учебники / Короновский Н.В. «‎Общая геология‎» 3-ие издание

Рис. 6.4. Бедленд. Китай

Рис. 6.5. А. Грязекаменный поток. «Голова». Чемолган; Б. Вход первой волны грязекаменного потока 15 июля 1973 г. в селехранилище в урочище Медео

Сели возникают внезапно и производят большие разрушения на своем пути. Особенно часто их образование связано с прорывом высокогорных озер, расположенных в конечных моренах высокогорных ледников (рис. 6.6, рис. 10 на цветной вклейке). Летом 2000 г. катастрофические сели прошли на Северном Кавказе, в долине р. Баксан, где были разрушены многоэтажные здания в г. Тырныаузе, снесены мосты,

размыты сотни метров шоссе. Алма-Ата в Казахстане всегда была подвержена сильным селям, спускавшимся по р. Алмаатинка. 8 июня 1921 г. колоссальный сель снес в городе много домов, завалил улицы глыбами камней и оставил много глины и песка на улицах. Были и человеческие жертвы. Каждый год сели приводят к разрушениям и человеческим жертвам в горных районах Таджикистана. Сели — это стихийное бедствие, которое можно предсказать, если создать специальную службу, следящую за опасными местами возникновения селей. Другой способ

— это воздвигнуть поперек селеопасной долины высокую дамбу, служащую уловителем селя (рис. 6.7). Так поступили в Алма-Ате, с помощью направленного взрыва создав плотину высотой 300 м поперек речки Алмаатинки в урочище Медео выше города. Она выдержала удары многих селей, в том числе гигантского селя летом 1973 г., но потом ее пришлось еще наращивать, т. к. предплотинное пространство оказалось затопленным селевыми отложениями.

Рис. 6.6. Селевые выносы в бассейне р. Пестрая. Бассейн р. Иня, южные отроги гор Сунтар-Хаята, Дальний Восток

Кроме селевых, бурных водных и грязекаменных потоков, в горных областях развиваются временные водотоки, возникающие во время дождей. Такие водотоки обычно подразделяются на три части: 1) верхняя — водосборный бассейн; 2) средняя — канал стока; 3) нижняя — бассейн разгрузки, или конус выноса (рис. 6.8). В плане такой водоток похож на

Рис. 6.7. Противоселевые барражи. Бреттервандбах близ Матрия, Восточный Тироль, Австрия

дерево, у которого канал стока — ствол, а верхняя и нижняя часть — крона и корни соответственно. При выходе на равнину такие временные водные потоки откладывают материал, который они несли, в виде веерообразного в плане устьевого конуса выноса, или фена, или сухой дельты (рис. 11 на цветной вклейке). Подобный материал еще в 1903 г. геолог А. П. Павлов выделил в особый генетический тип — пролювий. Конус выноса образуется потому, что водный поток при выходе на равнину теряет свою живую силу и взвешенный в нем материал осаждается. Происходит это в условиях гидродинамической обстановки свободного растекания водного потока. Так как скорость течения потока резко падает, то сначала выпадают в осадок наиболее крупные обломки, затем мелкие и дальше всех наиболее тонкие частицы. Поэтому конусы выноса, или сухие дельты, обладают четкой фациальной зональностью: сначала формируется потоковая, самая грубая фация, потом веерная и дальше всех — застойно-водная, сложенная из наиболее тонкого материала (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Пролювиальный конус выноса. А — продольный профиль:

1 — наиболее грубые отложения — валунные, 2 — песчанистый материал, 3 — глинисто-песчаный. Б — план. Стрелки — направления движения масс

вий. Каждая река в зависимости от поступления в нее водной массы переживает период высокого стояния воды — половодье, или паводок, и низкого — межень. Для равнинных рек половодье связано с весенним таянием снегов, как это было, например, в катастрофической форме весной 2001 г. на р. Лене, когда вода поднялась на 15 м выше нормы, или летними затяжными дождями и ливнями. Так произошло в конце июня 2001 г. в Иркутской области, где внезапно оказались затопленными десятки деревень и садовых участков. Паводок на горных реках происходит обычно летом, когда быстро тают снега и ледники.

