Глава 6. геологическая деятельность поверхностных текучих вод
Водные потоки производят огромную геологическую работу на поверхности суши. Реки, ручьи, ручейки переносят основную массу продуктов выветривания, вынося их в озера, моря и океаны. Ежегодный твердый сток (вынос) всех рек в мире оценивается цифрой около 17 млрд. т, что намного больше, чем переносится всеми другими геологическими агентами, например, ветром и ледниками. Реки, как известно, бывают крупными - Волга, Днепр, Лена, Обь, Енисей, Миссисипи, Нил, Хуанхэ, Ганг и другие с мощным постоянным водотоком, а бывают и мелкими, небольшой длины. Иногда водотоки носят временный, но бурный характер, особенно в горных районах после ливней или во время таяния снегов. Вода, выпадая в виде атмосферных осадков, просачивается в верхние слои земной коры, образуя грунтовые воды, которые и дают начало рекам.
Затем из них, озер и морей вода испаряется, снова выпадая на поверхность суши. Так осуществляется круговорот воды.
В цифрах круговорот воды в гидрологическом цикле выглядит следующим
образом. С поверхности океана ежегодно испаряется 455 км3 воды, с поверхности суши – 62 км3. На поверхность океана выпадает 409 км3 осадков, суши – 108 км3. Река и выносится в моря и океаны 46 км3. Воды океанов составляют 97,5% всего объема на поверхности Земли, ледники – 1,8%, подземные воды – 0,63%, а реки и озера – 0,02% (рис.6.1.1).
Дождевая эрозия. Любой дождь производит большую работу. Так, средний по мощности ливень с диаметром капли в 0,27 см и конечной скоростью капли при падении на землю в 7 м/с, способен произвести работу, эквивалентную подъему слоя почвы в 10 см на высоту в 2 м. Падающие капли, выбивая тонкий пылеватый материал, оставляют на поверхности маленькие столбики почвы, прикрытые сверху более крупными камушками или частицами почвы, а вода стекает по уклону безрусловыми тонкими струйками, которые несут с собой мелкий обломочный материал и образуют делли – плоскодонные
неглубокие ложбины. Более глубокие промоины – борозды и рытвины,дают начало овражнойсети. Если склон покрыт густой растительностью, то вода, стекая
Рис. 6.1.1. Схема гидрологического цикла
по нему, не вымывает почву, т.к. травяной покров этому препятствует. Но в степных районах ручейки на склонах осуществляют уже большую работу, смывая много почвенного материала. Происходит, как говорят, плоскостной смыв, продукты которого, накапливаясь на вогнутых частях склонов или у их подножья, называются делювием ( лат. Deluo – смываю) (рис. 6.1.2).
Рис. 6.1.2. Накопление делювиальных отложений у подножия склона. Точки – делювий: 1, 2 -стадии смыва материала со склона, 3 –коренные породы
Делювиальные шлейфы суглинков и супесей обычно широко развиты в равнинных, слабохолмистых областях, а также в горных районах. Т.к., делювиальные отложения формируются плоскостным смывом, в их структуре наблюдаются следы водной сортировки, обогащение отдельных слоев мелкими обломками, дресвой, причем вниз по склону размер обломков уменьшается. Слоистость в делювиальных отложениях всегда параллельна коренному склону и в разрезах делювия нередко наблюдаются горизонты погребенных почв, свидетельствующих о периодах более влажного климата, когда делювиальные шлейфы покрывались растительностью. Мощность делювиальных отложений обычно составляет первые метры, но порой достигает и 15-20 м.
6.1. Временные водные потоки.
Временные водные потоки возникают при выпадении атмосферных осадков или при таянии снегов. В остальное время сток в равнинных условиях приводит к формированию оврагов, т.к. отдельные безрусловые потоки сливаясь в более крупный ручей, способны размывать склоны, эродировать их (лат. «эродо» – размываю), образуя уже более глубокие борозды – зарождающиеся овраги. Учение о формировании и развитии оврагов хорошо разработано русскими учеными А.П.Павловым и В.В.Докучаевым.
Образование оврага начинается с неглубокой борозды или рытвины на склоне. В дальнейшем борозда наряду с углублением, наращивает свою долину как вверх, так и вниз
по склону. Продольный профиль зарождающегося оврага в это время неровный, а его устье еще не достигает подножья склона – базиса эрозии и, как бы «висит» на склоне, поэтому и называется висячим. Вершина оврага в это же время продвигается вверх по склону, овраг как бы «пятится». Такой вид эрозии носит название «регрессивной» или «пятящейся» эрозии (рис. 6.1.3). Постепенно овраг своим истоком приближается к
Рис. 6.1.3. Пятящаяся эрозия оврага. Рост оврага происходит в направлении стрелки. 1-4 - стадии роста; 5 – базис эрозии оврага
водоразделу, а устьем – к базису эрозии. Интенсивная эрозия углубляет дно или тальвег оврага, по которому переносится мелкоземистый материал. Достигнув, наконец, своего базиса эрозии, овраг вступает в зрелую стадию своего развития, его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный – V – образную, с крутыми осыпающимися склонами, которые стремятся достигнуть угла естественного устойчивого откоса. Постепенно профиль оврага становится очень пологим в своей нижней части и крутым в верхней. Вода, периодически текущая по дну оврага, переносит мелкий, плохо окатанный
и сортированный материал, формируя его скопления около устья, т.н. конус овражного выноса. В южных регионах России и Украины развивается обширная сеть оврагов срасширенным, плоским дном и пологими склонами. Такие овраги называются балками.
