Влияние деятельности рек на процессы почвообразования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

Известно, что свыше 70% земной поверхности покрыто непрерывной водной оболочкой и еще около 3% поверхности суши занято водами озер, болот и рек. Под действием Солнца эта огромнейшая (367 млн. км2) водная поверхность отдает атмосфере в виде пара несколько тысяч кубических километров воды в год. Много воды испаряется также непосредственно с поверхности горных пород и растительностью. Например, в условиях аридной зоны ива, согласно В.И. Елисееву, транспортирует (испаряет) 92 ж3 воды в год, тополь -- 83. шелковица -- 66 м3. Общее количество воды, испаряющейся с нашей планеты, по подсчетам М. И. Львовича превышает 32 тыс. км3 ежегодно.

Пар, поднявшись ввысь, образует облака. Последние, перемещаясь вверх, достигают холодных слоев воздуха, превращаются в капельные облака, становятся тяжелыми, опускаются и изливаются на землю в виде дождя (при сильных дождях, особенно грозовых, на каждый квадратный километр поверхности Земли за 120 минут выпадает до 50 000 см3 осадков. Одна часть выпавших на поверхность осадков испаряется, другая -- просачивается, а третья-- стекает по поверхности Земли.

Выпавшие на земную поверхность капельки дождя движутся по ее уклону в виде пелены или постепенно собираются в струйки, последние -- в ручьи, ручьи -- в реки. Живая сила (энергия) дождевых струй, ручьев и рек способна производить известную работу. Разрушительную работу поверхностных текучих вод, движущихся в виде пелены, называют плоскостным смывом или делювиальным процессом (делюо, лат. -- смываю), а аналогичную работу поверхностных вод, сосредоточенных в определенных руслах (ручейки, реки))--линейным размывом или эрозионным процессом (эрозио, лат.-- размываю).

2. Делювиальные процессы

Делювиальные процессы особенно интенсивно проявляются на склонах возвышенностей, на бортах овражных и речных долин. Здесь при выпадении дождя и таянии снега вода стекает сплошной пеленой. Толщина водной пелены измеряется миллиметрами, тем не менее, перемещаясь по склонам в течение длительного времени, вода совершает заметную работу. Последняя тем заметнее, чем круче склон, чем мягче порода, по которой движется вода и чем больше воды стекает по склону. Вода захватывает на своем пути мелкие продукты выветривания, а также мелкие частицы, отделяющиеся от легко разрушаемых пород, слагающих склон (от супеси, суглинка и т. п.). Захваченные частицы передвигаются вниз по склону, заполняя в нем отдельные углубления.

Иногда борт долины спускается непосредственно к реке, не меняя своей крутизны; тогда все смываемые со склона частицы попадают в водоток, подхватываются им и уносятся. Однако чаще всего склоны в нижних частях выполаживаются, вследствие чего движение водной пелены у подножья замедляется; смываемый материал откладывается у подошвы борта в виде шлейфа, причем более крупные зерна располагаются в верхней части его, а более мелкие -- в нижней. Так поверхностной водой, не собранной в русла, производится постепенное смывание и перенос мелких частиц с верхних, более крутых участков склонов, в нижние, более пологие части. Накопившиеся из смытых частиц осадки получили название делювия.

Делювий -- особый генетический тип континентальных отложений, выделенный в 1893 г. А.П. Павловым. Для него характерна мелкая и тонкая зернистость, слабо выраженная слоистость и сортированность. Так как делювиальные отложения формируются о субаэральных условиях, они обладают рыхлостью и большой пористостью. Делювий часто, особенно в высокогорных районах, встречается в парагенезисе с другими континентальными типами отложений: с коллювием, с отложениями солифлюкционных потоков (потоков грязи оттаивающего грунта по неоттаившему и др.) Мощность делювиальных отложений зависит от длительности их накопления. Иногда она достигает десятков метров; максимальная мощность наблюдается у подошвы склона.

Если склон сложен разными слоями, залегающими один над другим, то в делювиальных отложениях в нижней части будут преобладать отложения верхнего слоя, а самого нижнего -- в верхней части делювиальных накоплений.

