Строение земной поверхности глава 1 Общие понятия о рельефе, об основных структурах земной коры и о главных этапах их развития

Рис. 14. План типичного перекатного участка в речном русле

На перекатах скорость течения больше, чем на плесах, поэтому они сложены более крупным аллювием. Перекаты на крупных и средних реках смещаются вниз по течению со скоростями от 10 до 100 м/год. На малых реках гряды перекатов, в том числе и их побочни, являются малоподвижными, а донные наносы проходят через них транзитом, сохраняя их форму. Гряды перекатов лежат в основе формирования поймы и ее рельефа.

Речные русла по своей конфигурации бывают извилистыми, разветвленными и относительно прямолинейными, а также промежуточными, с элементами разных типов. Форма русел определяется характером русловых деформаций и сама задает их (рис. 15). На равнинах в условиях свободного развития русловых деформаций наиболее распространены извилистые, или меандрирующие, реки (рис. 15, а). Они представлены следующими друг за другом излучинами. Излучины бывают разной формы и характеризуются радиусом кривизны и коэффициентом извилистости. Участок суши, оконтуренный излучиной и находящийся внутри ее, называется шпорой излучины, а самое узкое место шпоры – шейкой излучины.

Рис. 15. Морфодинамические типы русел и пойм на широкопойменных реках: А – извилистое русло с формирующейся старицей и сегментно-гривистая пойма; Б – разветвленное русло и ложбинно-островная пойма; В – разветвлено-извилистое русло и сегментно-островная пойма; Г – относительно прямолинейное русло и параллельно-гривистая пойма

Речные излучины формируются в результате работы самой реки. Излучины в рыхлых, легкоразмываемых породах называются свободными. Их форма, размеры и динамика определяются водоносностью и режимом реки. Существует несколько точек зрения о причинах меандрирования рек: это и отклонение потока от прямой линии посторонними факторами, и выравнивание продольного профиля за счет снижения уклонов потоков. Согласно Н. И. Маккавееву, причины меандрирования кроются в гидравлических особенностях движения водного потока: средняя скорость его на изгибе русла значительно больше, чем на прямом участке, и соответственно выше его транспортирующая способность. Чтобы легче справиться с переносимым материалом, река начинает искривляться и приобретает извилистую форму.

Искривление излучин начинается еще на стадии развития побочней в прямолинейном русле и осуществляется за счет размыва их вогнутых берегов, скорость которого на средних и крупных реках может достигать 10 м/год и более. Причем на ранних стадиях искривления излучины смещаются преимущественно вниз по течению, но затем начинает преобладать их поперечное перемещение, т. е. искривление.

Одновременно с искривлением русла уменьшаются его уклоны, растут потери энергии потока по длине. На определенной стадии излучина достигает критической кривизны, после чего может спрямиться путем прорыва потока через шейку излучины. Старое русло отделяется косами от действующего и постепенно превращается в старичное озеро, или в старицу. Новое русло сначала имеет относительно прямую форму, но потом вновь начинает искривляться. За время жизни реки процессы искривления и спрямления излучин происходят сотни раз, поэтому наличие стариц в долине – явление типичное.

От собственно речных излучин необходимо отличать изгибы речных долин, возникшие при огибании реками воздымающихся тектонических структур (например, Самарская Лука на Волге в районе Жигулевских гор), предопределенные зонами разломов земной коры и другими внешними причинами.

Реки с очень большим стоком влекомых наносов не образуют излучин, а разветвляются на рукава (рис. 119, б). К ним относятся в первую очередь крупнейшие реки, образующие из-за своей огромной водоносности несколько динамических осей потока, а также реки, аккумулирующие влекомые наносы из-за резкого снижения скорости и транспортирующей способности, например при выходе с гор на равнины. На грядах перекатов таких рек возвышенные участки возникают не только у берегов, но и в центральных частях русла, называющиеся осередками (см. рис. 14). В маловодные годы они зарастают и превращаются в элементарные пойменные острова. Извилистые реки с островами-осередками у выпуклых берегов называются разветвленно-извилистыми (см. рис. 15, в).

Некоторые реки протекают в относительно прямолинейном русле (см. рис. 15, г). Их форма обусловлена либо малым количеством влекомых наносов (из-за чего излучины не образуются), либо предопределена тектоническими разломами. Горизонтальные деформации таких рек минимальны.

Блуждание русла по дну речной долины приводит к формированию на ее днище поймы (рис. 16). Пойма – приподнятое над меженным уровнем и покрытое растительностью дно речной долины, созданное в процессе блуждания реки по дну долины и затопляемое во время половодья.

