Геологическая деятельность рек и временных водных потоков, связанные с ними отложения и формы рельефа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет имени Н.В. Ломоносова

Геологический факультет

Кафедра региональной геологии и истории земли

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему:

«Геологическая деятельность рек и временных водных потоков, связанные с ними отложения и формы рельефа»

Выполнил: студент 102 группы Степанов Илья Андреевич

Научный руководитель: магистрант

2-го года обучения Прудников Илья

Александрович

Москва

2015



Содержание

Введение

1. Геологическая деятельность временных потоков

1.1 Плоскодонный склоновый сток и связанные с ним формы рельефа

1.2 Временный русловые потоки

1.3 Временные потоки оврагов и связанные с ними формы рельефа

1.4 Временные горные потоки и связанные с ними формы рельефа

2. Геологическая деятельность рек

2.1 Факторы влияющие на речную эрозию

2.2 Речная эрозия

2.3 Перенос осадочного материала

2.4 Аккумуляция осадочного материала

2.5 Развитие речных долин и формирование речных террас

2.6 Устьевые части рек

3. Полезные ископаемые связанные с деятельностью рек

Заключение

Список литературы



Введение

Основной целью курсовой работы является расширение знаний по курсу общей геологии на тему геологическая деятельность поверхностных текучих вод, а также рассмотрение того, как именно влияют поверхностные текучие воды на лик нашей планеты, и какие основные формы рельефа образуются.

Текучих вод на поверхности Земли очень много. Достаточно взглянуть на географическую карту, чтобы увидеть, что абсолютно все континенты и острова изрезаны сетью рек, ручьев и оврагов(рис.1). Вообще под текучими водами понимают все воды поверхностного стока от мельчайших струек, возникающих из-за выпадения атмосферных осадков, до крупнейших рек. Все воды перемещаясь делают какую-либо работу, а эффект ее деятельности зависит от массы воды и скорости ее течения. Всем хорошо известно поверхностная текучая вода-один из важнейших факторов денудации суши и преобразования ландшафта нашей планеты. Благодаря этому реками в моря и океаны ежегодно выносится огромное количество наносов, которое намного большее чем например, выносимое ледниками или ветром.

Рис.1 Речная сеть волги. [9]



Стоит сказать, что существует так называемый «гидрологический цикл» и именно из-за него вода на суше до сих пор существует, а не стекла в океан. Гидрологическим циклом называется перемещение воды из океанов в атмосферу, на землю и опять в океан(рис2). Когда дождь (или снег) попадает на поверхность Земли, больше половины воды довольно быстро возвращается в атмосферу в результате испарения. Оставшаяся вода стекает по земной поверхности в виде поверхностных водотоков или просачивается в землю, превращаясь в подземные воды.

Только 15-20% осадков, как правило, оказываются в поверхностном стоке, несмотря на то, что объём поверхностного стока может варьироваться от 2% до более чем 25% при изменении климата, крутизны склонов, типов почв и пород, растительности. Затяжные дожди могут насыщать землю и атмосферу, но также могут и быть и причиной наводнений, если поверхностный сток приближается к 100% от объёма выпавших осадков.

Рис. 2. Гидрологический цикл.

Водяной пар испаряется с поверхности земли и моря, конденсируется, формируя облака, и выпадает в виде осадков (снега и дождя). Вода, попавшая на землю, потоками стекает по поверхности или просачивается в почву, превращаясь в подземные воды. Затем она снова попадает в атмосферу путём испарения или транспирации (испарение лишней воды растениями в процессе жизнедеятельности (в основном дыхании), происходящее через устьица листа, что способствует поддержанию осмоса.). [10]

Изучение этих процессов просто необходимо для понимания мира где мы живем, а так же для изучения истории развития нашей планеты и предупреждения всевозможных геологических опасностей связанных с деятельностью поверхностных вод.

речной терраса сток овраг



1. Геологическая деятельность временных потоков

Временные потоки возникаю при выпадении атмосферных осадков или таяния снегов. Двигаясь вода образует эрозионные формы рельефа связанные с разрушением и выщелачиванием пород такие как: борозды, рытвины, промоины, овраги, балки и многие другие. Среди временных потоков выделяют русловые потоки и плоскостной склоновый сток[2].

1.1 Плоскостной сток

При плоскостном стоке вода стекает в виде сплошной тонкой пелены или густой сети отдельных струек. Вода захватывает мелкий материал, слагающий склоны, перенося его вниз. У подошвы течение воды замедляется и переносимый материал откладывается как у самого подножья, так и в прилегающей части склона. Такие отложения называются делювиальными(Рис.3). Наиболее характерными формами накопления данных отложения являются шлейфы, максимальная мощность которых достигает 15-20м у подножья, но по мере продвижения вверх по склону она уменьшается. Постоянный процесс плоскостного смыва приводит к выполаживанию склона. Однако сглаживание и срезание неровностей происходят очень неравномерно. Более прочные породы, как и следует ожидать, разрушаются гораздо медленнее при этом образуются выступы на склонах, тогда как на месте легко разрушающихся пород образуются ложбины [3].



