Геологическая деятельность русловых потоков

у противоположного берега образуется аккумулятивная отмель

(h – превышение уровня воды у вогнутого берега на средним уровнем в данном сечении).

 

 

 

 

Принципиальная модель выработки долины речным потоком иллюстрируется следующим экспериментом:

Согласно описанному выше механизму в процессе размыва берегов образуются крутые изгибы речной долины – меандры. Узкие «перегородки» между меандрами в период половодий могут размываться, что приводит к спрямлению русла реки и образованию стариц. Старица – это замкнутый водоем, обычно продолговатой извилистой или подковообразной формы, образовавшийся в результате полного или частичного отделения участка реки от её прежнего русла. Старицы некоторое время могут сохранять связь с рекой, но постепенно входы в них заносятся речными отложениями – происходит их превращение в старичные озёра, а затем - в болота или сырые луга.

В русле меандрирующих рек при уменьшении уклона русла и извилистости могут возникать намывные острова. На широких участках долины при относительно прямолинейных очертаниях русла и поймы может формироваться серия таких островов, что приводит к ветвлению русла – его разделению на несколько потоков. Эти острова перемещаются вниз по течению, постоянно изменяя очертания.

Скорость эрозии определяется сочетанием ряда факторов: энергии потока, состава пород ложа, развития растительности, интенсивности техногенного воздействия и пр. Зависимость скорости размыва берегов от состава пород приведена в таблице.

 

 

Скорость размыва берегов (по Р.С. Чалову)

Характеристика интенсивности размыва	Скорость размыва берегов (м/год) в зависимости от состава пород
	пески и супеси	суглинки	глины	торф, полускальные породы
Очень сильный	более 10	более 5	более 2	более 1
Сильный	5-10	2-5	1-2	0,5-1
Средний	2-5	1-2	0,5-1	0,2-0,5
Слабый	менее 2	менее 1	менее 0,5	менее 0,2

 

 

Речная эрозия нередко приводит к активизации других экзогенных геологических процессов. Так, интенсивная глубинная эрозия, приводит к образованию каньонов и V-образных долин с крутыми склонами, на которых активно проявляются обвальные и осыпные процессы. Подмыв высоких берегов, сложенных трудноразмываемыми породами, при боковой эрозии приводит к развитию оползней, осыпей и обвалов.

Перенос материала реками

Перенос материала реками осуществляется несколькими способами.

Наиболее крупные частицы (гальки) перемещаются волочением по дну или перекатыванием; частицы песчаной размерности – сальтацией.

Тонкие частицы глинистой и алевритистый размерности при скорости потока более 2 см/c перемещаются во взвешенном состоянии.

Значительная часть веществ переносится в растворённом виде.

Весь материал, перемещаемый в нерастворённом состоянии, называется твердым стоком. Объём твёрдого стока горных рек значительно выше, чем равнинных: горные реки могут переносить обломочный материал в количестве до 50-60 кг/м3, тогда как равнинные – не более 0,5 –1 кг/м3.

Переносимый речным потоком материал претерпевает механическую обработку – окатывается – за счёт трения о другие частицы и породы ложа.

Перемещение песчано-гравийного материала водным потоком иллюстрируется приведённым в видеоролике экспериментом (выполненным в University of Minnesota's St. Anthony Falls Lab):

А этот эксперимент отражает перемещение песчаных зёрен и формирование характерной косой слоистости. Перемещаемый по дну песчаный материал образует движущуюся рябь:

Отложения рек

Отложения постоянных русловых потоков (рек, ручьев) называются аллювий. Аллювий формируется в различных участках речной долины. В соответствии с этим выделяют три фации: русловый, пойменный и старичный аллювий.

Русловой аллювий (1-2 на рисунке) обычно представлен хорошо промытыми и сортированными песками, гравийниками или галечниками с характерной косой слоистостью. Мощность его может достигать первых десятков метров, иногда больше.

