. размывание резко выражается образованием, постоянным углублением и расширением речной долины (см.). В общем — размывающая сила Р. прямо пропорциональна скорости ее течения и массе воды. Перенесение размытого материала Р. производят или в химически растворенном виде, или в механически взвешенном состоянии. Количество первого, вообще, не велико. Процентное содержание химически растворенного материала в одной той же реке подвержено значительным колебаниям; оно увеличивается, например, во время засухи и уменьшается в половодье. В Р. Темзе, как показали наблюдения, количество химически растворенного материала увеличивается от 3,2 — в половодье, до 5,8 частей на 100000 частей воды — в засуху. Наибольшее количество растворенного материала содержат Р. пустынь, наименьшее — Р., происходящие от таяния ледников. Среди растворенных в речной воде химических соединений наиболее видное место занимают углекислый и сернокислый кальций и магний, хлористые соединения калия, натрия и магния, кремневая кислота и растворимые органические соединения. Несмотря на незначительное, само по себе, количество растворенных в воде солей, Р. переносят, однако, в течение более или менее значительного промежутка времени громадные их количества. По Фольгеру, Рейн, например, у Боцена, ежегодно проносит 59 млн. куб. футов химически растворенного материала; Миссисипи выносит ежегодно 46000 кг с 1 кв. км своего бассейна, Амазонка — 20000, Дунай — 36000 и т. д. Несравненно более значительно количество переносимого Р. механически взвешенного материала. Оно находится в прямом отношении со скоростью течения Р. и массой ее воды. В одной и той же Р., обратно тому, что было сказано о химически растворенном материале, количество механически увлекаемых частиц увеличивается в Р. в половодье и уменьшается в засуху. Количество механически взвешенного материала колеблется, например, в реке Роне от 0,0001 в половодье до 0,00001 в засуху, в Кубани от 1/300 до 0,0001; в Миссисипи достигает 1/1500, в Ниле 0,0016, в Мургабе 0,02 и в Тереке даже 0,03. Общее количество такого материала, переносимого Р., представляет громадные цифры: Миссисипи переносит в год более 350 миллиардов кг, Ганг выносит массу, равную по объему 66 египетским пирамидам, Волга в 50 дней половодья пронесла около 1 млн. куб. м твердого материала и т. д. В то время как почти весь химический растворенный материал переносится Р. в моря и другие водные бассейны, в которые Р. впадают, и идет там на пополнение убыли в содержании солей вследствие испарения, выпадения или процессов жизнедеятельности организмов, механически взвешенный материал легко выпадает отчасти на всем протяжении Р. при малейшем изменении условий, например при уменьшении угла падения, скорости течения, количества воды в Р. и т. д., образуя на протяжении Р. мели, речные острова, речные террасы и вообще выполняя речные долины слоистыми отложениями, известными под именем аллювиальных наносов. Большая часть переносимого материала отлагается, однако, около устья Р., где течение воды сразу прекращается и переносная сила ее приближается к 0. Здесь из этого материала образуются дельты (см.) и происходит отложение прибрежных осадков (см. Глубоководные отложения). В общем, геологическая деятельность Р. имеет нивелирующее действие на земную поверхность. Под влиянием ее громадные массы размываемых твердых частиц земной коры переносятся из мест возвышенных в места более низменные, понижая первые и повышая последние, и таким образом уравнивают земную поверхность. Например, Англия понижается вследствие смывания поверхностных горных пород наземными водами на 1 мм в 42 года.

