Геологическая деятельность рек

Без рек трудно представить себе жизнь людей. Реки — это водные дороги, источники воды для водоснабжения, сельского хозяйства, промышленности и т. д. Они издревле соединяли города и деревни, были главными торговыми путями. При этом реки — наиболее важный фактор преобразования рельефа.

Реки начинаются незаметными ручейками и постепенно, вбирая в себя многочисленные притоки, превращаются порой в мощные водные артерии. Большой объем текущей воды производит как эрозионную, так и аккумулятивную работу, которая особенно усиливается во время паводка или половодья, весной, реже летом после сильных дождей, а на горных реках — летом, во время таяния снегов и ледников. Жарким и сухим летом уровень воды в равнинных реках падает, затрудняя судоходство. Такое состояние реки называют меженью.

Как же «работает» река? Живая сила реки, или ее энергия, зависит от скорости течения в ней воды и количества переносимого материала. Чем больше скорость течения, тем сильнее эрозия, производимая рекой, и наоборот, чем медленнее течет река, тем больше она откладывает взвешенного в воде материала. Живая сила реки производит как донную, так и боковую эрозию.

Донная эрозия заключается в углублении русла реки путем врезания в подстилающие горные породы. Глубина этого врезания связана, как и при врезании оврагов, с положением базиса эрозии, т. е. с уровнем того водоема (более крупной реки, озера, моря, океана), в который река впадает. Кроме того, на силу донной эрозии влияет скорость тектонического подъема территории, по которой река протекает. Чем больше подъем, тем быстрее врезается река. Донная эрозия осуществляется обломочным материалом, переносимым рекой. Галька и песок, крупные камни действуют на коренные породы в ее русле как абразивная смесь, которая истирает породы, разрушая их, а вода уносит частицы породы.

Река всегда стремится выработать свой продольный профиль так, чтобы он был близок к базису эрозии. Разработанный профиль равновесия имеет вид вогнутой кривой, которая у древней реки более пологая, чем у молодой, и всегда будет стремиться к горизонтальной плоскости.

В реальных условиях, когда река пересекает горные породы различной прочности, в ее русле возникают пороги, перепады, уступы, с которых вода обрушивается водопадом. Силой падающей воды у подножия уступа вырабатывается водобойный колодец, а нависающая над ним порода со временем обрушивается, и водопад отступает на некоторое расстояние. Так,.

Рис. 3.8. Развитие меандров в реке (1—3); 4 — поперечный разрез реки Ниагарский водопад отступает на 1—1,2 м в год.

Боковая эрозия энергичнее проявляется на поздних стадиях развития реки, когда русло ее уже не спрямленное, а более извилистое. В это время река стремится один берег подмыть, а на другом, наоборот, отложить песчаный материал. Все, что она переносит и откладывает, называют аллювием (от лат. alluvio — нанос).

В это же время в русле реки возникают не только продольные течения, но и поперечные, нисходящие у более крутого берега и еще больше подмывающие его. На противоположном берегу в это время формируется отмель. Ось максимальной скорости течения, называемая стрежень, смещается то к одному, то к другому берегу, опять-таки вызывая его подмыв. За счет такого изменения первичного, близкого к прямолинейному, русло реки начинает изгибаться все больше и больше, образуя петли, называемые меандрами (по наименованию очень извилистой реки в Малой Азии в Турции) (рис. 3.8).

Боковая эрозия расширяет долину реки, и она приобретает форму корыта. Если река течет в меридиональном направлении в Северном полушарии с севера на юг, то у нее всегда правый берег будет выше левого и более обрывистым, если в Южном полушарии — наоборот. Это связано с действием силы Кориолиса, которая отклоняет движущуюся воду из-за вращения Земли с запада на восток.

Рис. 3.9. Развитие меандра и перехват реки с образованием старицы. На отмелом берегу накапливается аллювий, а обрывистый берег все время подмывается.