Рис.3 Плоскостной смыв и образование делювия:

1 - атмосферные осадки;

2 - плоскостной сток;

3 - покровные отложения;

4 - делювий

1.2 Временные русловые потоки

Среди временных русловых потоков выделяют временные потоки оврагов и временные горные потоки. Образование оврагов зачастую связанно с естественными или искусственными неровностями в которых при выпадении осадков происходит слияние струй воды, что приводит к размыванию пород и образованию промоин и рытвин. Так начинается на склонах процесс размыва или эрозии. Это можно назвать первой стадией развития оврага(рис.4А). В процессе размыва в таких рытвинах скапливается все большее количество воды и они начинают расти в ширину, глубину и вниз, вверх по склону. Продольный профиль зарождающегося оврага неровный, его устье еще не достигает подножья склона- базиса эрозии и как-бы висит на склоне, именно поэтому его называют висячим. Благодаря эрозии вершина оврага продвигается в вверх по склону, овраг как бы пятится. Такой вид эрозии называется пятящийся или регрессивной. По мере продвижения вершины растущего оврага в глубь водораздельного плато на его склонах образуются промоины, которые также превращаются в овраги. Такие ответвления, или отвержки, от главного оврага растут попятно, следуя по течению сливающихся струй воды, и по мере развития они также ветвятся. В результате возникает сложная ветвящаяся овражная система, расчленяющая местами не только склоны, но и обширные водораздельные пространства(рис.4Б). Интенсивная эрозия углубляет дно или тальвег оврага, по которому переносится мелкоземистый материал. Достигнув своего базиса эрозии, овраг вступает в зрелую стадию развития его продольный профиль приобретает вогнутую форму, а поперечный - V-образную с крутыми осыпающимися склонами, которые стремятся достигнуть угла естественного устойчивого откоса. Вода, периодически текущая в овраге, несет с собой множество обломочного материала, формируя его скопления около устья и образуя конус овражного выноса. Такие отложения называются овражным пролювием. Длина оврагов составляет несколько сот метров и даже километров. По мере удаления от возвышенных участков на равнинах овраги затухают, пологие склоны зарастают травой[2],[3].

Рис.4 Типы оврагов:

А -- простой молодой овраг; Б -- сложный разветвленный овраг; 1, 2-- линейная часть оврага, выработанная по направлению наибольшего уклона склона молодого (1) и древнего (2) оврагов, 3-- конус выноса молодой генерации оврага, 4-- то же, древней генерации, 5-- верховье оврага в различной степени разветвленное.

Временные горные потоки развиваются несколько отлично от оврагов. Их верховья расположены в верхней части горных склонов и представлены системой сходящихся рытвин и промоин, образующих вместе водосборный бассейн. Этот участок горного потока называется каналом стока. В периоды сильных дождей и интенсивного таяния снега временные горные потоки движутся с большой скоростью вниз со склона захватывая огромное количество элювиальных отложений, что усиливает эрозийные процессы. При выходе к предгорной равнине скорость движения уменьшается, горные потоки ветвятся на многочисленные рукава в результате большая часть обломочного материала откладывается. Именно так образуется конус выноса временного горного потока в виде полукруга, поверхность которого наклонена в сторону предгорной равнины(рис.5). В конусах выноса наблюдается дифференцирование принесенного материала и зональность его распространения. В относительно крутой вершинной части конуса остается более крупный обломочный материал, который ниже может сменяться песками, супесями, а в краевой части -- тонкими пылеватыми лёссовидными отложениями. Но такая последовательность отложений в конусах выноса часто нарушается, что связано с различными величинами периодически возникающих потоков и размерностью переносимого материала. Поэтому в вертикальном разрезе отложений конусов выноса местами имеет место переслаивание мелко- и крупнообломочного несортированного, слабо скатанного материала. Отложения конусов выноса временных горных потоков были впервые выделены А.П. Павловым в особый генетический тип континентальных отложений и названы пролювием. Конуса выносов, сливаясь друг с другом, образуют местами широкие подгорные волнистые шлейфы. В аридных областях ряд временных водных потоков, стекающих с гор, разливаются на пустынных предгорных равнинах и образуют значительные по протяженности конуса выноса -- «сухие дельты». В некоторых горных долинах периодически возникают мощные грязекаменные потоки, несущиеся с большой скоростью и обладающие огромной разрушительной силой. Они содержат до 70--80% обломочного материала от их общего объема. Грязекаменные потоки, возникающие при быстром таянии снега и льда или при сильных ливнях, называют селями в Средней Азии и на Кавказе, мурами -- в Альпах. Нередко они носят катастрофический разрушительный характер[3].

Рис.5 Конус выноса горного потока. [3]



2. Геологическая деятельность рек

Реки, протекающие на всех континентах, кроме Антарктиды, производят большую эрозионную и аккумулятивную работу. Это наиболее динамические системы, преобразующие рельеф. Любая проточная вода - это немалая сила. Камни и небольшие осколки, которые подбираются проточной водой по пути, усиливают абразивное воздействие на русло. Даже относительно мелкий материал, скажем ил или песок, также имеет абразивные свойства. Полноводность и режим рек зависят от способа их питания и от климатических условий. Каждая река переживает период высокого стояния воды -- половодье, или паводок, и низкого -- межень. Для равнинных рек половодье связано с весенним таянием снегов, как это было, например, в катастрофической форме весной 2001 г. на р. Лене, когда вода поднялась на 15 м выше нормы, или летними затяжными дождями и ливнями. Так произошло в конце июня 2001 г. в Иркутской области, где внезапно оказались затопленными десятки деревень и садовых участков. Паводок на горных реках происходит обычно летом, когда быстро тают снега и ледники. [2].

2.1 Факторы влияющие на речную эрозию

Скорость.