В общих чертах можно сказать, что пойма формируется при зарастании в маловодные годы самых высоких участков их побочней или осередков. В умеренных широтах пионерным растением, растущим прямо на песке, является ива. В других широтах эту функцию выполняют иные растения. Как только ива укоренится на побочнях, они начинают превращаться в пойму. Незаросшие участки побочней вместе с подводной частью гряды продолжают смещаться вниз по течению, а заросшие остаются у берегов. Во время их затопления растения замедляют скорость течения потока и из воды начинают осаждаться мелкие взвешенные частицы, которые плащеобразно перекрывают песчаную или галечную поверхность бывших побочней или осередков и образуют слой пойменного наилка. На нем поселяются травянистые растения и начинают развиваться пойменные почвы.

Рис. 16. Схема формирования поймы и пояса меандрирования (по О.К. Леонтьеву и Г.И. Рычагову) А, Б, В, Г, Д, Е, Ж – стадии развития речной долины

Дальнейшее формирование пойменной поверхности имеет свою специфику на извилистых, разветвленных и прямолинейных реках, благодаря чему образуются различные типы пойм. На крупных извилистых реках оно связано с периодическим смещением по реке и причленением к ранее сформированным участкам поймы новых гряд перекатов, остановкой их побочней и последующим превращением их в гривы у выпуклых берегов излучин. Затонины, вначале покрытые водой, со временем заполняются наносами, зарастают влаголюбивой растительностью и превращаются в межгривные понижения. Таким образом, в первичном рельефе новообразованного участка поймы четко выделяются грива и межгривное понижение между ней и ранее сформировавшимся берегом. Несколько пойменных грив с понижениями между ними образуют сегмент с гофрированной поверхностью (рис. 17).

Образование одной пойменной гривы занимает десятки лет, а весь цикл развития излучины от начала ее искривления до спрямления – сотни или первую тысячу лет. За весь период существования поймы меандрирующей реки (в среднем он равен десяти тысячам лет) процессы возникновения, развития и блуждания излучин по дну долины протекали многократно, поэтому рельеф современной поймы представлен мозаикой из значительного количества возникших в разное время гривистых пойменных сегментов и озер-стариц по их краям. Такая пойма называется сегментно-гривистой, а рельеф сегментов часто называют веерами блуждания, подчеркивая их генезис (см. рис. 15, а).

На разветвленных реках пойма образуется при зарастании осередков, которые сначала превращаются в элементарные пойменные острова, затем объединяются и присоединяются к берегу. Одновременно происходит обратный процесс – размыв старых островов и пойменных берегов, разработка новых рукавов. В первичном рельефе такой поймы отчетливо видны гряды – бывшие острова и ложбины – заросшие протоки и рукава и она называется ложбинно-островной (см. рис. 15, б).

Для разветвленно-извилистого русла характерна сегментно-островная пойма, когда шпоры излучин заняты не веерами блуждания, а изогнутыми грядами – бывшими островами и ложбинами (см. рис. 15, в).

В относительно прямолинейном русле побочни тоже имеют прямую форму, при этом образуется параллельно-гривистая пойма, чаще всего односторонняя (см. рис. 15, г). По-иному происходит образование поймы на малых реках, несмотря на то что они в своем большинстве меандрируют. Побочни, расположенные у выпуклых берегов излучин, не движутся и расширяются по мере размыва противоположных вогнутых берегов, а их удаленные от реки части постепенно зарастают. Рельеф пойм малых рек ровный или волнистый.

Поймы обычно сложены на всю высоту обрыва (уступа) над рекой речным аллювием. Вертикальный разрез состоит из двух слоев: нижняя толща представлена русловым аллювием – песком или же галькой, залегающим с характерной для всех грядовых образований косой слоистостью, повторяющей рельеф гряд. Верхний слой – более тонкий, преимущественно суглинистый пойменный аллювий, отлагающийся на пойме во время половодья и отличающийся поэтому горизонтальной слоистостью (рис. 18).

При частом отложении наилка поверхность поймы растет в высоту. Но этот рост не может продолжаться бесконечно – он прекращается тогда, когда пойма достигает высоты, приблизительно равной среднемаксимальному подъему уровней воды во время половодий. В процессе накопления наилка первичный (гривистый или грядовый) пойменный рельеф не погребается окончательно, так как наилок плащеобразно облекает первичные формы рельефа.

Таким образом, в процессе образования поймы выделяется зрелая (высокая) пойма, имеющая предельную высоту, и участки, которые находятся на той или иной стадии развития, – молодая (низкая) пойма. Как правило, они резко различаются по растительности – молодые поймы покрыты ивняком, тогда как зрелые могут быть луговыми или залесенными.

