Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

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, транспирирует (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 несколько

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, назьтвают плоскостным смывом или делювиальным процессом (делюо, лат. — смываю), а аналогичную работу поверхностных вод, сосредоточенных в определенных руслах (ручейки, р_еки)₎—линейным размывом или эрозионным процессом (эрозио, лат.— размываю).

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 легкоразрушаемых 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 (рис. 28).

Делювий — особый генетический тип континентальных  отложений, выделенный в 1893 г. А. П. Павловым. Для него характерна мелкая и тонкая зернистость, слабо выраженная слоистость и сор-тированность. 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. Мощ-ность 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 атмосфер- 

ных осадков, бесструктурная почва пропускает лишь 30% дождевой воды) и распахивать склоны перпендикулярно их наибольшему уклону.

Делювиальный  смыв в однородных породах приводит к выпо-лаживанию 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, предохрани^ шими расположенные под ними породы от размыва. /г*

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.

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 (рис. 29). 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 наших 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.

Геологическая деятельность J

горных  ручьев и речек /

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 (рис.30). 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 пред-

ftгорную 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 (рис. 30, 3), 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. Пролювиаль-ные 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 фанал-лювием (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.