Расстояние, которое вода преодолевает за единицу времени, называется скоростью течения. Умеренно быстрая река течёт со скоростью около 5 километров в час. Реки текут гораздо быстрее во время половодий, иногда достигая 25 километров в час. Поперечные профили рек на (рис.6) показывают, что поток достигает своей максимальной скорости около середины русла. Около речных берегов и дна трение между водой и руслом замедляет течение. Когда река изгибается, область максимальной скорости смещается под действием центробежной силы к внешней части кривой. Скорость течения является ключевым фактором в способности реки эродировать породы, транспортировать и аккумулировать материал. Высокая скорость (что подразумевает большую энергию) в основном сказывается на эрозии и переносе вещества; низкая скорость является причиной отложения осадка. Небольшие изменения в скорости могут приводить к серьёзным изменениям в осадочном материале, переносимом рекой. Для каждой размерности зёрен эти скорости различны. Рассмотрим рисунок 7. Верхняя кривая представляет минимальную скорость реки, необходимую для разрушения частиц осадочного материала.

Рис.6 Поперечный профиль рек.

Нижняя кривая показывает скорость, при которой происходит аккумуляция. Надо отметить, что для того, чтобы эродировать обломки (заставить их двигаться), требуется скорость выше, нежели для переноса частиц, то есть сохранения их движения. Область между этими кривыми показывает скорость, при которой ранее неподвижные частицы начинают подниматься движущейся водой.

Точка А на диаграмме 7 изображает тонкозернистый песок на дне реки, который едва перемещается. Вертикальные красные стрелки олицетворяют половодье, которое значительно увеличивает скорость течения. Никакой осадок не движется до тех пор, пока скорость достаточно высока. Когда половодье идёт на убыль, скорость опускается ниже верхней кривой в область транспортировки. В этом состоянии ранее эродированный песок продолжает перемещаться, но новый не эродируется. Если же скорость падает ниже второй кривой, весь песок снова осаждается, опускаясь на дно реки.

Рис.7 Скорости при которых осадок эродируется.

Правая половина диаграммы показывает, что для эрозии и переноса более крупных частиц скорости необходимы гораздо выше, нежели мы могли ожидать (гальку перемещать труднее, чем зёрна песка). Однако кривая эрозии также поднимается вверх ближе к левой стороне диаграммы. Это показывает, что мелкозернистый ил (алеврит) и глину действительно сложнее эродировать, нежели песок. Причина этого в том, что силы межмолекулярного взаимодействия стремятся связать ил и глину в связную массу, которая противостоит эрозии. Как только ил или глина разрушаются, они, конечно же, легко переносятся. Как можно увидеть по нижней кривой, ил и глина во взвешенном состоянии не осаждаются до тех пор, пока река не остановит своё течение[2],[7].

Уклон русла.

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. [6].

Форма русла.

Рис.8 Поперечные разрезы реки показывающие различные формы русла [8].

Форма русла также влияет на скорость реки. Текучая вода с трудом движется вплотную к берегам и дну, и в результате трение замедляет воду. На рис.8 потоки А и В имеют одинаковую площадь поперечного сечения, но река В течет медленнее, чем А, потому что широкое неглубокое русло В имеет большую поверхность для встречного торможения воды. Река может изменять ширину своего русла, потому что она течет через различные типы горных пород. Твердые, устойчивые породы с трудом поддаются разрушению, поэтому река может иметь относительно узкое русло в такой породе. В результате она течет быстро (рис.9 А). Если поток течет по более мягкой породе, которая легче поддается эрозии, русло может расширяться, и река будет замедляться из-за увеличения площади задержки текущей воды трением. При уменьшении скорости может накапливаться осадок.

Ширина реки может зависеть и от внешних факторов. Оползень может приносить обломки в долину реки, частично преграждая русло (рис.9В). Сужение потока вызывает возрастание скорости, потому что он огибает препятствие, а увеличение скорости может быстро разрушить оползневые обломки, перенося их ниже по течению. Вмешательство человека также способствует эрозии и осадконакоплению. Строительство подземного канала или моста может частично преградить русло, увеличивая скорость течения (рис. 9С). Если мост был плохо спроектирован, то он может вызвать увеличение скорости реки до такой степени, когда эрозия станет причиной обрушения моста. Шероховатость (неровность) русла тоже контролирует скорость потока. Река может быстро течь по гладкому руслу, но неровности, усыпанное валунами дно русла способствуют увеличению трения и замедляют течение. Грубые частицы увеличивают неровность больше, чем мелкие частицы, и покрытый рябью или волнистый песок грубее, нежели дно с гладким песком[6],[8].

Расход воды.

Расход воды -- это количество воды, переносимое потоком через его поперечное сечение за единицу времени. Он находится умножением площади поперечного сечения реки на ёё скорость (или ширины на глубину и скорость). Расход воды зависит от климата.

Во время половодий расход воды в реке и скорость течения увеличиваются, обычно как результат сильных дождей в пределах речной системы. Расход воды в наводнение может быть в 50-100 раз выше, нежели в нормальном потоке. Русловая эрозия и транспортировка в большинстве случаев колоссально увеличиваются как результат паводковой скорости и расхода воды. Быстрые горные потоки во время половодья могут иногда переносить валуны размером с автомобиль. Затопляемые территории могут быть сильно изрезаны, с берегами и прилегающими лугами, и полями со смытой почвой. Когда наводнение идёт на убыль, и скорость, и расход уменьшаются, приводя к аккумуляции слоя осадочного материала, обычно грязевого, на затопленной территории.