На зрелых поймах по влиянию на их поверхность полых вод выделяются три основные части. Максимальное по крупности и количеству накопление наносов происходит вблизи русла, где происходит наибольший перепад скоростей воды во время половодья. Поэтому поверхность поймы там самая высокая, а непосредственно вдоль русла возникают песчаные наложенные прирусловые валы высотой до двух метров. Здесь грунтовые воды залегают относительно глубоко, длительность затопления сравнительно небольшая, произрастают мелкозлаковые луга на песчаных и супесчаных почвах. По мере удаления от русла крупность и количество наносов уменьшается, поверхность поймы ниже, длительность затопления возрастает, влияние скоростного напора ослабевает, произрастают богатые разнотравно-злаковые луга на суглинистых почвах. В тыловой части поймы, где она граничит с террасой или бортом долины, откладывается самый мелкий материал, поэтому поверхность поймы там самая низкая, подвержена наиболее длительному затоплению, заболочена. Здесь преобладают малоценные осоково-хвощево-влажнотравные луга. Таким образом, в целом поверхность поймы наклонена от реки, а в ее пределах по высоте над рекой, составу наносов и почвенно-растительному покрову выделяются три зоны – прирусловая, центральная (она самая широкая) и притеррасная.

Рис. 17. Процесс образования сегментно-гривистой поймы меандрирующей реки (по Р. С. Чалову): А – планы русла, снятые в разные годы: 1910, 1953, 1994; Б – поперечные профили через русло и формирующуюся пойму на различных этапах ее развития по линии АА'

Рис. 18. Схема строения поймы (по Е. В. Шацнеру). (Цифры в кружках – стадии развития речной долины. Стрелка снизу – направление миграции речной долины. Стрелка сверху – направление осаждения наилка)

Иногда притеррасная часть поймы бывает повышенной, если она примыкает к крутым расчлененным балками и оврагами склонам, с которых происходит интенсивный смыв материала. Тогда на пойму накладывается пролювиально-делювиальный шлейф, а в разрезе пойменные отложения перемежаются с делювиальными и пролювиальными.

Свой отпечаток на развитие поймы и ее рельефа накладывает направленность вертикальных русловых деформаций. Если река врезается, то за тысячелетнюю историю развития пойма может стать ступенчатой. При этом самые старые участки поймы могут оказаться выше предельного уровня затопления; тогда они превращаются в надпойменную террасу.

Если же река интенсивно аккумулирует наносы, то ее днище повышается. В самом крайнем случае поверхность поймы в тыловых частях оказывается ниже меженного уровня реки и отгораживается от нее очень высокими наложенными прирусловыми валами. Такие поймы называются обвалованными. Они типичны для рек, несущих наносы с гор на предгорные равнины (Амударья, Сырдарья, Хуанхэ) или текущих по погружающимся тектоническим впадинам. Ступенчатыми или обвалованными могут быть поймы с любым первичным рельефом: сегментно-гривистые, ложбинно-островные и др.

На поймах крупных рек с большими песчаными побочнями и осередками часто образуются настоящие песчаные дюны, созданные при перевеивании песчаного аллювия (например, на верхней Оби, Лене близ устья Вилюя и в других местах).

Свободное развитие русловых процессов и формирование широкопойменных долин характерно не для всех равнинных рек. Многие из них протекают среди трудноразмываемых пород, нередко в условиях интенсивной глубинной эрозии. Темпы боковой эрозии здесь ничтожны, поэтому размывы берегов происходят со скоростью в несколько сантиметров в год. Такие реки текут в условиях ограниченного развития русловых деформаций, при этом формируются врезанные долины. Вместо свободных в них образуются врезанные излучины, в каждую из которых входит выступ коренного склона долины реки или ее надпойменных террас, т. е. излучины долины повторяют излучины русла. Пойма во врезанных долинах очень узкая и фрагментарная, а иногда вообще отсутствует. Врезанные долины типичны для рек возвышенных денудационных равнин, где близко к поверхности подходят скальные породы фундамента или чехла (Карелия, Среднерусская, Приднепровская и другие возвышенности). Глубина вреза таких долин на равнинах варьирует обычно от нескольких метров до нескольких сотен метров. Промежуточными между широкопойменными и врезанными являются ящикообразные долины с относительно широким днищем, но крутыми склонами, сложенными коренными породами. В них типичны вынужденные излучины, когда река поворачивает из-за того, что упирается в коренные борта долины. Пойменные массивы располагаются здесь в шахматном порядке – то по левому, то по правому берегу.