Делювиальные накопления можно видеть всюду на бортах речных долин. Состав делювия, его цвет, мощность и другие признаки зависят от высоты и крутизны борта, состава слагающих его пород, а также от ориентации по отношению к странам света. Однако всегда он представлен тонкозернистыми и глинистыми породами (супесями, суглинками, глинами), так как живая сила воды здесь мала и она не способна переносить более крупные частицы. На склонах, сложенных кристаллическими породами, делювиальному смыву подвергаются главным образом мелкообломочные продукты выветривания.

Процесс смывания облегчается, если борт крутой и не закреплен растительностью. Сильно страдают от смыва распаханные склоны, особенно до укоренения посеянных культур. Во избежание размыва почв необходимо проводить соответствующие агромелиоративные работы и в частности улучшать структуру почв (структурная почва может поглощать до 85% годового количества атмосферных осадков, бесструктурная почва пропускает лишь 30% дождевой воды) и распахивать склоны перпендикулярно их наибольшему уклону.

Делювиальный смыв в однородных породах приводит к выполаживанию неровностей рельефа склонов. Междуречные пространства постепенно снижаются. За счет материала, снесенного к подошве борта, повышаются пониженные пространства рельефа. Если склоны сложены неоднородными породами (например, валунными глинами), то в результате делювиальных процессов возникают своеобразные формы рельефа -- «земляные пирамиды» -- столбы пирамидальной формы, увенчанные валунами, предохранишими расположенные под ними породы от размыва.

Делювиальные процессы в более чистом виде развиваются на плоских склонах, но и здесь даже при благоприятных условиях возникают отдельные дождевые струи. Объединяясь между собой, они образуют временные водотоки.

3. Оврагообразование

Интенсивный размыв горных пород временными водотоками приводит к возникновению рытвин. Первоначально наметившаяся на борту долины рытвина при каждом последующем выпадении дождей, согласно наблюдениям С.С. Соболева, позже Б. Ф. Косова и др., все больше и больше разрастается вглубь, вверх и вниз по склону. Когда вершина рытвины окажется у бровки борта, на котором она развивалась, возникает вершинный обрыв, с которого собирающаяся во время таяния снега и выпадения дождей вода низвергается водопадом, вследствие чего размыв ускоряется, на месте рытвины возникает овраг.

От рытвины овраг отличается большими размерами . Высота обрыва достигает 2--10 м и более. Падающая с обрыва вода подмывает основание обрыва и вершина его отодвигается вверх. Таким образом овраг растет за счет своих верховий, т. е. вспять (пятящаяся, или регрессивная, эрозия).

В глубину овраг растет до тех пор, пока его устье не достигнет уровня реки, в борту которой он заложен. Река -- предел его глубинной эрозии (базис эрозии).

В овраги со всех сторон стекает атмосферная вода. В результате в бортах появляются рытвинки, постепенно преобразующиеся в боковые овраги-отвершки. Иногда возникает целая система оврагов, прорезающих склоны на глубину до 20--30 м и более.

Рост оврагов зависит от состава пород и крутизны склонов размывающейся возвышенности. Даже при одинаковом количестве атмосферных осадков овражная сеть может развиваться с различной интенсивностью. Нередко овражная система какого-нибудь склона, развивающаяся более интенсивно, постепенно забирается на водораздел, перерезает его и дальше уже растет в пределах противоположного склона, врезаясь в него все глубже. Водораздел таким образом может оказаться перепиленным оврагом. Некоторые овраги достигают большой длины и имеют сложную сеть отвершков. Интенсивно растут овраги в рыхлых породах. В итоге отдельные участки, а иногда и довольно большие пространства междуречий, сложенные рыхлыми породами, могут быть в сравнительно короткий срок превращены в труднодоступную и непригодную для землепользования местность (бедленд -- дурные земли). Широко развиты овраги в Приволжье, Приднепровье, в бассейне Десны, в Брянской, Орловской, Курской, Белгородской, Пензенской и других областях РСФСР, Украины и Молдавии.

Особенно интенсивно растут овраги в предгорных районах, лишенных растительности, например в Туркмении, Таджикистане, Узбекистане, Киргизии.