Площади, охватываемые речными системами, называются водосборными (или речными) бассейнами. Они зачастую отделены друг от друга естественными водораздельными хребтами, или водоразделами. Например, Великий континентальный водораздел и Северной Америке проходит по Скалистым горам с севера на юг. По одну его сторону реки текут в западном направлении к Тихому океану; а по другую – на северо-восток к Северному Ледовитому океану, на восток к Атлантическому океану или па юго-восток к Мексиканскому заливу. Низкие участки водоразделов называют седловинами, или перевалами, так как их часто используют для прокладывания дорог через горные хребты.  Вместе с притоками, которые вливаются в них на пути к морю, реки образуют замысловатые, своеобразные рисунки гидрографической сети, хорошо видимые с воздуха и знакомые нам по карчам, В отдельных местах конфигурация этих сетей настолько сложна, что у геоморфологов (ученых, изучающих формирование и изменение рельефа местности) возникают серьезные проблемы с определением их происхождения.  Гидрографические сети могут иметь разные конфигурации в зависимости от нескольких факторов: климата, относительной твердости и рыхлости поверхностных пород, уклона местности, а также ее геологической истории (включая движение земной коры и периоды горообразования), геоморфологов также интересует, почему некоторые районы изобилуют реками, в то время как па соседних территориях (при почти равном количестве выпадения осадков) имеется лишь несколько ручьев.  Существует около десятка различных конфигураций таких сетей, из них самые распространенные – разветвленная, прямоугольная и радиальная. Простейшей является разветвленная (древовидная) сеть, выглядящая на карте как ветвящееся дерево. Она встречается гам, где русло рек проложено в целом однородной (часто глинистой) породе и где в результате движений земной коры не возникли такие геологические образования как сбросы (разломы горных пород), сильно влияющие на сток поверхностных вод.  Прямоугольная (решетчатая) сеть характерна для скарплендов – районов с обрывистыми холмистыми грядами, образованных относительно твердыми породами и разделенных широкими долинами с выходящими па поверхность более рыхлыми породами. Местные речушки впадают в основную реку, текущую между холмами, под прямым углом. В результате в местностях с таким рельефом возникает четкая прямоугольная гидрографическая сеть.  Третий тип гидрографической сети похож на спицы колеса, поскольку реки в этом случае растекаются во всех направлениях от центра. Такая сеть называется радиальной или центробежной. Она часто встречается в районе гор конической формы (например, вулканов) или куполообразных гор. Купола формируются либо складками горных пород, либо под давлением поднимающейся поверхности магмы (расплавленной породы).  Густота гидрографической сети любой местности определяется расстоянием между отдельными водотоками внутри этой сети. Плотная сеть рек называется мелкотекстурной, а редкая речная сеть – крупнотекстурной.  На густоту речной сети влияют несколько факторов, в том числе климат. В дождливых районах большая часть дождевой воды стекает по поверхности и образует густую, мелкотекстурную сеть водотоков.  Другой фактор – тип подстилающей породы. Реки чаще встречаются там, где обнажены непроницаемые породы, через которые нелегко просачиваться воде. И наоборот, крупнотекстурные сети встречаются на местах выхода на поверхность известняка (водопроницаемой породы). Здесь вода просачивается в грунт через многие трещины (щели) и поры в породе, называемые карстовыми воронками, или понорами. При этом поверхность земли остается сухой, а вода начинает свой путь по подземным трещинам, каналам и пещерам.  3. Формирование речной системы  Для появления речной системы нужны дожди и земля, па которую они выпадают и по которой стекают. Нее начинается с момента попадания дождя на вновь образованную или измененную поверхность земли. Это происходит, например, в результате образования нового вулкана после серии сильных извержений или если медленно «выдавливается» горный хребет при столкновении двух плит твердой оболочки Земли. Как только любая порода соприкасается с воздухом, начинается ее естественная эрозия. Главной причиной эрозии и районах влажного климата является дождевая вода, образующая иногда потоки, стекающие по земле при любом уклоне ее поверхности. Реки, направление течения которых обусловлено первичным