В сухом климате расход реки может уменьшаться вниз по течению, потому что речная вода испаряется в атмосферу и просачивается в сухую землю (или используется для ирригации, то есть орошения). В связи с уменьшением расхода воды в реке часть осадка постепенно оседает[6],[8].

2.2 Речная эрозия

Река обычно разрушает коренные горные породы и осадочные отложения, по которым она протекает. Потоки своим воздействием формируют долины, расширяя и углубляя их. Частицы пород и отложений, поднимаемые рекой, увлекаются вперёд и осаждаются ниже по течению. Реки эродируют твёрдые горные породы и осадки тремя способами- это гидравлическое воздействие, растворение и абразия.

Гидравлическое воздействие.

Рис.10 Гидравлическое воздействие воды [7].

Оно связанно со способностью текучей воды поднимать и переносить обломки пород и осадок (рис 10). Сила движущейся воды, циркулирующей в трещинах коренных пород, может раскалывать их и вырывать обломки, уносимые течением. Интенсивное воздействие текущей воды может катить или волочить фрагменты пород по речному дну, а турбулентные завихрения могут обладать достаточной силой, чтобы поднять обломки со дна реки. Огромная сила падающей воды делает гидравлическое воздействие особенно эффективным у подножия водопада, где образуется водобойный колодец. Услышать результаты гидравлического действия можно стоя около быстрого горного потока, слушая, как валуны и галька ударяются друг о друга, так как они скатываются вниз по течению.

Растворение.

Некоторые породы могут быть растворены водой. Растворение, хоть оно, как правило, и медленное, может быть эффективным процессом выветривания и эрозии. Река, текущая по известняку, к примеру, постепенно растворяет породу, углубляя своё русло. Реки, текущие по другим осадочным породам, таким, как песчаники, может растворять карбонатный цемент, высвобождая зёрна, которые затем могут подниматься гидравлическим воздействием.

Абразия.



Рис.11 Эверзионные котлы. [9]

Эрозионный процесс, который обычно наиболее эффективен в каменистом речном русле - абразия, стачивание (шлифование) русла в результате трения и ударного воздействия твёрдого стока (осадочных обломков в толще воды). Песок и галька, перемещаясь сальтацией, сильно истирают русло. Абразия осадка в русле реки гораздо эффективней в изнашивании (шлифовании) русла, нежели одно только гидравлическое воздействие. Чем больше осадка переносит река, тем быстрее она способна истирать своё русло.

Грубый крупнозернистый осадок наиболее эффективен в речной эрозии. Песок и галька ударяются о русло многократно и с большей силой, в то время как тонкозернистые илистые (алевритовые) или глинистые частицы слишком легки и без труда находятся во взвешенном состоянии по всей толще реки и имеют мало ударов, когда они сталкиваются с руслом. Эверзионные котлы - это углубления, которые образовались в русле реки в коренных породах в результате абразивного воздействия твёрдых частиц стока (рис.11). Крутящаяся вода при помощи песка и гальки выдалбливает и выстругивает в твердых породах первоначально плоские чашевидные углубления, а впоследствии и настоящие ямы, так называемые исполинские котлы, или мельницы. Эти последние могут расширяться и, соединяясь друг с другом вследствие разрушения разделяющих их стенок, превращаться в сплошные глубокие желоба. Эверзионные котлы чаще всего формируются в местах, где камень несколько мягче, нежели окружающая порода. И хотя такие выбоины довольно редки, их можно увидеть в руслах некоторых рек во время спада (низкого уровня) воды[1],[7].

2.3 Перенос осадочного материала в реках

Продукты разрушения горных пород, созданные выветриванием или непосредственным воздействием текучих вод, переносятся реками несколькими способами. Наиболее крупные частицы (гальки) перемещаются волочением по дну или перекатыванием; частицы песчаной размерности - сальтацией. (рис.12). Сальтация - перебрасывание наносов на короткие расстояния в придонном слое водного потока, подскакивание твердых частиц за счет вихревых турбулентных потоков, происходящих в

Рис. 12. Способы перемещения осадков в реке. [10]

их основании. При сальтации происходит перенос частиц путем их подъема и увлечения вперед до момента осаждения на поверхность, с которой они были подняты.

Тонкие частицы глинистой и алевритистой размерности при скорости потока более 2 см/c перемещаются во взвешенном состоянии. Значительная часть веществ переносится в растворённом виде.

Твёрдый сток

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. Особенно много материала крупные реки переносят во взвешенном состоянии. За год количество его измеряется миллионами тонн, что видно из следующих цифр (в млн. т): Дон -- 4; Рейн -- 4; Терек --28; Волга --43; Дунай --82; Инд --446; Аму-Дарья -- 570.

Количество материала, влекомого реками по дну, в десятки раз меньше количества взвешенных частиц.

В зависимости от скорости потока влекутся или перекатываются по дну частицы песка, мелкие и даже крупные гальки. В более общей форме эти зависимости выражаются законом Эри: масса обломков, перемещаемых потоком, пропорциональна скорости течения в шестой степени, а их диаметр соответственно пропорционален квадрату скорости. Таким образом, при увеличении скорости потока в 2 раза его переносная способность возрастает в 64 раза, при увеличении в 3 раза -- возрастает в 729 раз.