Растут овраги в основном в период выпадения дождей или таяния снега. В другое время года они остаются сухими. В начальный период развития (в так называемую юную стадию) продольный профиль дна оврага отличается довольно большой крутизной и перепадами, поэтому вода в нем течет с большой скоростью. По мере удлинения оврага его профиль выполаживается, движение воды замедляется, уменьшается ее живая сила и прекращается рост оврага. Профиль в эту стадию (стадия зрелости) приобретает форму вогнутой кривой -- крутой в верхней части и слабонаклонной в устьевой части. В описываемую стадию глубинная эрозия почти прекращается (однако она может возобновиться, если базис эрозии понизится или верховье повысится). Борта оврага под действием гравитационных и делювиальных процессов постепенно выполаживаются, приближаясь к углу естественного откоса. В условиях умеренного климата борта и дно подобных оврагов зарастают травой, кустарниками или даже лесом. Такой овраг носит название балки (лога). Балочный рельеф особенно характерен для южных степей, где балки достигают большой глубины (70--80 м) и ширины (до 1 км).

Если овраг, углубляясь, пересекает слой горной породы, насыщенный водой, на его дне появляются родники, дающие начало струящемуся потоку -- ручью. Это приводит к дальнейшему углублению, расширению и удлинению оврага. Постепенно он может превратиться в речную долину. Дренируя (собирая) подземные воды, овраги понижают их уровень. В результате местность может сильно иссушиться и превратиться в полупустыню.

С ростом оврагов ведется борьба: насаждаются кустарники и леса в верховьях оврага, устраиваются через определенные отрезки пути запруды, замедляющие течение воды, и т. д.

4. Геологическая деятельность горных ручьев и речек

геологический делювий рытвина водоток

Процессы эрозии, наблюдаемые в оврагах, еще с большей силой проявляются в долинах горных ручьев и речек, заложенных на склонах среднегорных и высокогорных хребтов и имеющих поэтому большие уклоны (не менее 0,10) продольного профиля. Долины здесь большую часть года бывают сухими или имеют очень мало воды. Однако растут они быстро, так как по ним в периоды ливневых дождей и дружного таяния снегов и ледников проносятся бурные потоки, несущие огромное количество обломочного материала, накопившегося на склонах и в тальвегах долин при выветривании. С помощью несомого материала потоки проводят интенсивную эрозионную работу. При выходе на предгорную равнину такие потоки ветвятся на многочисленные рукава. Разделение на рукава и большие потери поверхностной воды на просачивание приводят к тому, что весь принесенный обломочный материал отлагается в предгорной части в виде конуса ,получившего название конуса выноса. Размеры конусов, как правило, небольшие (десятки квадратных километров). Радиусы кривизны их малы, а угол, образующий конус, значительный.

При менее обильных дождях или медленном таянии снегов живая сила потока менее значительна, поэтому и несомый им материал мельче по своим размерам. В результате в руслах протоков конуса ранее отложенный крупнообломочный материал перекрывается более мелкообломочным материалом, который в свою очередь может быть затем перекрыт крупнообломочным, и т.д. Следовательно, в вертикальном разрезе отложений горных ручьев и речек имеет место переслаивание мелко- и крупнообломочного материала. Обломки накоплений плохо сортированы и слабо окатаны, так как путь переноса обломочного материала по сравнению с крупными реками невелик. Указанные особенности заставили геологов выделить накопления временно действующих ручьев и речек в особый тип континентальных отложений -- пролювий (пролюо, лат.-- промываю).

Термин «пролювий» в геологию введен А.П. Павловым (1893), который под пролювием понимал отложения только взвешенных частиц, осаждающихся в «лужицах и озерцах», образующихся в периферической части конусов выноса. Такой же смысл в термин «пролювий» вкладывает О. К.Ланге. По Ланге, конусы отдельных ручьев и речек, сливаясь между собой, образуют окаймляющую подошву гор полосу -- подгорную волнистую равнину. Пролювиальные отложения, развитые по периферии конусов в зоне разливов вод на равнинах, образуют плоскую равнину. В.И. Попов, Н.П. Костенко, автор данной книги и др. предложили отложения конусов выноса временных речек и горных ручьев назвать фаналлювием (веерный аллювий; фан, франц.-- веер); термин пролювий закрепить за осадками, образующимися в разливах по периферии конусов выноса.

В некоторых горных и среднегорных районах, где имеются условия для накопления и быстрого перемещения на значительные расстояния продуктов разрушения горных пород, слагающих склоны долин, речки и ручьи приобретают характер селевых потоков. Селевым потоком называют - кратковременный от десятка минут до скатывающийся с большой скоростью по крутому тальвегу пульсационный поток с очень высоким содержанием обломочного материала. До (60--75% от общего объема) и потому обладающий большой разрушительной силой.

