А, Б, В, Г, Д, Е, Ж — стадии развития речной долины
пород или высота берега становится большой, то движение этого колена замедляется. Верхнее колено, находясь в рыхлых отложениях поймы, продолжает смещаться с прежней скоростью.
Излучина из сегментной превращается в синусоидальную, близкую к треугольной. Последняя с течением времени отмирает в результате стачивания шпоры и сближения крыльев (рис. 80, А). Если преобладает процесс бокового перемещения, сегментная излучина вследствие размыва вогнутых берегов превращается в омеговидную (рис. 80, Б). Шейки крутых излучин могут размываться с обеих сторон. В итоге шейка становится настолько узкой, что в половодье может быть прорвана. Вследствие резкого увеличения уклона в образовавшемся прорыве происходит быстрое углубление русла, и сюда переходит основное течение реки. Верхняя часть петли прорванной излучины быстро мелеет в результате аккумуляции наносов, остальная сохраняется ряд лет сначала в виде затона (изолированного от меженного течения только в верхней части), а затем в виде старицы — пойменного озера. В старицах формируется особый тип аллювиальных
Рис. 80. Переформирование излучин: А — сжатие и "стачивание" колена меандра; Б — образование омеговидных меандров и "пережимы" их шеек вследствие размыва вогнутых берегов; 1, 2, 3 — последовательные положения русла
отложений — старинный аллювий. Так как осаждение материала в озерах-старицах в течение большей части года происходит в спокойной среде, старичный аллювий слагается преимущественно илами и глинами и характеризуется тонкой горизонтальной слоистостью. Среди глин и илов встречаются песчаные линзы, образующиеся в период прохождения через старицу полых вод. В верхней части старичных отложений часто залегает торф, свидетельствующий о болотной стадии развития озера-старицы.
Из изложенного видно, что образование поймы и слагающих ее различных фаций аллювия у меандрирующих рек есть результат смещения излучин. Зачаточной поймой у таких рек является прирусловая отмель, образующаяся у выпуклого намываемого берега. Сходный процесс формирования поймы и аллювиальных отложений наблюдается и у фуркирующих (дробящихся на рукава) рек. Зачаточной поймой у таких рек является осередок, который, постепенно разрастаясь и превращаясь в пойменный остров, способствует размыву и отступанию обоих берегов одновременно. При отмирании рукавов пойменные острова причленяются к берегу, наращивая береговую пойму.
Описанный процесс образования и соотношения различных типов аллювиальных отложений характерны для равнинных рек. Поймы горных рек еще плохо изучены. Обычно они уже, чем в долинах равнинных рек. Старичный аллювий в них практически отсутствует, а пойменный имеет малую мощность и ограниченное распространение. Русловой аллювий часто представлен маломощной толщей крупногалечниковых наносов и валунами, залегающими на цоколе из коренных пород или на крупных глыбах, скатившихся с горных склонов.
Мощность аллювиальных отложений пойм разных рек различна, но она не может превышать разницу высот между положением коренного ложа в самом глубоком месте данной реки и максимальным уровнем половодья, если в работу реки не вмешиваются посторонние процессы. Такую мощность аллювия называют нормальной.
Итак, в строении пойм равнинных рек выделяются три типа аллювиальных фаций: русловая, слагающая нижнюю часть поймы, пойменная, покрывающая русловую фацию, и старинная. В основании руслового аллювия иногда наблюдается грубообломонная фация перлювия.
По динамическим условиям образования В.В. Ламакин выделяет аллювий инстративный, перстративный и констративный.
Инстративный (выстилаемый) аллювий образуется в условиях не- выработанного продольного профиля реки, когда боковая эрозия сопровождается глубинной, о чем свидетельствует наклоненное коренное ложе долины, сопровождающееся иногда небольшими уступами. В этой фазе развития долины наблюдается отрицательный баланс рыхлого материала — в реку наносов поступает меньше того количества, которое она может перенести. Инстративный аллювий представлен преимущественно русловой фацией и слагает эрозионные террасы.