По мере развития долины реки меандры увеличивают свои петли и, наконец, наступает перехват, когда изгиб меандра отшнуровывается от главного русла и превращается в старицу — небольшое озеро (рис. 3.9).

Реки переносят большое количество обломочного материала. В равнинных реках он преимущественно песчаный. Часть его волочится по дну, другая — наиболее тонкая по размеру — переносится во взвешенном состоянии, а третья находится в воде в растворенном виде. Разные обломки, попав в реку и переносимые по дну, постепенно будут окатываться и превращаться в округлую гальку. Размер обломков со временем уменьшается, а их диаметр определяется скоростью течения. В горных реках с их крутым уклоном вода переносит крупные валуны (см. рис. 3.3 на цветной вклейке), а в равнинных — мелкие гальки и песок. Интересно, что способность реки переносить материал усиливается тем, что большинство обломков в воде теряют до 40% массы (веса).

Масса осаждающейся частицы пропорциональна ее объему.

Сопротивление частицы осаждению — функция площади ее поверхности.

Скорость осаждения материала зависит от:

• 1) размера;
• 2) разности плотности частиц и жидкости;
• 3) вязкости жидкости;
• 4) силы тяжести.

На отмелых берегах, противоположных крутым и обрывистым, постепенно накапливаются толщи аллювиальных отложений, образующих широкие отмели, косы и выстилающих дно. Во время половодья уже отложенный аллювий может переноситься ниже по течению, а на его место намывается новый. Когда вода спадает, в тех участках долины, где она была, остается слой ила и песка. Эти участки называют поймой. Как правило, на поймах развиваются хорошие травы, поэтому заливные луга всегда используют для выгона скота и заготовки сена.

В развитии речных долин можно выделить несколько стадий. Первая стадия — молодости, с преобладанием донной эрозии. В эту стадию долина имеет поперечную форму в виде латинской буквы V, а ее продольная форма обычно близка к прямолинейной. Во вторую, зрелую стадию долина реки расширяется еще больше, ее форма приближается к корытообразной, а русло меандрирует, образуя извилины. В третью стадию —.

дряхлости — долина расширяется еще больше, многие меандры оказываются перехваченными, образуются многочисленные старицы, отмели и косы (рис. 3.10).

Каждая долина реки развивается по-своему, так как и уклоны днища у всех разные, и породы, которые они пересекают, отличаются различной прочностью и составом.

Рис. 3.10. Расширение речной долины путем боковой эрозии, подмывающей берега Для разработанных, зрелых долин как равнинных, так и горных рек характерно развитие на их склонах выровненных площадок с обрывистыми краями. Их называют террасами (рис. 3.11).

Террасы возникают в результате либо понижения базиса эрозии реки, либо поднятия местности. В обоих случаях река начинает усиленно врезаться в подстилающие горные породы, стремясь выровнять свой профиль равновесия, приближая его к базису эрозии. При этом ровная поверхность бывшей поймы, заливаемой в половодье, оказывается гораздо выше максимального уровня воды и превращается в первую террасу, сложенную аллювиальными отложениями. Если подобный процесс будет повторяться, то сформируется целая лестница террас. На некоторых из них аллювий может залегать только вверху, тогда как их нижняя часть — цоколь — будет сложена коренными породами. Такие террасы называют цокольными, в отличие от аккумулятивных террас, полностью сложенных аллювием. На высоких террасах аллювий может совсем не сохраниться, такие террасы называют эрозионными.

Рис. 3.11. Схема развития речных террас. Во время этапов поднятия река врезается в коренные породы (2) и начинает снова разрабатывать долину (3). При новом поднятии (4) река снова врезается в них. И так повторяется несколько раз Обычно террасы нумеруют снизу вверх, и поэтому наиболее древние высокие террасы будут иметь последний номер. Количество террас в речных долинах может доходить до 10—12.