Нижние горизонты руслового аллювия залегают на размытой поверхности подстилающих коренных пород; им свойственен более грубозернистый состав, плохая сортировка и неотчётливая косая слоистость. Образование этих горизонтов отвечает наиболее начальной стадии формирования речной долины. Их мощность обычно невелика или они вообще не сохраняются, поскольку на начальной стадии формирования долины, когда аллювий постоянно перемещается, образуя лишь временные неустойчивые скопления, смываемые во время паводков и половодий.

Вверх по разрезу размер аллювиальных частиц уменьшается и возрастает степень их сортировки, появляется отчётливая косая слоистость. Наиболее высокие горизонты, формирующиеся в условиях прирусловой отмели, отличаются разнообразием текстур – мелкая косая, косо-волнистая, волнистая, что связано с образованием ряби течения.

Иногда прослои с рябью встречаются и в средней части толщи руслового аллювия - они образуются при ослаблении силы потока (на отмелях).

Особенности строения разреза руслового аллювия определяются и особенностями конкретного речного потока. В целом, для крупных равнинных рек характерны более развитая средняя часть руслового аллювия и отложения прирусловой отмели. В осадках горных рек аллювий более крупный, преобладают текстуры, характерные для самой нижней части равнинного аллювия (что связано с большей энергией и турбулентностью потока).

Старичный аллювий (3 на рисунке) обычно залегает в виде линз в толще руслового аллювия. Для старичных отложений характерен алевро-глинистый или мелкопесчаный состав (суглинки, супеси), насыщенность органикой и тонкая горизонтальная слоистость (обусловленная осаждением из спокойных вод). В нижней части старичных отложений могут присутствовать единичные косослоистые серии, отвечающие периодам половодий, когда старица вновь начинала действовать как русловой проток.

Пойменный аллювий (4 на рисунке) залегает поверх руслового и старичного. Пойменные отложения формируются в периоды половодий, когда речные воды, выходя за пределы русла, заливают речную долину. Формирование пойменного аллювия тесно связано с режимом реки: он хорошо развит у равнинных рек в областях гумидного умеренного климата, менее развиты в аридных областях и слабо выражены у горных рек (не имеющих развитой поймы). Мощность пойменных отложений обычно не превышает нескольких метров.

Пойменный аллювий представлен алевро-глинистыми или алевритовыми отложениями с горизонтальной слоистостью. Нередко в нём отмечаются прослои почв, образующихся в период между половодьями.

Паводковые воды провоцируют развитие оползневых процессов и подмыв берегов. Поэтому прислоненной подмываемому обрывистому берегу пойменный аллювий может содержать включения плохоокатанных или неокатанных глыб разного размера, представляющих собой погребенную осыпь и продукты обваливания коренного берега.

В совокупности, отложения русловых потоков – пролювий и аллювий – согласно классификации Е.В. Шанцера, образуют флювиальную группу отложений.

Классификация отложений русловых потоков (по Е.В. Шанцеру)

Ряд	Группа	Генетический тип
Водный	Русловых водных потоков	Аллювий
		Пролювий
	Озёрная (лимническая)

 

 

Любая река за время своего существования проходит ряд стадий, которые условно можно назвать молодостью, зрелостью и старостью.

На стадии образования в реке преобладает донная эрозия, приводящая к выработке V–образной долины и образованию грубого, плохо сортированного инстративного аллювия. Продольный профиль долины реки в эту стадию крутой в верховьях, изобилует неровностями и перепадами. По мере выработки долины всё большее значение приобретает боковая эрозия, придающая долине U-образную форму сечения.

На стадии зрелости продольный профиль реки становится выровненным, стремящимся приблизиться к базису эрозии, происходит усиление боковой эрозии вследствие меандрирования. За счёт меандрирования происходит расширение долины, формируется пойма, сечение долины приобретает трапециевидный облик. Активно идёт процесс накопления аллювия, нередко чередующийся с периодами углубления и расширения долины.