Перстративный (перестилаемый) аллювий образуется в условиях выработанного или почти выработанного продольного профиля, т.е. в состоянии динамического равновесия между количеством поступающего в реку и выносимого ею рыхлого материала. В процессе смещения свободных меандров река перемывает, сортирует и переотлагает наносы. Основание перстративного аллювия в поперечном профиле долины характеризуется ровной, почти горизонтальной поверхностью. Перстративный аллювий имеет нормальную мощность и представлен всеми описанными выше фациями (рис. 81), слагает эрозионно-аккумулятивные террасы.
Констративный (настилаемый) аллювий характеризуется повышенной мощностью, многократным чередованием в разрезе русловых, пойменных и старичных фаций аллювия, наложением друг на друга аллювиальных пачек, из которых каждая построена по типу перстративного аллювия. Он слагает аккумулятивные террасы. Образуется в связи с прогибанием земной коры или перегрузкой реки наносами, обусловленной особенностями физико-географических условий (рис. 82).
Рис. 81. Схема разреза аллювия равнинной реки в перстративную фазу аккумуляции (по Е.В. Шанцеру): А — русло и прирусловая отмель; В — пойма; Bj—В3 — разновозрастные участки поймы, образовавшиеся за три последовательные стадии развития меандров (стрелки под рисунком — соответствующие этим стадиям направления смещения русла); bj— b3 — стадии накопления пойменного аллювия; H — горизонт полых вод; h — горизонт межени; М — нормальная мощность аллювия; I, II, III — русловой аллювий: 1 — гравий и галька, 2 — пески, 3 — прослои заиления; 4 — старичный аллювий; 5, 6, 7 — пойменный аллювий (последовательные стадии накопления) |
Рис. 82. Схема констративной фазы аллювиальной аккумуляции (по Е В. Шанцеру): 1 — русловой аллювий; 2 — старинный аллювий; 3 — пойменный аллювий; 4 — отложения вторичных водоемов поймы; 5 — общее направление миграции русла; Н — горизонт полых вод; h — горизонт межени в русле; hp h2 — горизонт межени в старицах; М — нормальная мощность аллювия; Ms — общая мощность аллювия |
По набору и распространению различных фаций аллювия, их составу, строению и мощности судят о динамической фазе развития поймы — инстративной, перстративной или констративной — и соответственно об эрозионном, эрозионно-аккумулятивном или аккумулятивном ее генезисе.
01 И 2 ИЗ 1ZH4 17 [^8 |
ч II 5 |
Рис. 83. Схема массива поймы (по Н.И. Маккавееву): 1 — высокие незатопляемые берега; 2 — подмываемый берег поймы; 3 — аккумулятивный берег; 4 — границы фаций аллювия; 5 — центральная пойма; 6 — "притеррасная" пойма; 7 — прирусловая пойма; 8 — течение в основном русле; 9 — течение на пойме при высоких уровнях половодья |
Сформировавшиеся поймы не являются омертвевшими формами рельефа. Изменение поймы и ее рельефа протекает особенно интенсивно во время высоких половодий (на пойме и в русле устанавливается единое течение). Представим себе массив поймы, огибаемой пологой дугой русла реки (рис. 83). Пересекая затопленный массив поймы, поток размывает уступ в верхней его части.
Часть материала, образуемого при размыве уступа, выносится на поверхность поймы, другая его часть остается в русле, переносится вдоль края пойменного массива. На контакте между течением, сходящим с поймы, и течением, идущим по основному руслу, образуется аккумулятивная форма — коса, которая отделяет от русла заводь, часто наблюдаемую в низовьях пойменных массивов.
Наносы, принесенные потоком на пойму, аккумулируются на ее поверхности. Наиболее интенсивная аккумуляция происходит на участке, прилегающем к руслу реки, так как скорость переходящих из русла в пойму струй потока здесь резко уменьшается из-за уменьшения глубины и увеличения шероховатости дна. В дальнейшем скорости потока становятся почти постоянными, интенсивность аккумуляции в центральной части пойменного массива убывает и крупность осевших наносов уменьшается. К тыловой части поймы поток доносит лишь мелкие (илистые и глинистые) частицы. Различие в интенсивности аккумуляции и размерах оседающих частиц приводит к тому, что наиболее повышенной оказывается та часть поймы, которая примыкает к руслу. После спада половодья здесь нередко можно встретить скопление свежеотложенных крупных наносов мощностью от нескольких сантиметров до нескольких дециметров. Повторение процесса приводит к образованию в этой части поймы прируслового вала, в ряде случаев довольно четко выраженного в рельефе.