Таким образом, речные террасы рассказывают нам об истории развития долины. Выровненные поверхности террас свидетельствуют о периоде стабилизации профиля равновесия, а их уступы — о периодах его активизации, ускоренного врезания реки в связи с изменением базиса эрозии или тектоническими поднятиями.

Можно привести интересный пример врезания рек в подстилающие горные породы в связи с изменением базиса эрозии. Так, в среднем плиоцене, примерно 3 млн лет назад, резко понизился (примерно на 500 м) уровень воды в Каспийском море, и вся вода сосредоточилась только во впадине Южного Каспия. Все реки, впадавшие в Каспийское море, стали быстро врезаться в коренные породы, выработав глубокие ущелья. Волга тогда впадала в море в районе современного Баку, и там накопилась огромная толща песчаных отложений, из которых сейчас добывают нефть.

Когда уровень Каспия вновь стал подниматься, глубокие речные долины оказались заполненными аллювиальными отложениями мощностью в несколько сотен метров.

Дельты. Весь материал, переносимый рекой, тот, который волочится по дну и находится во взвешенном и растворенном состоянии в речной воде, начинает откладываться в устье реки, при впадении ее в озеро, море, океан, так как уменьшается живая сила воды. В этом месте ее течение замедляется и совсем прекращается. Поэтому все, что несла река, выпадает в осадок, образуя огромный подводный конус выноса, или дельту. Такое название эта форма аллювиальных отложений получила от греческой буквы Д (дельта), так как напоминает ее в плане (см. рис. 3.4 на цветной вклейке).

Рис. 3.12. Разрастание дельты реки Волги Сначала дельта образуется в наземной части устья реки, а потом и в подводной, далеко выдвигаясь в море. Если река несет много материала, дельтовый конус формируется быстро, и наносы начинают препятствовать стоку воды. Тогда река прорезает в наносах новые, дополнительные русла, или рукава. Так выглядит огромная дельта Волги при впадении ее в Каспийское море. Множество рукавов и протоков образуют ветвящуюся систему, занимающую пространство в 1900 км². Дельта, благодаря обильным поступающим наносам, постепенно выдвигается в море и как бы наращивает себя (рис. 3.12).

Существуют гигантские дельты, например рек Янцзы и Хуанхэ в Китае. Их дельты слились, образовав аллювиальный конус выноса длиной 1200 км и шириной до 450 км. Очень крупные дельты у Лены, Тигра и Евфрата, Ганга, Миссисипи и многих других рек. Если земная кора в области формирования дельты прогибается, то мощность дельтового аллювия может достигать многих сотен метров, например в дельте Миссисипи — около 800 м. В крупных дельтах развиты не только аллювиальные отложения, но и озерные, болотные и морские. Все вместе они образуют сложный комплекс дельтовых отложений, в которых, как правило, захороняется много органического вещества, источника будущих месторождений углеводородов — нефти и газа.

В некоторых случаях вместо дельт в устьевых частях рек образуются глубокие и узкие заливы — эстуарии (от лат. aestuarium — затопляемое устье реки), напоминающие в плане длинную воронку. Они образуются в том случае, если масса речной воды переносит мало материала и он не может сформировать дельту. Особенно благоприятно для образования эстуариев наличие приливов и отливов, когда приливная волна проникает далеко вверх по течению реки, как, например, в реке Пенжине, впадающей в Охотское море, или в реках Эльбе, Темзе. Наносы, которые откладывает река в своем устье, во время отлива выносятся далеко в море, где размываются течениями, идущими вдоль берега. Поэтому дельта и не формируется. Классические эстуарии есть у Оби и Енисея, но там главная причина их образования — постепенное опускание земной коры.

Хорошим примером эстуария может служить Севастопольская бухта, представляющая собой часть долины реки Черной. Эстуарии на северных побережьях Черного и Азовского морей называют лиманами (от греч. Итёп — бухта, залив). Хорошо известны лиманы в районе Одессы, Бугский лиман и др.