уклоном поверхности, называются консеквентными. Притоки основной реки называются латерально-консеквентными или, если они впадают в реку под острым углом (как в случае разветвленной гидрографической сети) – инссквентными. Однако, ситуация часто осложняется тем, что вновь образованная земная поверхность может состоять из пород различной твердости. В результате консеквентная река ведет себя по-разному в зависимости от того, протекает ли она по более рыхлым или более твердым породам. Породы первого типа (например, глинистые) она вымывает и образует широкие долины, и лишь узкие долины ей удается прорезать в твердых породах, которые, и конечном итоге, остаются в виде горных хребтов и холмов. Такие узкие долины часто называют ущельями.  Подобные ландшафты типичны для Южной Англии с ее грядами холмов из устойчивых пород известняка и мела (например, в районе Котсуолда и Чилтерна). Между холмами лежат широкие долы с глинистой почвой, по которым текут притоки консеквентных рек. Геоморфологи называют такие притоки субсекветными водотоками. Консеквентные реки, прорезающие к холмах ущелья и текущие в направлении основного уклона местности, вместе с субсеквентпыми водотоками, текущими по глинистым долам перпендикулярно основному уклону, часто образуют прямоугольную гидрографическую сеть.  В субсеквентные водотоки часто впадают другие относительно длинные притоки, стекающие по более пологим склонам, образованным гребнями твердой породы, и называемые вторичными консеквентными водотоками (текущими параллельно падению пластов). Притоки короче текут в противоположном направлении по крутому обрывистому склону и также вливаются в субсеквентпые водотоки. Их называют обсеквентными, или анаклинальными водотоками.  Новая земная поверхность формируется под действием колоссальных боковых давлений, вызванных движением плит наружной оболочки Земли. При этом плоские слои горной породы образуют складки подобно смятой скатерти, и появляется ряд синклиналей (прогнутых складок) и антиклиналей (выгнутых складок). Синклинали состоят из уплотненных пород, а антиклинали – из трещиноватых, раздробленных и уплощенных пород. В результате, последние более подвержены речной эрозии, чем плотные породы синклиналей.  Часто и в результате размыва антиклиналей образуются долины, в то время как неподдающиеся эрозии синклинали превращаются в горы. Так, самая высокая гора Уэльса – Сноудон – образовалась из синклинали. Такое явление, когда реальные горы и долины «обратны» по отношению к геологическим структурам, называется «обращенный рельеф». Развитие гидрографической сети па обращенном рельефе начинается обычным путем: основная консеквентная река течет по естественной ложбине, образованной синклиналью. Но трещиноватые ослабленные породы соседней антиклинали вскоре разрушаются субсеквентными водотоками, а обсеквентные потоки начинают стекать по крутым внутренним склонам.  Если твердые и рыхлые породы расположены должным образом, эрозия антиклинали проходит гораздо быстрее, чем размыв синклинали консеквентными водотоками. В результате образуется обращенный (инверсионный) рельеф. Этот термин означает, что данный тип рельефа необычен. Он гораздо более характерен для районов со складчатыми породами.  Реки вымывают долины не только в направлении от верховья к устью, но иногда и от низовья вверх по течению. Это явление, называемое пятящейся эрозией, часто является результатом родникового подмыва склонов или выемки каменистого грунта вокруг источника (истока) реки.  Перехват реки – это форма естественного захвата стока другой реки, который имеет место, когда мощный субесквентный водоток прокладывает путь в обратном направлении в обнаженных рыхлых породах. Этот процесс отодвигает водораздел между субесквентной рекой и сопредельной речной системой. В конечном итоге субсеквентный водоток может пробиться через водораздел и перехватить сток соседней реки, при этом захватывая ее верхние притоки, пли верховье, после чего ее воды направляются в русло субсеквентного водотока. Обезглавленная река превращаемся в умирающий ручей, текущий по долине, которую он никогда не смог бы проложить сам.  Тип дренажной системы в случае перехвата реки можно определить по притокам, впадающим в основную реку в районе обратной петли – крутой излучины. Геоморфологи называют такие гидрографические ест бородообразными.  