геологическая деятельность рек. формирование речных долин.

Общие сведения о реках
Реки играют важную роль в геологической жизни континентов. По оценкам специалистов, не менее 25% территории континентов находится под воздействием работы рек.
3

Река - это водоток сравнительно крупных размеров, питающийся атмосферными осадками со своего водосбора и имеющий четко выраженное сформированное самим потоком русло. К рекам обычно относят лишь водотоки с площадью бассейна не менее 50 км2. Водотоки меньшего размера называют ручьями.
Реки, как правило, постоянные водотоки, текущие в течение всего года. Однако встречаются реки, которые могут в течение некоторого непродолжительного периода времени перемерзать или пересыхать. Если же водоток пересыхает большую часть года (как, например, сухие долины в пустынях - вади), то такой водоток рекой не считают. К рекам не относятся водотоки, которые не имеют водосбора (как, например, русла, сформированные течениями во время приливов или сгонно-нагонных явлений в приморских районах или на островах). Не являются реками даже крупные водотоки (проливы), соединяющие лагуны с морем. Не могут считаться ре¬ками и водотоки с искусственным руслом (каналы).
Для зарождения реки необходимы два главных условия - источник питания и рельеф, допускающий движение водной массы. В качестве источников реки различают три вида стока: поверхностный, обычно аккумулирующий площадной смыв, ледниковый, обусловленный летним таянием ледниковых языков, и подземный, связанный с деятельностью источников подземных вод (родников).
Из названных источников питания рек наиболее стабильной и весомой является доля поверхностного стока. Ледниковый сток характерен только для рек, связанных с ледниковыми языками, причем доля этого стока колеблется в зависимости от колебаний среднегодовой температуры. Доля подземного стока обычно выше у равнинных рек и меньше у горных, протекающих среди скальных, непроницаемых пород.
4

В зависимости от преобладающего источника поверхностного стока реки подразделяются на две группы. К первой группе относятся реки, источником питания которых являются тающие весной снега и отчасти весенние и осенние дожди. Это большая часть равнинных рек, в том числе реки европейской части России. Ко второй группе относятся реки с дождевым типом питания. Это большинство рек Дальнего Востока, а также Амазонка, Нил, Конго. К рекам, питание которых осуществляется за счет таяния горных ледников, относится большинство рек Центральной и Средней Азии.
Питание реки в течение года неравномерно. Неравномерно оно и по отдельным годам: в дождливые и снежные годы оно больше, чем в засушливые и малоснежные. За изменениями в питании рек следуют и изменения их уровней, или, как говорят, горизонтов. Колебания уровня зависят ещё и от очертаний русла и поймы. В ущелье, при тех же расходах воды, подъём уровня при паводке будет, конечно, выше, чем в широкой долине.
Реки перечисленных групп часто дополнительно питаются подземными водами.
Каждая река питается с некоторой общей площади, которую называют водосбором или бассейном реки. Все атмосферные осадки, выпадающие на этой площади, стекают по склонам и притокам в реку. Границы между бассейнами называются водоразделами. Две капли воды, упавшие рядом на водоразделе, например, между Окой и Днепром, могут попасть — одна в Каспийское море, а другая — в Чёрное.
Реки питаются атмосферными осадками — снегом и дождём. Если в бассейне реки выпадает много осадков, водоносность реки повышается. Наступают засушливые годы, и река мелеет. Засушливые годы сменяются дождливыми — река снова становится многоводной.
5

Известно, что Рейн за последние 2000 лет несколько раз почти совсем пересыхал. Первое упоминание об этом имеется у римского историка Тацита; он писал, что в 70 году нашей эры была необычайная засуха и Рейн стал несудоходным. В дальнейшем Рейн был мелководным около десяти раз.
Днепр за последнюю тысячу лет был мелководен много раз. Суда, на которых славяне ходили в Царьград, представляли собой лодки на 25–30 человек. Осадка их была, вероятно, не более 0,7 м. Тем не менее и такие суда всегда с трудом проходили на днепровских бродах, в среднем и даже в нижнем течении Днепра. В низовьях Днепра тысячу лет назад существовал Прорийский брод. В 1708 году во многих местах Днепр помелел; выше устья Десны было «два брода, через которые люди возами ездят». В 1815 году между Клевом и Кременчугом было 12 мелей, где глубина не превышала 0,7 м.
Волга также не составляет исключения. Ещё 300 лет назад на Волге было много мелей; на существующем и теперь Телячьем перекате (ниже Горького) глубина была около метра, а у Царицына (Сталинграда) 5 сентября 1636 года — 1,65 м.
Летописи отмечают также, что за мелководными годами идут многоводные. В 1201 году — «всё лето дождливое»; в 1228 году дождь шёл от 6 августа до 6 декабря, «паводь была велика, много бед сотворила человеку». В 1230 году «весь июнь и июль шли дожди по всей земле»; в 1512–1516 годах летние месяцы также были очень дождливы.
6