От прируслового вала поверхность поймы слегка понижается к центру пойменного массива, характеризующегося сглаженным рельефом. Наиболее пониженным оказывается участок поймы, примыкающий к коренному берегу реки или к уступу надпойменной террасы. Низкое положение в рельефе и тяжелый механический состав отложений этой части поймы способствуют заболачиванию. В соответствии с часто наблюдаемыми различиями высот отдельных участков поймы и характером слагающих их осадков пойму принято разделять на три части: прирусловую, центральную и притеррасную (см. рис. 83).
Кроме описанных форм рельефа, возникающих в процессе формирования поймы (прирусловые валы, старицы, гривы и др.), поверхность поймы может быть осложнена комплексом форм рельефа, связанных как с деятельностью реки, так и с деятельностью других экзогенных агентов. Например, после ледохода на реках при высоких уровнях воды поверхность поймы может оказаться прорезанной глубокими бороздами, выпаханными льдинами, а местами покрытой крупными камнями-одинцами, вытаявшими из льдин. На реках, прирусловые валы и прирусловые отмели которых сложены хорошо отсортированным песком и не закреплены растительностью, большое влияние на формирование мезорельефа поймы оказывает ветер. В период летней, а иногда и зимней межени на пойме из песчаных отложений валов и отмелей формируются дюны, высота которых может достигать нескольких метров, иногда 15—20 м. В результате перемещения дюн в глубь поймы и возникновения на месте прирусловых валов и отмелей новых дюн образуются целые системы эоловых гряд, резкость и очертания которых постепенно сглаживаются в направлении от прирусловой к центральной пойме. Наиболее высокие дюны в половодье выступают над водой в виде хаотически расположенных островов.
В тыловой части поверхность поймы может быть осложнена наложенными конусами выноса временных водотоков или руслами нижних участков небольших притоков реки, которые, достигнув поймы, уклоняются от своего первоначального направления и следуют вдоль затона или заводи. Усложнение в морфологию поймы могут вносить изолированные возвышенности, не заливаемые в половодье, образованные в результате прорыва шейки врезанных меандров и отчленения участка коренного склона долины или надпойменной террасы, бывшего частью шпоры. Такие возвышенные "острова" среди поймы называются останцами.
Не остается неизменным и гривистый рельеф поймы. В результате деятельности склоновых процессов и неравномерной аккумуляции пойменного аллювия гривистый рельеф нивелируется, и поверхность поймы с течением времени выравнивается.
Типы пойм. Различия в рельефе и строении пойм равнинных рек положены в основу их классификаций. Так, по характеру рельефа различают: сегментно-гривистые, ложбинно-островные и параллельно-гривистые.
Сегментно-гривистые поймы характерны для меандрирующих рек. Рельеф их подробно рассмотрен при описании формирования поймы как одного из основных элементов речной долины. Подчеркнем лишь, что сложный рельеф таких пойм является результатом процесса переформирования меандров и расширения долины в результате боковой эрозии (приложение 12).
Ложбинно-островные поймы характерны для рек, дробящихся на рукава.
Параллельно-гривистые поймы обычно возникают у крупных рек с широкими долинами. Они обусловлены тенденцией реки смещаться все время в сторону одного из склонов. Это может вызываться в одних случаях влиянием силы Кориолиса, в других — тектоническими движениями. Особенностью рельефа параллельно-гривис- тых пойм является наличие длинных продольных (параллельных руслу) грив и разделяющих их межгривных понижений. В межгрив- ных ложбинах иногда располагаются цепочки вытянутых вдоль долины озер. Примером параллельно-гривистой поймы может служить участок поймы Оки ниже Рязани. Ширина развитых здесь грив достигает 200 м, относительная высота — 6—8 м. Параллельно- гривистые поймы односторонние (в отличие от сегментной), т.е. развиты только у одного из берегов долины.
У рек, пересекающих предгорные наклонные равнины, возникают обвалованные поймы. Вследствие резкого падения скоростей при выходе на равнину такие реки интенсивно аккумулируют несомый ими материал. В результате русло реки оказывается приподнятым над прилегающей равниной и ограниченным прирусловыми валами (естественными дамбами) высотой до 3 м, а иногда и более. Во время высоких половодий вода прорывает валы и заливает значительные территории. Наличие дамб и приподнятость русла создают благоприятные условия для заболачивания прилегающих пространств и образования плавней (плавни в низовьях Терека и Кубани).