По составу твердой составляющей селевые потоки принято делить на грязевые, каменногрязевые, грязекаменные, водокаменные и водопесчаные. Первые три типа потоков решением III Всесоюзной конференции, посвященной селям (1952 г., Тбилиси), отнесены к связным, или структурным, селям, а четвертый и пятый к несвязным селям. Последние имеют характер описанных выше временно действующих потоков.

Основу твердой фазы связного потока составляют глинистые (10--30% и более) и пылеватые частицы. Вода присутствует, как указывает С.М. Флейшман, изучавший сели Советского Союза, или в виде адсорбционных пленок на частицах, или защемлена в порах, образованных структурным каркасом частиц. Таким образом, связный сель представляет собой вязкопластическую среду, жидкая фаза которой, связанная твердой, движется совместно с последней независимо от русловых условий. Связные сели благодаря огромной силе сцепления между коллоидными частицами способны переносить во взвешенном состоянии крупные глыбы, объем которых в ряде селевых потоков доходил до 20--80 м3 (сель на р. Дурджи, бассейн р. Азазаньв 1901 г.) и даже до 127 м3 (сель на р. Кишчай, бассейн р. Азазани в 1937 г.). Огромные обломки пород как бы связаны грязью.

Там, где скорость потока резко уменьшается (при резком выполаживании долины, при очень крутых ее поворотах, при встрече с искусственными запрудами), откладывается вся несомая масса без отделения от нее воды, без сортировки материала, а в том беспорядочно-хаотическом виде, в каком стремительно двигался этот поток. Отложения селевых потоков имеют вид бугристо-волнистых «лент», языков, полей. Бугристо-волнистая поверхность отложений обусловлена характером движения селевого потока. Он движется обычно в виде следующих один за другим валов. Число их в большинстве случаев от трех до пяти, но иногда доходит до нескольких десятков. Главными причинами большого числа валов являются прорывы запруд, возникающих в местах обрушения в русло обвалов, оползней и выносов боковых притоков и т. п. Высота отдельных валов может достигать 4--5 м, а в узких ущельях -- 20 (сель на р. Айлисчай в бассейне Аракса в 1884 г. и на р. Иссык в 1963 г.) и 80 м (долина р. Исфайрамсай в 1966 г.).

Остановившийся селевый поток нередко закрывает собой все русло, и стекающей по долине воде приходится разрабатывать новое. Сели вызывают серьезные разрушения берегов и русла и нередко наносят огромный ущерб народному хозяйству. Они разрушают мосты, плотины, гидроэлектростанции, ирригационные сооружения, насыпи шоссейных дорог, железные дороги и т.д. Процесс формирования селевых масс, как правило, длительный, продолжающийся годами, а в ряде бассейнов -- и многими десятилетиями.

Селевые связные потоки возникают в таких долинах ручьев и речек, борта которых сложены глинами, мергелями, сланцами, лессовидными суглинками и другими породами, дающими при выветривании большое количество мелкодисперсного материала. Этот материал после затяжных моросящих дождей набухает, образуя грязевую эмульсию. При внезапных ливнях грязевая эмульсия движется по крутым, не закрепленным растительным покровом бортам с колоссальной скоростью (несколько метров в секунду) , обогащаясь по пути новыми порциями продуктов выветривания, в том числе иногда и громадными обломками скал. Обломки, находясь во взвешенном состоянии в густой грязевой массе, беспорядочно движутся вместе с грязью; столкновения несущихся глыб сопровождается грохотом, подобным раскату грома. Еще более катастрофические сели возникают в подобных по геологическим условиям долинах при наличии оплывин, оползней, осовов или обвалов, материал которых пополняет твердую составляющую селя.

В формировании твердого стока селей участвует, как правило, не весь бассейн ручья или речки, а лишь часть его, где имеются доступные для быстрого сноса рыхлообломочные продукты. Это прежде всего крутые склоны выше зоны распространения растительности, крутые оголенные склоны с разрушенным растительным покровом (из-за выпаса больших стад скота) альпийских и субальпийских лугов, неправильно распаханные склоны, а также участки развития осыпей, осовов, оплывин, обвалов, оползней и накопления большого количества обломочного материала, приносимого боковыми притоками.

