Геологическая деятельность рек

Реки, протекающие на всех континентах, кроме Антарктиды, производят большую эрозионную и аккумулятивную работу. Это наиболее динамические системы, преобразующие рельеф. Любая проточная вода — это немалая сила. Камни и небольшие осколки, которые подбираются проточной водой по пути, усиливают абразивное воздействие на русло. Даже относительно мелкий материал, скажем ил или песок, также имеет абразивные свойства. Полноводность и режим рек зависят от способа их питания и от климатических условий. Каждая река 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. [2].

Факторы влияющие на речную эрозию

Скорость.

Расстояние, которое вода преодолевает за единицу времени, называется скоростью течения. Умеренно быстрая река течёт со скоростью около 5 километров в час. Реки текут гораздо быстрее во время половодий, иногда достигая 25 километров в час. Поперечные профили рек на (рис.6) показывают, что поток достигает своей максимальной скорости около середины русла. Около речных берегов и дна трение между водой и руслом замедляет течение. Когда река изгибается, область максимальной скорости смещается под действием центробежной силы к внешней части кривой. Скорость течения является ключевым фактором в способности реки эродировать породы, транспортировать и аккумулировать материал. Высокая скорость (что подразумевает большую энергию) в основном сказывается на эрозии и переносе вещества; низкая скорость является причиной отложения осадка. Небольшие изменения в скорости могут приводить к серьёзным изменениям в осадочном материале, переносимом рекой. Для каждой размерности зёрен эти скорости различны. Рассмотрим рисунок 7. Верхняя кривая представляет минимальную скорость реки, необходимую для разрушения частиц осадочного материала.

Рис. 6 Поперечный профиль рек.

Нижняя кривая показывает скорость, при которой происходит аккумуляция. Надо отметить, что для того, чтобы эродировать обломки (заставить их двигаться), требуется скорость выше, нежели для переноса частиц, то есть сохранения их движения. Область между этими кривыми показывает скорость, при которой ранее неподвижные частицы начинают подниматься движущейся водой.

Точка, А на диаграмме 7 изображает тонкозернистый песок на дне реки, который едва перемещается. Вертикальные красные стрелки олицетворяют половодье, которое значительно увеличивает скорость течения. Никакой осадок не движется до тех пор, пока скорость достаточно высока. Когда половодье идёт на убыль, скорость опускается ниже верхней кривой в область транспортировки. В этом состоянии ранее эродированный песок продолжает перемещаться, но новый не эродируется. Если же скорость падает ниже второй кривой, весь песок снова осаждается, опускаясь на дно реки.

Рис. 7 Скорости при которых осадок эродируется.

Правая половина диаграммы показывает, что для эрозии и переноса более крупных частиц скорости необходимы гораздо выше, нежели мы могли ожидать (гальку перемещать труднее, чем зёрна песка). Однако кривая эрозии также поднимается вверх ближе к левой стороне диаграммы. Это показывает, что мелкозернистый ил (алеврит) и глину действительно сложнее эродировать, нежели песок. Причина этого в том, что силы межмолекулярного взаимодействия стремятся связать ил и глину в связную массу, которая противостоит эрозии. Как только ил или глина разрушаются, они, конечно же, легко переносятся. Как можно увидеть по нижней кривой, ил и глина во взвешенном состоянии не осаждаются до тех пор, пока река не остановит своё течение[2],[7].

Уклон русла.

Уклон русла регулируется таким образом, чтобы обеспечивалась скорость течения, необходимая для переноса материала того количества и размерности, которые поступают в реку. Поэтому, если уклон русла мал для переноса осадков, происходит аккумуляция до тех пор, пока уклон не станет достаточным для транспортировки. Если же уклон настолько крутой, что скорость водного потока больше чем это необходимо для переноса осадков, то его крутизна уменьшается. Возникают новые уклоны, обеспечивающие ту скорость водного потока, которая необходима для переноса осадков. [6].

Форма русла.

Рис. 8 Поперечные разрезы реки показывающие различные формы русла [8].

Форма русла также влияет на скорость реки. Текучая вода с трудом движется вплотную к берегам и дну, и в результате трение замедляет воду. На рис. 8 потоки, А и В имеют одинаковую площадь поперечного сечения, но река В течет медленнее, чем А, потому что широкое неглубокое русло В имеет большую поверхность для встречного торможения воды. Река может изменять ширину своего русла, потому что она течет через различные типы горных пород. Твердые, устойчивые породы с трудом поддаются разрушению, поэтому река может иметь относительно узкое русло в такой породе. В результате она течет быстро (рис. 9 А). Если поток течет по более мягкой породе, которая легче поддается эрозии, русло может расширяться, и река будет замедляться из-за увеличения площади задержки текущей воды трением. При уменьшении скорости может накапливаться осадок.

Ширина реки может зависеть и от внешних факторов. Оползень может приносить обломки в долину реки, частично преграждая русло (рис.9В). Сужение потока вызывает возрастание скорости, потому что он огибает препятствие, а увеличение скорости может быстро разрушить оползневые обломки, перенося их ниже по течению. Вмешательство человека также способствует эрозии и осадконакоплению. Строительство подземного канала или моста может частично преградить русло, увеличивая скорость течения (рис. 9С). Если мост был плохо спроектирован, то он может вызвать увеличение скорости реки до такой степени, когда эрозия станет причиной обрушения моста. Шероховатость (неровность) русла тоже контролирует скорость потока. Река может быстро течь по гладкому руслу, но неровности, усыпанное валунами дно русла способствуют увеличению трения и замедляют течение. Грубые частицы увеличивают неровность больше, чем мелкие частицы, и покрытый рябью или волнистый песок грубее, нежели дно с гладким песком[6],[8].

Расход воды.

Расход воды — это количество воды, переносимое потоком через его поперечное сечение за единицу времени. Он находится умножением площади поперечного сечения реки на ёё скорость (или ширины на глубину и скорость). Расход воды зависит от климата.

Во время половодий расход воды в реке и скорость течения увеличиваются, обычно как результат сильных дождей в пределах речной системы. Расход воды в наводнение может быть в 50−100 раз выше, нежели в нормальном потоке. Русловая эрозия и транспортировка в большинстве случаев колоссально увеличиваются как результат паводковой скорости и расхода воды. Быстрые горные потоки во время половодья могут иногда переносить валуны размером с автомобиль. Затопляемые территории могут быть сильно изрезаны, с берегами и прилегающими лугами, и полями со смытой почвой. Когда наводнение идёт на убыль, и скорость, и расход уменьшаются, приводя к аккумуляции слоя осадочного материала, обычно грязевого, на затопленной территории.

В сухом климате расход реки может уменьшаться вниз по течению, потому что речная вода испаряется в атмосферу и просачивается в сухую землю (или используется для ирригации, то есть орошения). В связи с уменьшением расхода воды в реке часть осадка постепенно оседает[6],[8].