Горные потоки переносят во взвешенном состоянии частицы до 0,05 мм в диаметре. Ниже, у дна, перекатываются с, места на место песчинки. По самому дну реки движутся не только отдельные гальки, но целые слои галек и валуны. Такой горный поток очень опасно переходить вброд, так как в движении находится все дно.

В процессе переноса обломочного материала по дну последний служит средством, с помощью которого река истирает и углубляет дно; при этом истирается и окатывается и сам влекомый материал. Остроугольные обломки пород сглаживаются и превращаются в гальки округлой формы, которые в дальнейшем нацело истираются и превращаются в песчаные и илистые частицы. От верховий к устью меняется размер частиц, уменьшается роль грубообломочных компонентов. В горных реках широко развиты галечниковые, гравийные отложения, в равнинных - песчаные, алевритовые, глинистые.

Чем крупнее галька, тем быстрее она истирается. Что касается песчинок, то чем они мельче, тем большую часть пути проходят во взвешенном состоянии, перебрасываясь с одного участка дна на другой. На этих отрезках они не трутся друг о друга и о ложе. Поэтому в песке обычно встречаются зерна разной величины и степени окатанности, причем крупные зерна песка обычно бывают хорошо округлены, а мелкие -- угловаты.

Таким образом, галька или другой крупнообломочный материал, образовавшийся в верховье крупной реки протяженностью в тысячу с лишним километров не может достичь устья реки, так как будет или истерт, или задержан во впадинах русла в верхней части течения.

Перенос растворённого материала

Растворенное вещество выносится в реки главным образом грунтовыми водами и в меньшей степени водами, стекающими с возвышенностей. Это вещество выщелочено из пород при химическом выветривании. Степень минерализации речных вод колеблется в широких пределах и изменяется во времени. В областях с влажным климатом, с большим количеством атмосферных осадков и небольшим испарением минерализация невысока. В засушливых районах с интенсивным испарением нередко встречаются сильно минерализованные речные воды. Во время весеннего половодья и высоких паводков минерализация речных вод падает и становится минимальной, а при низких стояниях уровня -- увеличивается[1],[2],[7].

2.4 Аккумуляция материала в реках

Основными факторами переноса и осаждения обломочных частиц являются движение жидкости и скорость осаждения. Причем скорость осаждения частиц влияет на многие следствия транспортировки. Существуют физические законы, определяющие осаждение окатанных сферических частиц. Это закон Стокса и закон толчка.

Закон Стокса выводит зависимость скорости осаждения частиц данного диаметра и данной плотности от ускорения силы тяжести и от разницы между плотностью частицы и плотностью жидкости для частиц диаметром меньше 0,1 мм. Простейшая форма закона Стокса для весьма малых частиц может быть выражена формулой:

V = C1·d2,

где V - скорость осаждения, d - диаметр частицы, а C1 означает суммарное

действие различных констант (плотности частицы и жидкости, ускорение силы тяжести, вязкость жидкости).

Закон толчка определяет величину скорости осаждения частиц диаметром от 0,1 до 1 мм и более. Если частица достаточно велика, то вязкость жидкости не оказывает на нее заметного влияния. Тогда скорость осаждения: V = C2·vd,

где C2 отражает влияние тех же констант, что и в формуле закона Стокса, но без

учета вязкости среды.

Для частиц диаметром 0,1-1 мм действует как закон Стокса, так и закон толчка, и скорость осаждения будет средней величиной расчета по этим законам.

Действие этих законов при переносе и отложении обломочной массы определяет дифференциацию материала осадков на путях переноса. Глинистые частицы (диаметр менее 0,01 мм) могут уноситься далеко от области сноса, так как они способны оставаться во взвешенном состоянии в спокойно текущих равнинных реках. Крупные частицы осаждаются на коротких расстояниях почти сразу же. Различие в скоростях переноса сказывается на особенностях сортировки материала по величине зерен по направлению от источника.

Аккумуляция материала в реках происходит в самом русле, по берегам реки во время половодья и в устьевой части реки, где образуется конус выноса или дельта (по греческой букве дельта). Весь обломочный материал, откладываемый реками, называется аллювием. Впервые он был выделен в 1823 г. английским геологом У.Баклендом, а в России введен В.В.Докучаевым в 1878 г. Гидрологический режим рек обуславливает формирование аллювия равнинных и горных рек.

Аллювий равнинных рек подразделяется на русловой, пойменный и старичный.

Русловой аллювий накапливается в обстановке непрерывно меняющегося русла, вода в котором характеризуется максимальной энергией, и поэтому аллювий обладает наибольшей грубостью материала - от разнозернистых песков, до гравия и крупных галек. Формирование руслового аллювия в реке, имеющей изгибы - меандры (от р. Меандр в западной Анатолии, в Турции) подчиняется сложной циркуляции воды в поперечном и продольном сечениях реки. Стрежень, т.е. максимально быстрое течение, приближено к вогнутому приглубому, берегу и, соответственно, отдалено от отмелого противоположного берега. В поперечном разрезе реки на изогнутых и прямолинейных участках наблюдается многоячеистая вторичная циркуляция. Поэтому у вогнутого, приглубого, берега, там, где располагается стрежень или плёс, формируется наиболее грубый аллювий. А на выпуклом, отмелом, берегу, образуется прирусловая отмель, или побочень, сложенная хорошо сортированными мелко- и тонко зернистыми песками, ограниченная прирусловым валом, располагающимся ближе к руслу.

