Строение речных долин

     Совсем  иной формой проявления разрушительной  работы воды является площадной  смыв, или просто смыв. Под смывом  понимают работу воды, стекающей по склонам во время дождей или таяния снегов. Этот временный склоновый сток выражается либо в виде сплошной тонкой пелены воды, движущейся по пологому скату, либо в виде густой сети мелких струек, каждая из которых является как бы миниатюрным ручейком. Каждая струйка стремится вырыть себе маленькую рытвинку, но ее кинетической энергии хватает лишь на то, чтобы врезаться в тонкий разрыхленный выветриванием поверхностный покров на глубину нескольких сантиметров. В связи с этим образующиеся миниатюрные рытвинки расположены очень близко друг к другу, их склоны сходятся в виде узкого гребешка, а постепенное врезание приводит к общему равномерному понижению всей поверхности склона. Благодаря этому смыву подвергаются одновременно обширные площади, и под его влиянием происходит выполаживание и сглаживание склонов, общее выравнивание поверхности суши, уменьшение ее вертикального расчленения. Иными словами, площадной смыв приводит к прямо противоположным результатам по сравнению с эрозией. Именно поэтому их и следует отличать друг от друга.

     Развитие  рельефа суши происходит при  совместном воздействии эрозии  и площадного смыва, относительная  роль которых изменяется в  зависимости от высоты поверхности  континента над уровнем океана. Чем выше суша, тем круче, как правило, уклоны ее поверхности, тем быстрее течение ручьев и рек, тем интенсивнее протекает линейный размыв, или эрозия, создающая глубокие долины и узкие высокие водоразделы между ними. Рельеф становится гористым, расчлененным.  Чем ниже суша, т. е. чем медленнее и меньше по размаху поднятия земной коры, тем менее интенсивна эрозия, но зато тем больше относительная роль площадного смыва, тем более сглаженным, равнинным становится рельеф. Ручьи и реки, производящие линейную эрозию, и мелкие струйки склонового стока, осуществляющие площадной смыв, создают  совершенно различные по составу и строению отложения, играющие неодинаковую роль в общем комплексе осадков, возникающих на суше. Поэтому в дальнейшем рассмотрим оба процесса отдельно.

     Продукты  разрушения горных пород, созданные выветриванием или непосредственным воздействием текучих вод, переносятся последними в трех состояниях: в растворе, во взвешенном состоянии в виде мути и путем влечения, перекатывания по дну в виде песка и гальки.

     Количественно преобладают две последние формы переноса, получившие наименование «твердого расхода» реки. Особенно много материала крупные реки переносят во взвешенном состоянии. За год количество его измеряется миллионами тонн, что видно из следующих цифр (в млн. т): Дон — 4; Рейн — 4; Терек —28; Волга —43; Дунай —82; Инд —446; Аму-Дарья — 570.

     Количество  материала, влекомого реками по  дну, в десятки раз меньше  количества взвешенных частиц, но  именно этот влекомый материал  прежде всего бросается в глаза.

     В зависимости от скорости потока влекутся или перекатываются по дну частицы песка, мелкие и даже крупные гальки. Ниже приведены данные, полученные опытным путем при определении скоростей течения, при которых начинают переноситься частицы разных размеров:

Мелкий песок переносится при средних скоростях потока - 0,16 м/сек

Крупный песок  переносится при средних скоростях  потока - 0,21 м/сек

Мелкая галька переносится при средних скоростях  потока  -  0,31 м/сек

Галька объемом 2,7 см³  переносится при поверхностной скорости - 0,97 м/сек

Галька объемом 5,4 см³  переносится при поверхностной  скорости3 1,62 м/сек

Валуны  объемом 50 см³  переносится при поверхностной  скорости 2,27 м/сек

Валуны объемом 68 дм³  переносится  при поверхностной  скорости 4,87 м/сек

Валуны объемом  510 дм³  переносится при поверхностной скорости11,69 м/сек

     В  более общей форме эти зависимости  выражаются законом Эри: веса  влекомых по дну частиц пропорциональны  скорости в 6-й степени. Таким  образом, при увеличении скорости  потока в 2 раза его переносная способность возрастает в 64 раза, при увеличении в 3 раза — возрастает в 729 раз.