Овраги, если с ними не бороться, растут быстро – от 1-1,5 м/год, например, в районе Нижнего Дона, до 3-5 м/год – в Северном Предкавказье. Особенно их рост ускоряется там, где на поверхности залегают рыхлые породы, которые быстро размываются. Регрессивная эрозия может за считанные годы вывести из сельскохозяйственного оборота большие площади пахотных земель, т.к. от главного ствола оврага начинают отходить более мелкие ответвления, а от них – еще более мелкие
и скоро все пространство покрывается дренажной сетью промоин, рытвин, отвержков (ответвлений) и оврагов.
Чтобы замедлить или прекратить рост оврагов, следует перегораживать их долины, начиная от верховий, поперечными препятствиями, которые замедляли бы сток воды. Еще лучше ликвидировать в зародыше рытвины и промоины. Многие районы Мира с легко размываемыми породами, например, лёссами и лёссовидными суглинками, покрыты
сплошной сетью оврагов. Такие участки называются бедленды (англ. Бэд – плохой, лэнд – земля, поверхность) (рис. 6.1.4).
Рис. 6.1.4. Бэдленд. Китай
Временные горные потоки. Во многих горных районах под влиянием бурного, летнего таяния снегов и ледников, а также в результате кратких, но сильных грозовых ливней, возникают мощные временные водотоки, нередко содержащие в себе очень много обломочного материала ( до 100-150 кг/м3) и обладающие поэтому большой плотностью, оказывающие разрушительное воздействие на любые препятствия, склоны и русла долин временного стока. Такие высокоплотностные потоки называются селями (арабск. сайль – бурный поток). Когда количество обломочного материала достигает в потоке 80%, это уже не водный, а грязекаменный поток. В таком потоке плывут и не тонут каменные глыбы диаметром до 2-х и более метров (рис.6.1.5).
Сели возникают внезапно и производят большие разрушения на своем пути. Особенно часто их образование связано с прорывом высокогорных озер, расположенных в конечных моренах высокогорных ледников (рис.6.1.6). Летом 2000 г. катастрофические сели прошли на Северном Кавказе, в долине р. Баксан, где были разрушены многоэтажные здания в г. Тырныауз, снесены мосты, размыто сотни метров шоссе. Город Алма-Ата в Казахстане всегда был подвержен сильным селям, спускавшимся по р. Алмаатинка. 8 июня 1921 г. колоссальный сель снес в городе много домов, завалил улицы глыбами камней и оставил много глины и песка на улицах. Были и человеческие жертвы. Каждый год сели приводят к разрушениям и человеческим жертвам в горных районах Таджикистана. Сели – это стихийное бедствие, которое можно предсказать, если создать специальную службу, следящую за опасными местами возникновения селей. Другой способ – это воздвигнуть поперек селеопасной долины высокую дамбу, служащую уловителем селя (рис. 6.1.7). Так поступили в Алма-Ате, с помощью направленного взрыва воздав плотину высотой в 300 м поперек речки Алмаатинки в урочище Медео
выше города. Она выдержала удары многих селей, в том числе гигантского селя летом 1973 г., но потом ее пришлось еще наращивать, т.к. предплотинное пространство
оказалось затопленной селевыми отложениями.
Рис. 6.1.5. А. Грязекаменный поток. «Голова». Чемолган; Б.
Вход первой волны грязекаменного потока 15 июля 1973 г. в селехранилище в урочище Медео
Кроме селевых, бурных водных и грязекаменных потоков, в горных областях развиваются также временные водотоки, возникающие во время дождей. Такие водотоки обычно подразделяются на 3 части: 1) верхнюю – водосборный бассейн; 20 среднюю – канал стока; 3) нижнюю – бассейн разгрузки или конус выноса. В плане такой водоток похож на дерево, у которого канал стока – ствол, а верхняя и нижняя часть, крона и корни, соответственно (рис.6.1.8). При выходе на равнину такие временные водные потоки откладывают материал, который они несли, в виде веерообразного в плане устьевого
конуса выноса или фена,или сухой дельты.Подобный материал,еще в1903г.геологА.П.Павлов выделил в особый генетический тип – пролювий (лат. пролюо – промываю). Конус выноса образуется потому, что водный поток при выходе на равнину теряет свою живую силу и взвешенный в нем материал, осаждается. Происходит это в условиях гидродинамической обстановки свободного растекания водного потока. Т.к. скорость течения потока резко падает, то сначала выпадают в осадок наиболее крупные обломки, затем мелкие и дальше всех наиболее тонкие частицы. Поэтому конуса выноса или сухие дельты обладают четкой фациальной зональностью: сначала формируется потоковая, самая грубая фация, потом веерная и дальше всех – застойно-водная, сложенная наиболее тонким материалом (рис. 6.1.9).
Рис. 6.1.6. Селевые выносы в бассейне р. Пестрая. Бассейн р. Иня, южные отроги гор Сунтар-Хаята, Дальний Восток
Рис. 6.1.7. Противоселевые барражи. Бреттервандбах близ Матрия, Восточный Тироль, Австрия
Рис. 6.1.8. Селевой очаг в бассейне р. Кухтуй. Южные отроги гор Сунтар-Хаята, Дальний Восток
Пролювий наиболее характерен для семиаридных и аридных областей, но встречается и в более влажных климатических областях в горных районах, а также и в равнинных, где слагает конусы выноса крупных оврагов.
Рис. 6.1.9. Пролювиальный конус выноса. А – продольный профиль: 1 – наиболее грубые отложения – валунные, 2 – песчанистый материал, 3 – глинисто-песчаный; Б – план. Стрелки – направления движения масс