Своеобразный тип пойм может сформироваться при констра- тивном типе накопления аллювия. Ширина пойм в этом случае может быть обусловлена величиной заполнения наносами ранее образованного вреза и в меньшей степени связана с боковой эрозией реки (см. рис. 82, 84, 88, А). Вследствие перегрузки наносами русла рек блуждают по дну долины, дробясь на многочисленные рукава. Отличительной чертой пойм таких рек служит их вырав- ненность, отсутствие или слабое развитие гривистого рельефа, наличие множества причудливо извивающихся староречий (рис. 84).
По строению различают поймы аккумулятивные и цокольные. К аккумулятивным относятся поймы с нормальной или повышенной мощностью аллювия. Цокольными называют поймы с маломощным аллювием, залегающим на породах неаллювиального происхождения или на древнем аллювии таким образом, что меженное русло реки врезано в эти породы. Образование цокольных пойм чаще всего связано с интенсивной глубинной эрозией реки, но они могут возникать и в результате наложения пойменного аллювия (при констративном типе его накопления) на сниженные участки ранее образованных террас или коренных бортов.
Зачатком цокольной поймы может служить бечевник, образующийся в основании подмываемого высокого берега, сложенного достаточно устойчивыми к эрозии породами. Это откос крутизной от 5—10 до 30°, выработанный в породах, слагающих склон долины, и прикрытый сверху тонким чехлом обломочного материала, частично принесенного рекой с вышележащих участков реки, частично местного, делювиально-коллювиального происхождения. Вверху откоса может наблюдаться ниша, фиксирующая положение наиболее высоких уровней половодья. Нижней границей бечевника
7. Рычагов Г.И.
Рис. 84. Выровненный рельеф поймы (П) при констративном типе накопления
Аллювия
служит меженный уровень воды в реке. Ширина бечевника различна и зависит как от крутизны откоса, так и от высоты половодий.
В заключение характеристики поймы следует отметить, что в долинах рек может наблюдаться несколько пойменных уровней. Чаще развиты два: высокая (зрелая) и низкая (молодая) пойма. Высокой называют пойму, заливаемую один раз в несколько лет или в несколько десятков лет. Низкая пойма заливается в половодье ежегодно.
Речные террасы
На склонах многих речных долин выше уровня поймы можно наблюдать выровненные площадки различной ширины, отделенные друг от друга более или менее четко выраженными в рельефе уступами. Такие ступенеобразные формы рельефа, протягивающиеся
Рис. 85. А. Схема строения речных террас: I — коренные породы; 2 — аллювиальные отложения. Элементы террасы: П — площадка террасы; Б — бровка; У — уступ; ВК — внутренний край (тыловой шов); ПУ — подножие уступа. I — пойма (аккумулятивная); II — первая надпойменная терраса (цокольная); III — вторая надпойменная терраса (эрозионная). Б. Долина реки с поймой (П) и I надпойменной террасой (Т). КБ — коренной берег (Фото Г.И. Рычагова) |
вдоль одного или обоих склонов долины на десятки и сотни километров, в строении которых принимают участие аллювиальные отложения, называют речными террасами (рис. 85). Террасы свидетельствуют о том, что когда-то река текла на более высоком гипсометрическом уровне и что они являются ничем иным, как древними поймами, вышедшими из-под влияния реки в результате глубинной эрозии. Причин, ведущих к образованию террас, много, главные из которых рассмотрим ниже.
Б |
1. Как известно, живая сила потока зависит (при прочих равных условиях) от массы воды. Если в бассейне реки климат изменяется в сторону увлажнения и река становится более полноводной, возрастает ее эрозионная способность. Происходит нарушение установившегося ранее равновесия между размывающей способностью реки и сопротивлением пород размыву. Река начинает углублять свою долину, вырабатывать новый профиль равновесия, соответ
ствующий новому режиму. Прежняя пойма выходит из-под влияния реки и превращается в надпойменную террасу. Так как транспортирующая и эрозионная способности потока растут в большей степени, чем расход воды, интенсивность глубинной эрозии увеличивается вниз по течению. В низовьях реки глубинная эрозия ограничивается положением базиса эрозии, поэтому максимум ее наблюдается в среднем течении реки. В результате образуется терраса хордового типа (рис. 86, А).