     Каковы  реальные скорости потоков? Равнинные  реки текут со скоростями от  долей метра в секунду до 2,5 м/сек; горные реки обладают  скоростью до 12 м/сек.

     Горные потоки переносят во взвешенном состоянии частицы до 0,05 мм в диаметре. Ниже, у дна, перекатываются с, места на место песчинки. По самому дну реки движутся не только отдельные гальки, но целые слои галек и валуны. Такой горный поток очень опасно переходить вброд, так как в движении находится все дно.

     В  процессе переноса обломочного  материала по дну последний  служит средством, с помощью  которого река истирает и углубляет  дно; при этом истирается и  окатывается и сам влекомый  материал. Остроугольные обломки пород сглаживаются и превращаются в гальки, которые в дальнейшем нацело истираются и превращаются в песчаные и илистые частицы. Некоторые эмпирические данные, характеризующие скорость этого процесса, приведены ниже в табл. где указан вес гальки и максимальная длина пути, которую она может пройти до полного истирания.

    Таблица  Перенос обломочного материала

Состав гальки     Вес гальки в кг      Предельная длина пути в км    

Песчаник 

средней

плотности                       0,04                           15

Сланец

глинистый                      0,024                          42  

Известняк                        0,06                            64

Кремнистый 

известняк                        0,04                            85

Гранит                            0,036                          278

     Чем  крупнее галька, тем быстрее она  истирается. Что касается песчинок, то чем они мельче, тем большую  часть пути проходят во взвешенном  состоянии, перебрасываясь с одного  участка дна на другой. На этих отрезках они не трутся друг о друга и о ложе. Поэтому понятно, что в песке обычно встречаются зерна разной величины и степени окатанности, причем крупные зерна песка обычно бывают хорошо округлены, а мелкие — угловаты.  

  Таким образом,  галька или другой крупнообломочный материал, образовавшийся в верховье крупной реки протяженностью в тысячу с лишним километров не может достичь устья реки, так как будет или истерт, или задержан во впадинах русла в верхней части течения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2 ОБРАЗОВАНИЕ  АЛЛЮВИЯ  И  ПРОЛЮВИЯ.

    Переносимый ручьями и реками разрушенный материал горных пород подвергается довольно сложной переработке. Часть его выносится реками в морские и озерные водоемы, часть же задерживается в пределах самой долины, откладываясь на ее дне в виде аллювия.

  Аллювий  - это отложения, образуемые водами  текущими вдоль ложбины стока  постоянно или временно и откладываемые  на дне этой ложбины 

     Дно  долины на зрелой стадии ее  развития не целиком занято  руслом потока. Наоборот, в достаточно широких и хорошо разработанных долинах русло составляет лишь ничтожную часть ширины дна долины. Остальная его часть представляет собой пойму, называемую иначе еще пойменной, луговой или заливной террасой. Это более или менее плоская поверхность, целиком или частично заливаемая речными водами во время половодий и возвышающаяся над руслом на различную высоту.

     Аллювиальные  отложения не только образуются  в действующем русле реки, но  и почти нацело слагают пойму.  Это понятно, если вспомнить,  что все дно долины выработано руслом реки, излучины которого, меняя свою форму и положение, постепенно подмыли и раздвинули склоны долины. В пределах поймы следы миграции русла ярко выражены в виде расположенных по ее поверхности озер — стариц, отдельных меандр. Аллювий, откладывающийся в русле реки, получил название руслового аллювия. В медленно текущих реках (равнинных) он состоит из чистых песков («речники»), хорошо промытых от глинистых и пылеватых частиц. Более грубый гравелистый или галечниковый материал играет в строении такого аллювия подчиненную роль. Там, где берега долины сложены породами, содержащими этот материал (валунные ледниковые суглинки и др.), последний может попасть в русло потока в результате подмыва берега при боковой эрозии и будет окатан и переотложен потоком.

     Условия  отложения аллювия неодинаковы  в разных частях русла реки. В каждой реке закономерно  чередуются друг с другом более  глубокие участки, или плёсы,  и более мелкие, или перекаты. Плёсы приурочены к выпуклым  частям меандров, перекаты — к промежуточным между ними участкам, где русло в плане имеет сравнительно малую кривизну.