В случае отступания русла более молодые части прируслового аллювия накладываются друг на друга, образуя серию прирусловых валов.

На спрямленных участках реки, между изгибами образуются мелководные перекаты, река дробится на несколько рукавов, между которыми располагаются островки и аллювий характеризуется разнозернистостью и быстрой изменчивостью.

Рис.13 Образование старицы. [2]

По мере развития равнинной реки ее извилины - меандры, становятся выраженными все резче, образуя раздувы и пережимы. При этом приглубые берега эродируются, а на отмелых наращивается отмель. Наконец, наступает момент, когда два пережима соединяются между собой и происходит перехват реки, русло которой спрямляется, а бывшая меандра отделяется от нового русла и образует старицу (старая часть реки)(рис.13), обычно узкой серповидной формы, в которой развит своеобразный аллювий, состоящий из проточной, озерной и болотной частей. Первая, нижняя часть состоит из чередования песков, супесей и глин, т.к. во время половодий старицы могут заливаться водой. Вторая, более молодая часть, сложена слоистыми глинами, илами, накапливавшимися во время озерной стадии развития старицы. И, наконец, верхний горизонт, как правило, сложен уже торфом, когда произошло заболачивание старицы и ее отмирание. Меандрирующая река может снова перекрыть русловым аллювием старичный, и тогда последний переходит в погребенное состояние.

Ежегодные паводки перекрывают наиболее низкие прирусловые отмели, называемые поймой, а особенно мощное половодье - еще более высокие участки низкой долины - высокую пойму. Пойменный аллювий, состоящий из тонкого материала, взвешенного в полой воде - тонких песков, суглинков, глин, чаще всего не превышает в мощности 1-2 м и перекрывает русловой грубый аллювий. Пойма, покрытая заливными лугами, очень важная в сельскохозяйственном отношении часть долины реки. На поймах всегда растут сочные, высокие травы - это пастбища и угодья для сенокоса. Стремление осушить, распахать пойму всегда приводило к ее гибели.

Аллювий горных рек отличается от равнинного аллювия своей грубостью, плохой сортированностью, наличием горизонтов пролювия из грязекаменнных - селевых - потоков. Реки начинаются обычно в высокогорной части у концов ледников, где имеют крутой уклон русла, а далее переходят в горную часть, располагаясь в троговых долинах. Там уклон русла уже меньше. Вырвавшись, наконец, из гор, реки текут по равнине - предгорной зоне, где рельеф уже слабо расчленен, течение воды замедлено, хотя все еще быстрое. Соответственно этим частям долин горных рек меняется и аллювий: от грубого, несортированного, плохо окатаного, содержащего валуны и глыбы, до сравнительно тонкого, песчаного и мелкогалечного пойменно-руслового аллювия.

Основная роль в формировании горного аллювия принадлежит новейшей тектонике и климату, которые определяют характер уклона русла, расход воды, скорость течения, гидродинамику потока и, особенно, турбулентно-вихревой характер течения.

Горные потоки обладают большой эродирующей силой и переносят много обломочного материала, до 50-60 кг/м3, тогда как в равнинных реках он не достигает и 0,5 -1 кг/м3.

Динамические фазы аллювиальной аккумуляции, выделенные Е.В.Шанцером, В.В.Ламакиным и И.П.Карташевым, позволили связать характер аллювия с фазами развития рек.

Инстративный, или выстилающий, аллювий характерен для ранних стадий развития реки, когда она врезается в горные породы и характеризуется наибольшей грубостью и плохой сортировкой. Такой аллювий располагается только в русле реки.

Субстративный, или подстилающий, аллювий связан с расширением боковой эрозией речной долины. Этот аллювий менее грубый, и он перекрывает выстилающий аллювиальный горизонт.

Констративный, или настилающий, аллювий характерен для участков реки, испытывающих тектоническое опускание и, вследствие этого, накопление аллювиальных отложений в условиях замедленного стока и постоянно мигрирующего русла. При этом русловые, пойменные и старичные фации перекрываются более молодыми фациями. Горизонты аллювия как бы настилаются один на другой и перекрывают друг друга.

И, наконец, перстративный, или перестилаемый, аллювий связан с хорошо разработанными, зрелыми долинами, для которых характерен очень пологий уклон и сильно развитое меандрирование с боковой эрозией. Перстаривный аллювий обычно хорошо сортирован, обладает наклонной слоистостью и знаменует собой определенный этап в развитии речной долины, когда несущая способность реки уравновешивается объемом поступающего в нее обломочного материала и переносимого в виде взвеси в воде.

Перечисленные динамические типы аллювия могут неоднократно сменять друг друга на протяжении речной долины в связи с меняющимися гидродинамическими условиями[1],[2],[7].

2.5 Развитие речных долин и формирование речных террас

Любая река за время своего существования проходит ряд стадий, которые условно можно назвать молодостью, зрелостью и старостью(рис.14). 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.



Рис.14 Стадии формирования речной долины: I - врезания, II - расширения долины, III - аккумуляции, IV - динамического равновесия (завершающая). 1-5- аллювий, 6- покровные отложения, 7 - коренные породы, 8 - контуры первоначального вреза. [6]

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.

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.

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.