Геологическая деятельность рек и полезные ископаемые. Значение рек в хозяйственной деятельности человека очень велико. Долины рек пересекают горные породы и сложенные ими структуры, в которых содержатся различные полезные ископаемые. Река размывает их и переносит тяжелые минералы на большие расстояния, перекатывая обломки по дну. В отмелях они откладываются и, накапливаясь, образуют россыпи, в которых содержатся платина, титан, олово, золото, алмазы в таких количествах, которые делают их добычу экономически выгодной. Титан и олово входят составной частью в минералы ильменит, рутил и касситерит. Так как эти минералы обладают большим удельным весом, то они накапливаются в наносах там, где скорость движения воды уменьшается, легкие же минералы уносятся течением дальше. Россыпи тяжелых минералов встречаются в нижней части аллювиальных отложений, как в русле и пойме, так и в высоких террасах. Эти минералы оседают также в разнообразных ловушках в русле реки, образованных выступами более твердых пород, и в глубоких ямах. Россыпные месторождения образуются и в наши дни, но формировались они в геологическом прошлом. Например, известны титановые россыпи в палеогеновых отложениях Украинского щита.

Вопросы

J. Что такое живая сила реки?

• 2. Чем донная эрозия отличается от боковой?
• 3. Что представляет собой профиль равновесия реки?
• 4. Как формируется аллювий?
• 5. Что представляет собой старица? Как она образуется?
• 6. Почему галька всегда округлая?

• 7. Какие стадии выделяют в развитии реки?
• 8. Что такое базис эрозии реки?
• 9. Какие бывают террасы? Как они формируются?
• 10. Что такое меандры? Как они образуются?
• 1 1. Как образуются дельты?
• 12. Что такое эстуарий?
• 13. Какие полезные ископаемые связаны с аллювием?
• — ВЫВОДЫ —

Реки производят большую геологическую работу, перенося много рыхлого материала, откладывая его в своих долинах и особенно в устьях, где образуются дельты. Река стремится выработать свой профиль равновесия, приближающийся к уровню базиса эрозии, и формирует речные террасы. Аллювиальные (речные) отложения содержат россыпи ценных металлов.

Фабрики руды Реки постепенно размывают берега, расширяют долину и уносят течением глыбы, камни, рыхлую породу, обрушившуюся с крутых берегов. Этот материал, попавший в речной поток, постепенно дробится, измельчается, превращаясь в мелкую гальку и песок — речной аллювий. В горных районах реки часто размывают породы, в которых содержатся золото, платина, касситерит. Их частицы-крупинки намного тяжелее, чем все остальные минералы, например полевые шпаты, кварц, слюды, роговая обманка. Попав в речной аллювий, непрерывно переносимый водным потоком, эти тяжелые частицы начинают отделяться от общей массы песка с меньшим удельным весом и, скапливаясь в определенных местах, образуют россыпные месторождения. Россыпи отличаются от обычных аллювиальных песков тем, что в них содержание, например, частиц золота во много раз больше, скажем, 20 г на 1 м³ песка (это уже хорошее месторождение, и его можно разрабатывать).

Русло реки обычно неровное, в нем есть выступы коренных пород и впадины. Если перед каким-либо выступом в днище реки начинает накапливаться аллювий, то это естественная ловушка для тяжелых частиц металлов. Легкие зерна переносятся водой через выступ, а тяжелые — оседают в «ловушку». Геологи ищут такие участки, так как в них скапливается золото или платина.

Интересно, что когда россыпное месторождение разрабатывают, то способ добычи очень похож на естественную сортировку песчинок по удельному весу в речном аллювии. Мощная землечерпалка — драга — поставляет песок на промывочную фабрику, которая соединена с ней и обычно плавает в виде баржи на речке. Песок многократно промывают на специальных ситах. Легкие частицы при этом удаляются, а тяжелые остаются в специальных лотках или на ворсистых коврах, к которым прилипают золотые чешуйки. Так добывают золото, платину.