В некоторых случаях летние горизонты рек действительно падают. Так было на Днепре в 70–80 годах прошлого века после постройки мостов, когда русло реки около Киева несколько углубилось. Но такое падение уровня, конечно, не означает, что воды в реке стало меньше. Углубление русла Днепра отразилось и на режиме его притоков: уклоны их увеличились, скорость течения возросла и поэтому снизились уровни, хотя расход воды остался таким же.



Геологическая РаБота рек
Движение воды в речных потоках турбулентное (вихревое, беспорядочное), изменяющееся в каждой точке потока по величине и направлению. При таком движении вода полностью перемешивается. Ламинарное течение бывает в реках при очень низких скоростях течения в выровненном русле. Турбулентное движение проявляется в виде водоворотов, что особенно хорошо видно на порогах.
Скорость воды в речном русле неодинакова. Она максимальна в середине русла и мала у берегов и дна, где вода испытывает влияние трения. На преодоление трения река расходует 95 % своей энергии.
Энергия реки, или ее живая сила и способность производить работу, зависит от количества воды (массы) и скорости течения (являющейся функцией уклонов местности) и определяется формулой:
F=(mV^2)/2 ,
где F - энергия потока; m - масса воды; V — скорость течения.
7

Чем больше масса воды и скорость течения, тем больше энергия реки и работа водного потока. Соотношение живой силы потока и материала, переносимого им, определяет, будет ли преобладать эрозия, размыв или аккумуляция отложений или установится равновесие между эрозией и аккумуляцией.
Если течение наталкивается на препятствие, например, на опору моста, островок, то наибольшие скорости могут переместиться ближе ко дну реки. На старицах в половодье скорости вблизи дна падают до нуля.
Вдоль реки скорости могут также сильно меняться в зависимости от очертаний живого сечения. Например, четырнадцатью километрами ниже Саратова, у Увека, где русло не имеет островов и стеснено дамбами, в половодье поверхностная скорость доходила до 3 м в секунду, в то время, как у Саратова скорость была до 1,8 м в секунду.
В глубоких местах на реке, которые называются плёсами, живое сечение больше. На мелких местах или перекатах живое сечение значительно меньше. Поскольку на коротком участке по длине реки расходы воды равны, а сечения на плёсе больше, чем на перекате, то и скорости течения будут разные: в глубоком месте вода идёт тихо, а на перекате — значительно быстрее.
Скорость течения зависит ещё от уклона потока, шероховатости дна и глубины. Чем больше уклон, чем ровнее ложе и чем правильнее его очертания, тем выше скорость течения.
Движение воды в реках контролируется тремя факторами: градиентом уклона русла, расходом водного потока, формой русла.
Уклон русла реки
Уклон реки – это отношение падения реки на каком-либо её участке к длине этого участка. Выражается он в промилле или процентах, а также как величина падения на длину участка.
8

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.
Расход воды
Расход воды - это количество воды, переносимое потоком через его поперечное сечение за единицу времени (или средняя скорость течения, умноженная на площадь поперечного сечения; в м/с). Расход воды зависит от климата.
Количество перемещаемых по дну и взвешенных наносов, проносимых рекой через любое поперечное сечение за определенный промежуток времени, называют твердым стоком. Твердый сток и размер осадочных частиц зависят от климата и экзогенных процессов, с помощью которых осадки попадают в реки.
Форма русла
Форма русла (отношение его глубины к ширине) определяется взаимодействием расхода воды, количества осадков, уклона русла и локальных факторов (таких как степень прямолинейности русла, размываемость берегов). В общем случае чем уже русло, тем больше осадков переносится потоком.
9

Вблизи берегов и дна течение медленнее, чем в осевой части реки, которая называется стрежень. 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.
Эррозионно-аккумулятивная деятельность реки.
Флювиалъный процесс, как любой другой экзогенный процесс, является денудационно-аккумулятивным и включает разрушение горных пород (эрозию), транспортировку материала и его осаждение (аккумуляцию).
Эрозия
Эрозия коренных пород и собственных отложений речным потоком осуществляется несколькими способами. Перемещаемые в водном потоке твердые частицы минералов и горных пород воздействуют на породы ложа реки как абразивный материал; в русле горных рек можно наблюдать «стаканы» и «чаши», выработанные вращающимися в трещинах под действием потока обломками, или протяжённые борозды, выточенные струями переносимого по дну материала. Гидравлическое воздействие воды на рыхлый материал ложа приводит к его вымыванию и захвату частиц турбулентным потоком. В относительно прочных породах иногда видны следы воздействия волнового движения на границе порода – водный поток.