Рис. 15. Элементы строения террасы: 1 - площадка террасы, 2 - тыловой шов, 3 - бровка, 4 - склон. [10]

Наличие этапов омоложения отражается в образовании речных террас-ступенчато образных уступов в бортах речной долины. В строении речных террас выделяют площадку- выровненную поверхность террасы, тыловой шов- место сочленения площадки с вышерасполо-оженной террасой или коренным склоном, склон террасы и бровку- место сочленения площадки и склона террасы(рис.15).

Среди речных террас различают эрозионные, цокольные 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.

Аккумулятивные террасы - террасы, 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.

Терраса цокольная - терраса, характеризующаяся тем, что нижняя части ее уступа (цоколь) сложена коренными породами, а верхняя - аллювием[2],[6],[8].

2.6 Устьевые части рек, дельты, эстуарии

Крупные реки впадают в моря и океаны, более мелкие - в озера и крупные реки. В том месте, где русло нижнего течения реки - устье - выходит к морю, образуется самостоятельный в ландшафтном и геологическом отношении район, называемый дельтой (по сходству в плане с буквой дельта греческого алфавита). Дельта - это верхняя, в основном надводная, часть аккумулятивного конуса выноса в устье реки. Дельты характеризуются плоским, низменным рельефом, часто наличием многочисленных рукавов, ответвляющихся от главного русла реки, образуя веерообразную структуру(рис.16).



Рис.16 Типичная схема гидрографической сети крупной дельты (на примере устья Дуная): 1 - окружающие дельту формы коренного рельефа, 2 - морские песчаные косы, либо некогда блокировавшие лагуну, либо сформировавшиеся под воздействием волнения на периферии дельты, 3 - рукава, 4 - протоки, 5 - дельтовые и придельтовые озёра. [5]

Содержащаяся в речной воде взвесь обломочного материала и русловой аллювий выпадают в осадок, при потере рекой живой силы. Во внешней части дельты все время происходит взаимодействие морских и континентальных обстановок, а также различающихся по составу морской и речной воды. За краем континентальной части дельты, там, где начинается взморье - располагается авандельта (передовая дельта), а еще дальше в открытое море - продельта, накопление осадков в которой идет только за счет выпадения взвешенных частиц. Для того, чтобы дельта сформировалась, необходим сток донных и взвешенных частиц и медленное, но непрерывное тектоническое опускание района. Если река не разделяется на рукава, то сток главного русла вызывает размыв дна, а мористее - возникновение бара, или осередка. В дельтах течение рек часто замедляется из-за приливов и ветровых нагонов. Морская соленая вода, как более плотная и тяжелая в придонной части реки проникает в виде клина вверх по течению и отделяет более легкую речную воду от дна, из которой начинается выпадение взвешенных частиц. Этому выпадению способствует процесс флокуляции - слипания мелких частиц в более крупные, что происходит под влиянием морской воды. Но основная масса наносов откладывается в пределах авандельты и, свала глубин, т.е. четко выраженного уступа. Наносы скатываются с этого уступа и наращивают его. Поэтому дельта все время продвигается мористее, нередко образуя огромные подводные конуса, как например, у Ганга, Инда и др. крупных рек(рис.17). При этом в осадках формируется наклонная слоистость, когда чередуются более грубые и тонкие слои, обусловленные сезонным стоком. В пределах продельты формируются тонкие илистые осадки, иногда отделенные от авандельты. Жизнь дельты тесно связана с объемом водного материала, поведением базиса эрозии и тектоническими движениями. Разветвленная и сложная дельта Волги во время понижения уровня Каспийского моря на 1 м 45 см в 1927-1940 гг. прирастала на 370 м ежегодно, сокращалось количество водотоков, к дельте причленялись участки осушенного морского дна. Нередко дельты меняют свое положение. Так, за последние 6000 лет. р. Миссисипи сформировала 7 различных каналов стока и, соответственно, 7 различных дельт. Точно также в устье Енисея за последние 7000 лет образовались 4 отдельные дельты. Собственно дельта на современных морских окраинах может возникнуть в двух случаях: либо реки несут огромное количество наносов, например, более 100 млн. т/год в реках Янцзы, Хуанхэ, Миссисипи, Ганг,



Рис. 17. Схема развития дельты Килийского рукава в устье Дуная: 1 - береговая линия Чёрного моря до начала формирования рассматриваемой дельты (середина XVIII века), 2 - морская коса, сложенная песком и битой ракушей, 3 - низкие, заросшие тростником острова дельты, 4 - песчаный морской берег дельты. [5]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 18. Разнообразие речных дельт. [5]

Брахмапутра, Меконг, Ориноко, либо преобладание восходящих тектонических движений, которые компенсируют эффект эвстатического поднятия уровня моря. Если морские побережья в новейшее время испытывают отрицательные тектонические движения, то образуются протяженные от 200 до 1000 км морские заливы, вдающиеся, ингрессирующие в сушу губы. Дельты занимают около 9% из общей протяженности побережий Мирового океана и поглощают ежегодно 18,5 млрд т рыхлых продуктов, что составляет 67% всех терригенных осадков, поступающих в Мировой океан (рис.18). Наносы, поступающие в авандельту, создают первый глобальный пояс «лавинной» седиментации. На эволюцию дельт влияют вековые и многолетние изменения уровня океана, морей и озер. В период регрессий - понижения уровня моря - дельты смещаются в сторону моря, а речное русло врезается. При трансгрессиях - повышениях уровня моря- дельты превращаются в залив, лагуну.

Рис.19 Эстуарии.