Перехват реки – лишь один из вариантов отвода ее вод. Это, например, может быть вызвано естественными препятствиями, которые появились в результате оползней. Да и человек может направить реки в другую сторону для орошения засушливых земель.  Но главной причиной нарушения процесса стока воды па протяжении всей геологической истории были гляциальные процессы – формирование земной поверхности огромными массивами льда. Так, воды верховья реки Миссури в Северной Америке когда-то стремились на север к Гудзонову заливу в Канаде. Но во время последнего ледникового периода надвигающиеся ледовые щиты заставили эту реку повернуть свое русло в сторону реки Миссисипи и далее на юг к Мексиканскому заливу.  Некоторым речным системам удалось остаться неизменными на протяжении геологической истории. Гидрографические сети, которые сформировались в условиях давно исчезнувших древних рельефов, но при этом сохранили свою изначальную конфигурацию, именуются наложенным стоком. Этот феномен имеет место в тех случаях, когда почти плоские массивы суши, расположенные вблизи уровня моря, начинают медленно подниматься, или же, наоборот, – при падении уровня моря. В результате таких изменений уклон русел рек увеличивается, поток воды постепенно становится мощнее, и появляются вымытые в породе речные долины. Этот процесс называется омоложением.  Реки часто продолжают течь по своему руслу, врезаясь все глубже в подстилающую породу. Бывшие речные излучины превращаются в глубокие долины, называемые врезанными меандрами. Оставшиеся участки прежней долины, находящиеся теперь высоко над новым руслом реки, называются «террасы омоложения». Некоторые из самых красивых речных долин (как, например, Большой Каньон в США) образовались в результате омоложения, вызванного движением земной коры. Реки, продолжающие вымывать свои долины, в то время как в результате складчатости и поднятия медленно возникают горные хребты, называются антецедентными водотоками. Это происходит потому, что возраст рек больше давности движений земной коры. Так, антецедентные реки текут через мощную горную цепь Гималаев, сформировавшуюся в результате столкновения двух плит за последние 50 миллионов лет. Здесь рекам пришлось бороться с растущими горами, но, благодаря своим более крутым уклонам и увеличенном притоку воды (особенно весной – в период таяния снега в горах), реки приобрел необходимую мощь для размывания породы, некоторых местах они прорезали теснин глубиной до 1500 метров.  4.Образование озер  С развитием рек также тесно связано формирование озер. В озерах нашей планеты содержится в четыре раза больше воды, чем в реках, но их жизнь гораздо менее продолжительна. И если озера не пополняются поступающими водами, они могут обмелеть, высохнуть или превратиться в болота.  Географы классифицируют озера по способу их образования, содержанию солей и наличию жизни. Лишь в самых соленых из них нет жизни. Большинство озер сформировались вследствие движений земной коры или извержений вулканов. Некоторые были оставлены отступающими ледниками, и только немногие появились в результате отделения от моря. Многие озера созданы людьми. Они называются водохранилищами, поскольку содержат резерв поды для гидроэлектростанций и других хозяйственных нужд.  впадину.  Эро́зия — разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением. По скорости развития эрозию делят на нормальную и ускоренную. Нормальная имеет место всегда при наличии сколько-либо выраженного стока, протекает медленнее почвообразования и не приводит к заметным изменением уровня и формы земной поверхности. Ускоренная идет быстрее почвообразования, приводит к деградации почв и сопровождается заметным изменением рельефа. По причинам выделяют естественную и антропогенную эрозию. Следует отметить, что антропогенная эрозия не всегда является ускоренной, и наоборот. Ветровая эрозия. Это разрушающее действие ветра: развевание песков, лесов, вспаханных почв; возникновение пыльных бурь; шлифовка скал, камней, строений и механизмов твердыми частицами, переносимыми силой ветра. Ветровая эрозия подразделяется на два типа: 1.Повседневная; 2. Пыльные бури. (Начало пыльной бури связано с определенными скоростями ветра, однако из-за того, что летящие частицы вызывают цепную реакцию отрыва новых частиц, окончание её происходит при скоростях существенно меньших. Чаще всего пыльные бури связаны с нерациональной хозяйственной деятельностью человека, а именно — массированной распашкой земель без проведения почвозащитных мероприятий.) Выделяют и специфические дефляционные формы рельефа, так называемые «котловины выдувания»: отрицательные формы, вытянутые по направлению господствующих ветров. Водная эрозия. 