2. Другой причиной образования террас является изменение положения базиса эрозии. Представим себе, что уровень бассейна, в который впадает река, понизился. В результате река, которая в низовьях отлагала материал, начнет врезаться в собственные отложения и вырабатывать новый профиль равновесия, соответствующий новому положению базиса эрозии. Врез от устья будет распространяться вверх по течению реки до того места, где прежний уклон продольного профиля настолько значителен, что его увеличение, вызванное регрессивной эрозией, практически не будет сказываться на эрозионной способности реки. В конечном счете на месте прежней поймы образуется терраса, относительная высота которой вверх по реке убывает (рис. 86, В). Водопады и пороги в долине реки могут приостановить продвижение регрессивной эрозии и ограничить протяженность террасы.
Следует подчеркнуть, что река при понижении базиса эрозии будет врезаться лишь в том случае, если ее уклон в нижнем течении меньше уклона освобождающегося из-под воды дна приемного бассейна. В противном случае понижение базиса эрозии
Рис. 86. Врезание реки и образование хордовой террасы вследствие увеличения расхода воды (А); образование хордовых террас в результате преимущественного поднятия верховьев речного бассейна (Б) (длина направленных вверх стрелок означает различие скоростей поднятия); образование террас при понижении базиса эрозии (В) (стрелка показывает направление изменения уровня моря); 1, 2, 3, 4 — последовательные положения продольного профиля. Сплошная жирная линия — профиль поймы реки, пунктирные линии — профили террас
приведет к интенсивной аккумуляции несомого рекой материала вследствие удлинения русла и уменьшения уклона продольного профиля.
3. Образование террас может быть связано с эпейрогеническими движениями. Эпейрогеническое поднятие территории, по которой протекает река, приводит к увеличению уклонов, а следовательно, и усилению эрозионной способности реки. Река начинает углублять свою долину, ее прежняя пойма постепенно превращается в надпойменную террасу, которая по своему типу также является хордовой; относительная высота ее имеет максимум в среднем течении реки (рис. 86, Б). Если низовье реки остается стабильным или опускается, а на остальной части бассейна, испытывающей поднятие, река врезается, то образуются ножницы террас. на погружающейся территории ранее образованные террасы оказываются погребенными под более молодыми аккумулятивными толщами (рис. 87).
Рис. 87. "Ножницы" террас: 1, 2, 3 — соответствующие уровни "дневных" (наблюдаемых в рельефе) и погребенных террас. Стрелками показано направление тектонических движений |
Описанные процессы могут повторяться или накладываться друг на друга, поэтому количество террас в долинах разных рек и в разных частях долины одной и той же реки может быть различным. Изучение строения террас, их количества, изменения высоты одной и той же террасы вдоль долины реки позволяет выяснить причины их возникновения, а следовательно, восстановить историю развития территории, по которой протекает река.
Относительный возраст морфологически выраженных террас определяется их положением по отношению к меженному уровню воды в реке: чем выше терраса, тем она древнее. Счет террас ведется снизу — от молодых к более древним. Самую низкую террасу, возвышающуюся над поймой, называют первой надпойменной террасой. Выше располагается вторая надпойменная терраса и т.д. У каждой террасы различают площадку, уступ, бровку и тыловой шов (см. рис. 85).
Террасы могут быть эрозионными, эрозионно-аккумулятивными (цокольными) и аккумулятивными. Более или менее просто определяются аккумулятивные террасы по очень большой мощности аллювия, достигающей нескольких десятков и даже сотен метров. Это намного больше нормальной мощности аллювия, которая даже у крупных современных рек редко превышает 20—30 м. Определение генетической категории террас (эрозионные, эрозионно- аккумулятивные) осложняется тем, что в отличие от современной нормальную мощность древнего аллювия непосредственно определить нельзя. Только ряд косвенных признаков (соотношение фаций древнего аллювия, его состав, рельеф коренного ложа и др.) позволяет судить об эрозионном или эрозионно-аккумулятивном генезисе изучаемых террас. У эрозионных террас аллювий имеет незначительную мощность, представлен преимущественно русловой фацией, ложе аллювия (поверхность цоколя) наклонено в сторону бровки террасы. У эрозионно-аккумулятивных террас хорошо развиты все фации аллювия, поверхность цоколя горизонтальная. Цоколь террас может быть скрытым, когда она находится ниже меженного уровня, и открытым, когда лежит выше межени и в подмываемых берегах выходит на дневную поверхность (см. рис. 85). Он может быть сложен дочетвертичными породами (часто их называют коренными), различными (не аллювиальными) генетическими типами четвертичных отложений и, наконец, аллювием более древних террас.