Эстуарии представляют собой узкие заливы, располагающиеся на месте впадения рек в море(рис.19). Возникают они там, где происходят нисходящие тектонические движения, приливы и отливы и где взаимодействуют морские и континентальные обстановки осадконакопления. Море подтапливает устьевую часть реки, проникая далеко в сушу, а волна прилива проникает вверх по течению реки на десятки километров, как например, в р. Пенжина, впадающей в Охотское море. Наносы, которые приносятся рекой, размываются вдольбереговыми течениями и поэтому дельта в таких речных устьях не образуется. Эстуарии хорошо выражены в устьях Темзы, Эльбы, Сены, Пенжины и др. Если морские воды в отсутствие приливов и отливов затапливают приустьевую часть речной долины, то возникают лиманы, например, Бугский, Днестровский, Днепровский на Черном море[2],[5].



3. Полезные ископаемые, связанные с деятельностью рек

Реки играют важную роль в жизни людей. Речная вода -- ценнейшее полезное ископаемое, без которого существование человека невозможно. Следует принять во внимание и то, что реки -- это естественный водный путь и источник дешевой энергии, накопленной в постоянном круговороте воды. Речные, аллювиальные отложения имеют большое значение в народном хозяйстве. Это строительные пески и кирпично-черепичные глины, дорожно-строительные галечники, гравий, песок. Долины рек представляют естественные горные выработки, вскрывающие не только пустые породы (не содержащие полезных компонентов), но и полезные ископаемые. А поскольку рек на Земле много, то и найденных с их помощью месторождений полезных ископаемых тоже много. Особая роль здесь отводится россыпям. Россыпями называют скопления обломочного материала, содержащие в себе в виде обломков то или иное полезное ископаемое. С аллювием связаны наиболее богатые месторождения россыпей, и в первую очередь золота(рис.20).

Рис.20 Добытое золото из россыпи. [10]

В аллювиальных отложениях могут содержаться в достаточных для извлечения количествах такие минералы, как платина, алмазы, касситерит (оловянный камень), шеелит, монацит. Россыпи формируются в процессе разрушения коренного источника полезного ископаемого и последующего перемещения продуктов разрушения и накопления полезного компонента. На образование россыпей значительное влияние оказывает климат. Большое практическое значение имеют аллювиальные россыпи. Срединных выделяют несколько типов: русловые, долинные, террасовые. Россыпи образуются там, где поток воды резко теряет скорость и тяжелые минералы и обломки первыми начинают выпадать в осадок. Россыпи, перекрытые толщами различных пород и изолированные от воздействия современной гидросети, выделяют как погребенные. Такие россыпи могут быть перекрыты молодыми лавами, моренами четвертичных оледенений, отложениями морских трансгрессий и т. д. Наибольший интерес представляют долинные россыпи. Развитие рельефа приводит к тому, что русловые россыпи дают начало долинным, а долинные -- террасовым[6].



Заключение

Итак, мы убедились, что водные потоки производят огромную геологическую работу на поверхности суши. Они существенным образом преобразуют рельеф земной поверхности.

Хорошее знание геологической деятельности рек поможет избежать многих ошибок. Среди многих разрушительных процессов на Земле заметное место принадлежит размывам речных берегов водными потоками. От них страдают населенные пункты, инженерные объекты, коммуникации, разрушаются водозаборы, опоры линий электропередач, мостовые переходы, утрачиваются сельскохозяйственные угодья, происходит потеря леса. Для борьбы с этим явлением или его предотвращения производят дорогостоящее укрепление берегов, возводят дамбы, осуществляют различные регуляционные мероприятия на реках вплоть до создания искусственного русла, отводящего поток от подвергнувшегося его воздействию объекта, иногда переносят на новые места населенные пункты, инженерные сооружения, коммуникации.

Регулирование течения вод важно и в целях предотвращения наводнений, возникающих во время больших половодий и паводков.

Необходимо умение прогнозировать, предсказывать поведение реки при строительстве дамб, плотин, водохранилищ и т.д. Ведь это не только важнейший способ увеличения объёма возобновляемых водных ресурсов и получения электроэнергии, но и источник возникновения ряда экологических проблем.

Наличие среди аллювиальных отложений ценных устойчивых минералов даёт возможность последовательно вверх по реке проследить за постепенным увеличением их концентрации и по этому признаку выйти на коренные залежи, из которых размываются и выносятся данные минералы. Также некоторые месторождения могут формироваться непосредственно в самом русле реки.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что реки - величайшее сокровище и активнейший деятель нашей планеты. И потому надо беречь их, но не стоит и забывать о таящейся в них опасности. Одно ясно точно: невозможно представить нашу жизнь без рек. И мы должны уметь обращаться с ними. Знание о геологической деятельности рек поможет грамотно их использовать.



Список литературы

1. А.Аллисон, Геология наука о вечно меняющейся Земле, М:МИР 1984. 568с.

2. Короновский Н. В. Общая геология. М.: КДУ, 2006.

3. Короновский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии. М: Высш. Шк., 1991,-416с.

4. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в её бассейне. М.: АН СССР. 1955. 346 с.

5. Михайлов В.Н. Речные дельты: строение, образование, эволюция. Соросовский образовательный журнал, том 7, №3, 2001.

6. Общая геология, под редакцией А.К. Соколовского, том 1, М:КДУ, 2006,-448с.

7. http://www.geolib.net/

8. http://www.mygeos.com/

9. https://ru.wikipedia.org

10. http://www.vodainfo.com

Размещено на Allbest.ru

...