1. Капельная эрозия. Разрушение почвы ударами капель дождя. Структурные элементы (комочки) почвы разрушаются под действием кинетической энергии капель дождя и разбрасываются в стороны. На склонах перемещение вниз происходит на большее расстояние. Падая, частички почвы попадают на плёнку воды, что способствует их дальнейшему перемещению. Этот вид водной эрозии приобретает особое значение во влажных тропиках и субтропиках. 2. Плоскостная эрозия. Под плоскостной (поверхностной) эрозией понимают равномерный смыв материала со склонов, приводящий к их выполаживанию. С некоторой долей абстракции представляют, что этот процесс осуществляется сплошным движущимся слоем воды, однако в действительности его производит сеть мелких временных водных потоков. Поверхностная эрозия приводит к образованию смытых и намытых почв, а в более крупных масштабах — делювиальных отложений. 3. Линейная эрозия. В отличие от поверхностной, линейная эрозия происходит на небольших участках поверхности и приводит к расчленению земной поверхности и образованию различных эрозионных форм (промоин, оврагов, балок, долин). Сюда же относят и речную эрозию, производимую постоянными потоками воды. Смытый материал отлагается обычно в виде в конусов выноса и формирует плювиальные отложения. Процессы эрозии распространены на Земле повсеместно. Ветровая эрозия преобладает в условиях аридного климата, водная эрозия — в условиях гумидного климата.

Ба́зис эро́зии — уровень, на котором водный поток теряет свою энергию и ниже которого не может углубить свое русло (теряет эродирующую способность).

Общим базисом эрозии считается уровень Мирового океана. Местные базисы эрозии — уровни озер, в которые впадают реки, уровень главной реки для впадающего в нее притока и т. д. Изменения высоты базиса эрозии из-за колебаний уровня моря, вековых колебаний земной коры сопровождаются врезанием долины (при понижении базиса эрозии) или заполнением её речными отложениями (при его повышении). Смена этих процессов приводит к образованию речных террас.

Профиль равновесия (водотока) — продольный профиль русла водоток в виде плавной кривой, более крутой в верховьях и почти горизонтальной в нижнем течении; на всём протяжении такой поток не должен производить донной эрозии. Форма профиля равновесия зависит от смены на протяжении реки ряда факторов (расхода воды, характера наносов, особенностей горных пород, формы русла и др.), влияющих на эрозионно-аккумулятивные процессы. Однако определяющим фактором является характер рельефа на протяжении речной долины. Так, выход реки из горной области на равнину вызывает быстрое убывание уклонов русла.

Профиль равновесия реки — предельная форма профиля, к которому стремится водоток при стабильном базисе эрозии.

19. Циклы развития речных долин. Речные терассы. Эрозионная деятельность наиболее активно проявляется на первых этапах развития речных долин, а также в верхней части русла. Выделяют два главных вида движения воды: ламинарное и турбулентное. Ламинарное(параллельно-струйное, без перемешивания) движение наблюдается лишь при очень низких скоростях течения в выровненном русле, в реках встречается редко, эрозионная роль его минимальна. Турбулентное (неупорядоченное, перемешивающее) движение, взмучивающее осадки и удерживающее их во взвешенном состоянии, является главенствующим эрозионным фактором. Существует два типа речной эрозии: донная и боковая.

Донная эрозия, ведущая к углублению речной долины,преобладает в начале развития речной долины и всегда сочетается с пятящейся эрозией. Объясняется это тем, что, при одинаковом уклоне русла (а значит и скорости течения) в низовьях и верховьях, в силу большей массы воды близ устья здесь и эрозия будет максимальна. Следовательно, выработка профиля равновесия происходит от устья к истоку. В результате вертикальных движений земной коры и разной прочности размываемых пород в русле могут возникать пороги и водопады, которые получают роль местных (локальных) базисов эрозии. Относительно них река разбивается на самостоятельно развивающиеся участки, и единый для всего русла профиль равновесия сформируется только после срезания местных базисов эрозии. Вследствие донной эрозии возникает V-образный поперечный профиль речной долины.