Движение воды в реках контролируется тремя факторами: 1) градиентом уклона русла; 2) расходом водного потока; 3) формой русла. Понятно, что чем больше уклон русла, тем быстрее течет река.

Градиент может колебаться от 8–10 см на 1 км до десятков метров на 1 км в горных речках.

Расход воды определяется объемом потока в единицу времени на единицу площади, обычно м3/с (Q = Vср S ). Скорость реки увеличивается, когда возрастает расход воды, хотя градиент не изменяется. Большие реки имеют огромный расход воды, например в Амазонке

150 тыс. м3/с, а в Миссисипи только 17500 м3/с. В горных реках расход воды летом составляет 100–200 м3/с, тогда как зимой он падает до 10–20 м3/с.

Форма русла контролирует трение воды о коренные породы, по которым течет река. Вблизи берегов и дна течение медленнее, чем в осевой части реки, которая называется стрежень (рис. 6.10). Неровное, с выступами русло реки замедляет течение, и оно становится турбулентным, хотя и в равнинных реках течение редко бывает ламинарным. Нередко в текущей воде возникают завихрения, водовороты, которые охватывают всю толщу воды и не остаются постоянными, т. к. характер дна со временем изменяется. Плесы — это углубленные участки русла между перекатами.

Процессы эрозии (размыва) и аккумуляции (накопления осадков) в реке зависят от ее энергии, или живой силы реки, т. е. способности реки производить работу за счет массы воды и скорости течения. Живая сила, или энергия, потока равна К = mV2/2, где К — энергия потока, m — масса воды,V — скорость течения. Если живая сила реки (К) больше, чем взвешенные частицы в воде (L), т. е. К > L, то преобладает эрозионная деятельность; если К < L, то происходит аккумуляция материала, который переносит река. В случае, когда К = L, наступает равновесие между эрозией и аккумуляцией.

Рис. 6.10. Максимальные скорости течения воды в реке в плане, в разрезе.

1 — стрежень, точками показано сечение реки с максимальной скоростью течения. 1–1′; 2–2′; 3–3′ - линии поперечных профилей через реку

Речная эрозия и ее способы. Эрозионная деятельность реки осуществляется различными способами. Врезание реки происходит главным образом при помощи осадков, которые воздействуют на коренные породы ложа реки как абразивный материал, но сама вода не обладает абразивными свойствами. Абразионная мощность реки, несущей песок и гальку, изменяется пропорционально квадрату скорости ее течения

Мабр. = V2, где V — скорость течения. Так как водный поток влечет по дну материал разной крупности, то последний окатывается, приобре-

тая округлую форму. Гидравлическое воздействие воды связано с ее ударным воздействием на рыхлый материл. Растворяющее действие воды на породы ложа реки связано с наличием в воде угольной и органических кислот, которыми она насыщается, проходя в истоках через заболоченные, застойные участки. Такие воды извлекают из пород ионы Na+, Ca+2, K+. Особенно быстро растворяются карбонатные породы (примерно 5 млрд т ежегодно).

Эродирующее действие реки сказывается в пределах дна, это донная эрозия, а по берегам реки осуществляется боковая эрозия, сильно зависящая от характера извилистости русла.

Перенос материала в реках осуществляется разными способами: во-первых, переносом ионов, образовавшихся за счет растворения; вовторых, переносом частиц, взвешенных в толще воды при скорости потока 2–3 см/с. Обычно это тонкий песчанистый, алевритовый и глинистый материал, концентрирующийся в толще воды вблизи дна. Более крупные частицы — разнозернистый песок, мелкая и крупная галька — переносятся либо путем сальтации, т. е. прыжками, либо перекатыванием по дну (скорость 15–25 см/с), либо путем скольжения по дну наиболее крупных обломков и галек при скорости более 1 м/с (рис. 6.11а). Обломки, попавшие в реку, постепенно уменьшаются в размерах и теряют свой вес, перемещаясь вниз по реке. Способность реки переносить материал усиливается тем, что обломки и частицы теряют в воде до 40 % своего веса. Весь материал, перемещаемый как волочением по дну, так и во взвешенном состоянии в воде, называется твердым стоком реки, который в горных реках намного превышает твердый сток в равнинных реках. Вес любой частицы, находящейся в воде, пропорционален ее объему или кубу ее диаметра. Сопротивление частицы осаждению — это функция площади ее поверхности. Скорость осаждения частицы регулируется ее размером, разностью плотности частицы и воды, вязкости жидкости и силой тяжести (закон Стокса) (рис. 6.11б). Во время паводков происходит усиление переноса материала в реке. Перенос материала от истока к устью реки сопровождается его сортировкой и абразивным истиранием (рис. 6.12).