Связные сели широко распространены в молодых горных системах многих стран: Швейцарии, Италии, Китае, Индии, Франции, Болгарии, США и др. В СССР связные сели известны на южном склоне Главного Кавказского хребта, на Малом Кавказе, в Юго-Западном Забайкалье. Очаги связных селей имеются в Карпатах (в бассейнах Прута, Днестра и Тисы), на Западном Урале (район Перми), в Восточной Сибири. В Средней Азии насчитываются сотни селеопасных бассейнов, в том числе бассейны ручьев и речек, стекающих со склонов Туркестанского, Кураминского, Чаткальского, Ферганского, Алайского, Дарвазского, Зеравшанского, Гиссарского, Киргизского хребтов и Заилийского Алатау. Особенно катастрофические грязекаменные сели (в Альпах их называют мурами) имели место в долинах Заилийского Алатау в 1921 и в 1963 гг., в долинах Алайского хребта -- в 1967 г. и Чаткальского -- в 1969 г. Основной период образования селей в Средней Азии совпадает с временем ливневых дождей (апрель---июнь, 80% от всех селей).

Вечером 8 июля 1921 г. после затяжных моросящих дождей прошел в бассейне Малой. Алмаатинки сильнейший ливень. Река вышла из берегов и полутораметровым водяным валом накатилась на г. Алма-Ату, расположенный на конусе выноса этой реки. За водным валом последовал еще более высокий (4--5 м) грязе-каменный вал. Всего прошло до 80 валов с интервалами от полуминуты до минуты. Обладая громадной скоростью и силой, грязевой вал уничтожал все на своем пути. Общее количество вынесенного обломочного материала достигло 3 250 000 л3 (около 25% приходится на мелкодисперсные фракции, 7% --на крупные обломки). Более мелкие сели в районе Алма-Аты проходят довольно часто. На рис. 31 запечатлен результат селя 1957 г. в бассейне Малой Алмаатинки. Отложения грязекамешгого селевого потока, пронесшегося по одному из левых притоков М Алмаатинки. Мощность отложений его до 2 м.

Катастрофический сель в Заилийском Алатау в районе р. Иссык прошел 7 июля 1963 г. Его возникновение было связано с прорывом в долину скопившихся у ледника талых вод. 7 июля вода прорвалась к Жарсаю, притоку Иссыка. На Жарсае незадолго до этого события образовалась в результате обвала плотина. Прорвавшаяся вода размыла ее и, превратившись в грязекаменный поток, ринулась к о. Иссык, круша по дороге скалы, ломая деревья. Двадцатиметровый селевой вал вырвался из-за крутого поворота ущелья и обрушился в озеро. За первым валом мгновенно надвинулся второй, затем третий. Под их натиском обвальная масса, державшая воды озера в течение 8000 лет, не выдержала напора, и вода озера хлынула вниз. Площадь озера была около 2 км2, глубина до 50 м. В результате катастрофы озера не стало.

Катастрофические сели имели место весной 1969 и 1970 гг. в северных и западных районах Украины. Они были вызваны интенсивными ливнями (за несколько суток осадки превысили двухмесячную норму), в результате которых уровень воды в реках Днестр, Тиса, Прут, Серет и др. поднялся на 3--5 м. Сели нанесли серьезный материальный ущерб ряду областей.

Н.П. Костенко и автор этой книги делят сели на 2 группы: зональные и азональные. Зональные сели отражают общую зональность горных стран (геоморфологическую в сочетании с климатической), а азональные приурочены к районам ныне живущих с подвижками по которым связано формирование мощных потоков обломочного материала.

Несмотря на то что селевые потоки причиняли и причиняют большие разрушения как у нас, так и за рубежом, до сих пор еще не существует достаточно надежных и проверенных комплексных методов борьбы с ними. Для борьбы с селями используют фитомелиоративные (лесонасаждения и восстановление травянистого покрова на склонах), агротехнические (соблюдение правил обработки земель, предотвращение эрозии почв) и гидротехнические (строительство инженерных сооружений для предупреждения обвалов, оползней, а также для уменьшения продольного уклона русла). мероприятия. В глубоких скалистых ущельях рекомендуется создание завальных плотин методом направленного взрыва (как это было сделано в 1966--1967 гг. в долине Малой Алмаатинки). Для выработки более рациональных методов борьбы с селями в последние годы в ряде горных систем ведутся наблюдения за ними и изучаются условия их образования.

Размещено на Allbest.ru