Боковая эрозия, заключающаяся в размыве берегов, наибольшее развитие получает в поздние этапы жизни речной долины, когда с приближением к профилю равновесия уменьшится скорость течения в нижней и средней частях русла. Основными причинами ее возникновения являются турбулентность течения и ускорение Кориолиса. Благодаря боковой эрозии русло изгибается, появляются излучины (меандры). Вогнутые берега излучин активно размываются, дно под ними углубляется. Близ противоположного выпуклого берега скорость потока минимальна, поэтому здесь происходит отложение переносимого рекой материала и формируютсяприрусловые отмели. Под действием боковой эрозии речная долина расширяется, ее поперечный профиль приобретает U-образную или корытообразную форму.

  Развитая долина реки имеет сложный поперечный профиль. Развитие речных долин в различных участках горной области протекает по-разному в зависимости от особенностей хода движений земной коры, поэтому количество и относительная высота террас меняется даже на протяжении долины одной горной реки, если она достаточно длинна.

     Терасса – выровненные площадки на склонах в долинах горных и долинных рек, распологающиеся друг над другом. Речные террасы в зависимости от глубины врезания реки и мощности аллювия построены неодинаково. Различают следующие типы террас:      Аккумулятивные (террасы накопления), когда мощность слагающего ее аллювия больше относительной высоты террасы над уровнем реки, т. е. когда весь ее обрыв сложен накопленным рекой аллювием.      Цокольные (смешанные), когда мощность аллювия значительна, но меньше высоты террасы. В уступе такой террасы ниже постели аллювия обнажаются коренные породы ложа долины, образующие как бы основание, или цоколь, террасы.      Эрозионные (террасы размыва), практически нацело сложенные коренными породами, на которых располагается лишь очень тонкий слой аллювия. Такие террасы представляют собой как бы ступени, целиком вырезанные в коренных породах речной эрозией.      Структурные террасы представляют собой террасовидные уступы, образование которых связано с различной прочностью пород.      В развитии речных долин можно выделить часто несколько циклов эрозии так же как и в развитии рельефа суши в целом. Каждому циклу соответствует фаза врезания долины и образования поверхности террасы, уступ от которой к ниже расположенным террасам соответствует уже врезанию в начале следующего цикла.      Циклы эрозии можно выявить в развитии не только крупных речных долин, но и многих старых оврагов. Развитие оврагов иногда замирает, прекращается донная эрозия; острые днища оврагов заносятся тогда овражным аллювием, склоны их сглаживаются. Овраг превращается в балку с выглаженными мягкими очертаниями поперечного профиля. При оживлении эрозионной деятельности происходит врезание нового оврага в дно балки, очертания которой сохраняются в рельефе в виде вогнутой части поверхности склонов или надталывеговых террасок.      Однако далеко не всегда оживление размыва в оврагах бывает следствием начала нового цикла эрозии во всей речной Системе, к которой овраг относится. Очень часто причиной являются чисто местные изменения режима стока, вызванные деятельностью человека. Особенно это касается оврагов Русской равнины, расположенных в относительно рыхлых податливых породах. Вырубка леса и распашка территории, связанная  сельскохозяйственным освоением страны в историческом прошлом, привели к ускорению таяния снегов весною, ранее затененных кронами леса, а теперь не защищенных от солнечных лучей. Потоки талых вод стали, поэтому более бурными, а борозды, канавы, колеи дорог, проложенные по склонам и дну балок, еще более способствовали возобновлению ранее совсем было прекратившейся овражной эрозии. Поэтому все, что было сказано выще об анализе истории развития речных долин, можно относить к оврагам лишь с большой осторожностью.