а

б

Рис. 6.11. Транспортировка материала в реке (а). Галька и обломки перекатываются по дну, плоская галька перемещается волочением. Песчинки перемещаются прыжками сальтацией.

Вверхней части воды самые тонкие частицы взвешенны. Поведение взвешенной частицы в речной воде (б)

Рис. 6.12. Зависимость грубости аллювия, его переноса, размыва и отложения от скорости течения реки

Аккумуляция (отложение) материала в реках происходит в самом

русле, по берегам реки во время половодья и в устьевой части реки, где образуется конус выноса, или дельта (по греческой букве ∆ — дельта). Весь обломочный материал, откладываемый реками, называется аллювием. Впервые он был выделен в 1823 г. английским геологом У. Баклендом, а в России введен В. В. Докучаевым в 1878 г. Гидрологический режим рек обусловливает формирование аллювия

равнинных и горных рек.

Аллювий равнинных рек подразделяется на русловой, пойменный и старичный.

Русловой аллювий накапливается в обстановке непрерывно меняющегося русла, вода в котором характеризуется максимальной энергией, и

поэтому аллювий обладает наибольшей грубостью материала — от разнозернистых песков до гравия и крупных галек. Формирование руслового аллювия в реке, имеющей изгибы — меандры (от р. Меандр в западной Анатолии, Турция), подчиняется сложной циркуляции воды в поперечном и продольном сечениях реки. Стрежень, т. е. максимально быстрое течение, приближен к вогнутому, приглубому, берегу и соответственно отдален от отмелого противоположного берега. В поперечном разрезе реки на изогнутых и прямолинейных участках наблюдается многоячеистая вторичная циркуляция. Поэтому у вогнутого, приглубого, берега, там, где располагается стрежень, формируется наиболее грубый аллювий. А на выпуклом, отмелом, берегу образуется прирусловая отмель, или побочень, сложенная хорошо сортированными мелко- и тонкозернистыми песками, ограниченная прирусловым валом, располагающимся ближе к руслу. В случае отступания русла более молодые части прируслового аллювия накладываются друг на друга, образуя серию прирусловых валов.

На спрямленных участках реки, между изгибами, образуются мелководные перекаты, река дробится на несколько рукавов, между которыми располагаются островки и аллювий характеризуется разнозернистостью и быстрой изменчивостью.

По мере развития равнинной реки ее извилины — меандры — становятся выраженными все резче, образуя раздувы и пережимы. При этом приглубые берега эродируются, а на отмелых наращивается отмель. Наконец наступает момент, когда два пережима соединяются между собой и происходит перехват реки, русло которой спрямляется, а бывшая меандра отделяется от нового русла и образует старицу (старая часть реки) обычно узкой серповидной формы, в которой развит своеобразный аллювий, состоящий из проточной, озерной и болотной частей (рис. 6.13, 6.14). Первая, нижняя, часть состоит из чередования песков, супесей и глин, т. к. во время половодий старицы могут заливаться водой. Вторая, более молодая, часть сложена слоистыми глинами, илами, накапливающимися во время озерной стадии развития старицы. И, наконец, верхний горизонт, как правило, сложен уже торфом, когда произошло заболачивание старицы и ее отмирание. Меандрирующая река может снова перекрыть русловым аллювием старичный, и тогда последний переходит в погребенное состояние.

Перехват реки в районе развивающихся пережимов представляет собой хорошую иллюстрацию бифуркации, своеобразной катастрофы, наступившей после долгой и медленной эволюции речной системы.

Ежегодные паводки перекрывают наиболее низкие прирусловые отмели, называемые поймой, а особенно мощное половодье — еще более высокие участки низкой долины — высокую пойму. Пойменный