Строение, морфологические типы и развитие речных долин
Строение речных долин
10

В процессе своей деятельности русловые водные потоки формируют речные долины.
Речными долинами называются неширокие, вытянутые в длину, обычно извилистые углубления земной поверхности, характеризующиеся общим наклоном своего ложа, а также и тем, что, встречаясь между собой, они никогда не пересекаются, а сливаются вместе, образуя одну общую долину. Размеры долин как в длину, так в ширину и глубину могут быть весьма различными. Основными элементами, характеризующими речную долину, являются:
1. Дно или ложе долины – относительно ровная пониженная ее часть, имеющая уклон. Линия, соединяющая пониженные точки долинного ложа, называется тальвегом («путь долины»). Самая пониженная часть долины, занятая речным потоком, называется руслом.
2. Склоны долины – повышенные участки суши, ограничивающие с боков дно долины и имеющие уклон к реке.
3. Бровки долины – линии сопряжения ее склонов с поверхностью, прилегающей к долине местности.
4. Подошвы склонов – самая нижняя часть склонов в местах их соединения с дном долины.
5. Ширина долины по верху и по дну – расстояние между ее бровками и подошвами склонов.
6. Глубина долины – превышение бровки долины над низким уровнем воды в реке.
7. Террасы – горизонтальные или слегка наклонные площадки, располагающиеся уступами в пределах дна и склонов речной долины.
11

Первая терраса, расположенная в пределах дна долины и заливаемая высокими водами, называется поймой. Выше поймы расположена вторая, незатопляемая, или надлуговая терраса; еще выше третья, являющаяся древним образованием речной долины.
Схему строения долины равнинной реки рассмотрим на рис. 3
Рисунок 3 - Схема строения долины равнинной реки:
1 - русло; 2 - пойма реки; 3 – зарастающая старица; 4 – надпойменная терраса; 5 – береговые валы; 6 – русловый аллювий; 7 – пойменный аллювий; 8 – старичный аллювий; 9 - делювий
Глубина долин изменяется в широких пределах. В равнинных районах долины неглубокие, от нескольких десятков метров до 200– 300 м; в горах глубина долин может достигать 2 тыс. м.
Ширина речных долин обычно увеличивается от верховьев рек к низовьям, но возможны и сужения долины вследствие пересечения горной гряды, обвалов или осыпей.
12

Склоны речных долин по своему внешнему виду могут иметь выпуклую, вогнутую, ступенчатую и прямолинейную форму и быть различной крутизны - от пологих до отвесных. Поверхность склонов может рассекаться различными по размерам оврагами, балками, логами и рытвинами, образование которых зависит от грунтов, растительности и крутизны долинных склонов. В зависимости от свойств горных пород, которыми сложены дно и склоны долины, они имеют различный продольный профиль, различные очертания в плане и поперечном разрезе. Продольный уклон долины обычно имеет сравнительно плавный характер и уменьшается от верхней части долины к ее низовым частям; такие долины называются нормальными. Речные долины, имеющие чередование плоских поверхностей дна с резкими понижениями его - уступами, называются ступенчатыми. В природе довольно редко встречаются речные долины с правильным и ясно выраженным профилем, относящимся к одному из отмеченных типов долин.
Типичная форма долины обычно искажается наличием оползней, осыпей и обвалов крутых склонов долин, а также конусами выносов из боковых долин и эрозионной деятельностью текучих вод.
Нередко один тип долин переходит в другой, а одна и та же речная долина на своем протяжении может представлять различные типы, например, долины крупных рек: Енисея, Лены, Амура.
13

Отложения, которые формируются в пределах русла рек, носят название руслового аллювия. Ими выстилается дно реки на всем протяжении долины. Они представлены грубозернистыми и крупнозернистыми (реже мелкозернистыми) песками с включениями гравия и галек. Местами, особенно в долинах рек с сильными течениями, русловой аллювий представлен исключительно галечным материалом. Пойменный аллювий формируется в период паводков и половодий и тогда на пойме осаждается главным образом тонкий материал. Пойменные отложения представлены преимущественно супесчано-суглинистым материалом.