При наличии нескольких террас соотношение их между собой в поперечном профиле долины может быть разным. Различают террасы наложенные, вложенные и врезанные. Различие в соотношении террас вместе с динамическими типами аллювия характеризуют развитие эрозионно-аккумулятивной деятельности рек при формировании долин.
Наложенные террасы состоят из налегающих друг на друга разновозрастных аллювиальных толщ (рис. 88, а), так что верхняя молодая терраса — "дневная", а более низкие (и более древние) — погребенные. Такие террасы образуются в результате преобладания аккумулятивной деятельности реки.
Вложенные террасы — все "дневные". Образуются в результате чередования эрозионной и аккумулятивной деятельности рек или сокращения нормальной мощности аллювия. Основания аллювиальных толщ вложенных террас могут располагаться на разной высоте или на одном уровне (рис. 88, в).
Врезанные террасы — дневные, их аллювий полностью или частично прислонен к породам цоколя более высоких террас (рис. 88, г). Образуются в результате преобладания глубинной эрозии рек.
Рис. 88. Типы соотношения речных террас и отвечающие им фазы развития долины. М — нормальная мощность аллювия (по А.И. Спиридонову)
Различают также террасы цикловые, образующиеся в результате перестройки выработанного или относительно выработанного продольного профиля реки. Их обособление происходит в связи с изменением общих, чаще всего тектонических или климатических, условий на большой территории, т.е. цикловые террасы характеризуют крупные этапы, или циклы, в развитии долины. Вместе с ними в долинах встречаются и так называемые локальные террасы, которые возникают в результате локальных изменении продольного профиля эндогенными или экзогенными процессами: образования складки или разрывного нарушения на каком-то участке реки, подпруживания реки лавовым потоком, обвалом или конусом выноса бокового притока и др. Цикловые террасы прослеживаются по всей долине или на большей ее части, локальные террасы характеризуются небольшой протяженностью, изменчивостью строения и морфометрических показателей.
Чтобы определить возраст террасы, необходимо тем или иным способом определить возраст (абсолютный или относительный) слагающего ее аллювия.
Каждая терраса раньше была поймой, поэтому на ней встречаются те же формы рельефа, что и на пойме. Однако они выражены обычно менее четко в связи с воздействием последующих экзогенных агентов. Поверхность террас часто наклонена в сторону реки за счет снижения (размыва) прибровочной части и повышения внутреннего края в результате накопления материала, сносимого со склонов, к которым примыкает терраса. Поэтому при определении относительной высоты террас следует ориентироваться на те участки ее поверхности, которые менее всего были затронуты последующими процессами.
В долинах рек наблюдаются и псевдотеррасы, имеющие лишь внешнее сходство с "истинными" речными террасами. К их числу относятся упоминавшиеся выше структурные террасы, крупные блоки оползней, подмытые конусы выноса временных водотоков, а также боковые морены отступивших горных ледников и плечи троговых долин (см. гл. 16).
Изучение морфологии и строения речных террас имеет не только научный интерес, о чем говорилось выше, но и большое практическое значение. Реки, размывая горные породы, одновременно размывают и рудные образования, заключенные в этих породах. Большая часть ценных компонентов исчезает в процессе транспортировки рекой (истирается, растворяется, рассеивается, выносится в акватории приемных бассейнов). Меньшая часть их задерживается в долине в аллювиальных отложениях. При благоприятных условиях может возникать скопление тех или иных минералов — аллювиальных россыпей. К числу характерных минералов аллювиальных россыпей относятся главным образом тяжелые и устойчивые, такие, как алмаз, золото, платина, касситерит, минералы, содержащие вольфрам, и некоторые другие.