     Плёсы  — это участки русла, в которых  во время половодья происходит .размыв дна вогнутого берега  излучины, а на противоположном  берегу придонные струи поперечной циркуляции  накапливают отлогую песчаную русловую отмель (косу или пляж). Накопление аллювия здесь идет в основном на отмели, на стрежне же потока если он и отлагается, то состоит лишь из маломощного слоя грубого песка, гравия или даже гальки.

     Перекаты — это участки, где аллювий отлагается по всему поперечнику русла. Для них, так же как и для русловых отмелей, характерны песчаные отложения. В реках среднего и малого размеров на мелком дне отмелей, во время спада паводка и в межень, когда течение крайне замедленно, оседают не только песчаные, но и иловатые частицы. Такое заиление русловых отмелей интенсивно осуществляется, например, на р. Свияге (правый приток р. Волги) и других ее притоках, особенно в среднем течении.

     Таким  образом, облик руслового осадка, называемый фацией руслового аллювия, зависит от гидродинамической обстановки, в которой происходит его накопление («фация» — латинское слово, обозначающее внешний облик). В разных частях русла одновременно образуется аллювий различного петрографического состава на относительно глубоком дне плёса, у подмываемого берега долины, он может состоять из галечника и даже из валунов, ближе к прирусловой отмели — из песков, кое-где содержащих прослои и тонкие линзочки ила.

     Отложения  аллювия в русле, так же как и размыв его дна и берегов, является процессом периодическим, наиболее интенсивно протекающим в период половодий. Во время каждого паводка в русле откладывается новый слой с одними и теми же фациальными особенностями. Однако распространение различных фаций никогда точно не совпадает с предшествующим и последующим паводками. Причиной этого является меняющийся из года в год уровень воды в русле и непрерывно идущее смещение русла под влиянием роста и развития меандров, и подмыва коренных склонов долины. Именно это смещение русла и является основной причиной образования поймы и слагающего ее аллювия.

     Представим  себе, что в силу роста меандра  русло в его вершине смещается  вбок. Тогда через точку, располагавшуюся  ранее на урезе воды у вогнутого берега, пройдет сначала самая глубокая часть плёса, затем основание русловой отмели и, наконец, ее верхняя часть. Соответственно вначале произойдет размыв до уровня дна плёса, затем поверх дна отложатся грубые гравелистые осадки стрежневой зоны потока, на них належатся пески основания русловой отмели и, наконец, пески с линзами илов верхней части той же отмели.

Возникнет толща  руслового аллювия, в которой  снизу вверх грубый материал будет  сменяться все более тонким. Так  будет по всему дну долины, так  как во всех его пунктах когда-то побывало смещающееся вбок русло. Дно долины окажется покрытым равномерной толщей русловых аллювиальных отложений, в которой выделится; самый нижний, базальный горизонт наиболее грубого механического состава, и последовательно налегающие на него горизонты все более и более тонкозернистых осадков.

     Однако  в вертикальном разрезе эта  смена состава не будет отображать  истинные возрастные соотношения.  Фактически более древним будет  русловой аллювий, отложившийся  в начальные фазы смещения русла, а наиболее молодым — русловой аллювий, образовавшийся в самые поздние фазы смещения русла, т. е. расположенный в стороне от первого, хотя и залегающий на том же самом уровне. Русловой аллювий будет последовательно выстилать дно долины, надстраиваясь не сверху, а сбоку по мере смещения русла.

     Русловые  пески перемещаются по дну  равнинных рек не ровным слоем,  а в виде так называемых  песчаных волн, напоминающих по  форме дюны. Волны эти имеют  асимметричные склоны: пологий обращен  вверх по течению, более крутой — вниз по течению. Песчаные волны расположены косо к берегу и перпендикулярны направлению донного течения. Величина их может быть различна, и (по наблюдениям Велнканоза) пропорциональна глубине и скорости потока. Для примера укажем, что на р. Волге высота песчаных волн колеблется от нескольких сантиметров до 1,5 м при длине 30—50 м. На р. Миссисипи максимальная наблюдавшаяся высота этих образований достигает 3,9 м при длине 143 м.