На стадии старости происходит ещё большее расширение долины. Продольный профиль близок к профилю равновесия, что приводит к снижению энергии потока – река не может переносить большое количество обломочного материала, что приводит к его осаждению, вызывающему заиление русла. Активно протекают процессы аккумуляции – формируются все фации аллювия. В итоге происходит заполнение русла осадками, река постепенно замедляет течение и зарастает.

Схема развития эрозионно-аккумулятивного цикла и стадии формирования долины (по Н.В. Макаровой, Т.В. Сухановой): I - врезания, II - расширения долины, III - аккумуляции, IV - динамического равновесия (завершающая); 1-5 - аллювий, 6- покровные отложения, 7 - коренные породы, 8- контуры первоначального вреза.

Описанные этапы эволюции речной долины, как правило, не образуют линейной последовательности, а прерываются на разных стадиях процессами омоложения реки. Омоложение реки может быть обусловлено тектоническими движениями земной коры, изменением базиса эрозии (понижение уровня водоёма, в который впадает река и пр.), климатическими изменениями (увеличением расхода воды и энергии потока), техногенным воздействием (спуск водохранилищ и пр.) и приводит к изменению продольного профиля речной долины. При его изменении происходит возрастание энергии потока, что приводит к активизации донной эрозии, направленной на выработку нового профиля. То есть река вновь начинает углублять долину, затем, по мере приближения к профилю равновесия, начинают доминировать процессы боковой эрозии, формируется пойма, т.е. река вновь проходит цикл своего развития. И этот процесс может повторяться неоднократно.

Наличие этапов омоложения отражается в образовании речных террас – ступенеобразных уступов в бортах речной долины. В строении террас выделяют площадку – выровненную поверхность террасы, тыловой шов – место сочленения площадки с вышерасположенной террасой или коренным склоном, склон террасы и бровку – место сочленения площадки и склона террасы.

 

 

Элементы строения террасы: 1 - площадка террасы, 2 - тыловой шов, 3 - бровка, 4 - склон.

 

 

 

 

 

Схема развития речной террасы

Формирование террас в пределах одной речной долины может происходить неоднократно, что приводит к образованию лестницы надпойменных террас, возвышающихся друг над другом в борту долины (нужно добавить, что террасы не всегда явно выражены в рельефе и их выявление требует специальных геоморфологических исследований). Самая высокая терраса - наиболее древняя, самая низкая - наиболее молодая (первая надпойменная терраса – террасам присваиваются номера в соответствии с их расположением снизу вверх). Высотой террасы называют превышение её поверхности над меженным уровнем воды в реке.

 

Террасированная долина Овайхи

 

Среди речных террас различают эрозионные, эрозионно-аккумулятивные и аккумулятивные.

Эрозионные террасы (или скульптурные террасы, террасы размыва) – террасы выработанные речным потоком в коренных породах. Они наиболее характерны для горных рек, где активно проявляются тектонические движения, приводящие к частым изменениям продольного профиля реки.

Эрозионно-аккумулятивные (или цокольные) – террасы, нижняя часть которых сложена коренными породами (цоколь), а верхняя - аллювиальными отложениями.

Аккумулятивные террасы - трассы полностью сложенные аллювиальными отложениями. Аккумулятивные террасы имеют широкое распространение в пределах низменных платформенных равнин, а также в межгорных и предгорных прогибах. Они свойственны желобовидным и планиморфным долинам, характеризующимся значительными мощностями аллювия.

Устьевые части рек

В устьевой части речной поток достигает уровня базиса эрозии, теряет энергию и отлагает переносимый материал. Специфика осадконакопления и особенностей строения в устьевой части определяется сочетанием ряда факторов, среди которых наибольшее значение имеют: количество выносимого рекой материала, расход воды в реке и его изменение во времени, динамика морских вод и характер тектонических движений.