Текст книги "География на ладони. Краткий курс по устройству планеты"

Все те формы рельефа, которые находятся в русле и вблизи русла рек, начиная от водопадов до дельт, от пойменных озер до излучин – это то, что нам особенно нравится и надолго остается в нашей памяти.

По мере изменения градиента кинетическая энергия воды сначала способствует появлению ряби, а дальше начинается нечто очень интересное. Если взять в расчет, что один кубический метр воды, не несущий никакого материала, весит одну тонну, становится понятным, как эта вода может нанести серьезный урон руслу реки и ее берегам. Добавьте к этому слабость сцепления внутри и между разными типами пород, и станет очевидно, почему вода начинает разрушать речное русло, выдалбливая и выбивая прилежащую к ней поверхность русла. Процессы КТРГ у основания водопада ведут к подрезанию породы и последующему исчезновению вертикальной опоры из-за образования водобойного озера. Результатом такого хода событий станут периодические катастрофические разрушения и отступления породы, а часто и углубление этого новообразовавшегося водоема.

В случае, если эти процессы идут в породах, представляющих собой тонкий сэндвич из мягких пород (особенно, если они образованы осадочными отложениями), а также более твердых пород, может сформироваться довольно впечатляющее ущелье. Темпы образования ущелий в результате выдалбливающего воздействия водопадов варьируют в самых широких пределах, начиная от 1 сантиметра в год в Соединенном Королевстве до почти 1 метра в год в случае североамериканских водопадов, таких, например, как Ниагарский водопад, на примере которого хорошо видно, насколько мощными могут быть силы эрозии и выветривания.

Два других способа образования водопадов заключаются, в одном случае, в вырезании глубоких долин ледниками – оставляющими висящие долины, а в другом – во взбросе или резком поднятии участка суши. В последнем случае, когда в результате тектонических сдвигов (например, землетрясений) какой-либо участок суши перемещается вверх быстрее, чем скорость эрозии, с которой участок суши, сложенный породами, понижается, тогда в ландшафте будет формироваться некая ступень, с которой любой водосток будет вынужден «падать» вертикально вниз. Одни из самых зрелищных водопадов такого типа питаются ледниками, примером чему может служить водопад на южном побережье Исландии – водопад Сельяландсфосс (высота 100 метров).

Не будем терять голову и сохраним благоразумие в отношении этого списка. Особенно если иметь в виду, что все, в конечном счете, сводится к тому, что высота многих водопадов измеряется общими размерами серии ступенек или общей высотой вертикального падения.

Когда я проводил исследование нижеприведенного списка, я был крайне разочарован и удивлен тем духом невероятного педантизма, которым окружен этот объект, поэтому я просто сдаюсь, и мне вряд ли стоит рассчитывать на появление согласованного и всеми признанного списка.

Излюбленные места и каноистов, и рафтеров, они на самом деле являются водопадами с незаметного глазу падением воды. Однако всем нам они представляются заполненным обломками речным руслом с небольшим перепадом градиента, в котором стремительно несутся обширные пенистые потоки воды. Для того, чтобы в полной мере испытать на себе такие потоки, можно отправиться на реку Талли в Квинсленде (Австралия) и совершить сплав по ней.

В верхнем течении рек их русло, как правило, узкое, изобилующее придонными наносами, спустившимися вниз с боковых склонов. В результате здесь часто наблюдается чередование запруд, образованных обломками разного материала, которые препятствуют течению воды, формируя спокойные водоемы, и участков водных потоков, низвергающихся со стоящих на их пути обломков породы, или стремнин. При рассмотрении более протяженного отрезка речного русла средняя скорость течения воды на этих двух типах речных участков в целом оказывается очень низкой.

Как правило, заполняемость русла или величина водного потока в русле реки значительно ниже его предельной емкости, однако, как мы видели ранее, бывают времена года, когда сток воды в реке достигает своего максимума.

Если река вынуждена перемещать слишком большой объем воды, вода может выйти из ее берегов и тогда наступает паводок. На поверхности пойм, образующихся естественным образом в результате сезонных колебаний стока реки, накапливаются слоистые отложения речного ила. По мере того, как река выходит из берегов, силы трения приводят к снижению скорости течения воды. В этих условиях в первую очередь на дно оседает более грубый крупный материал (давая начало формированию берегового вала реки). Накопленный таким образом осадочный материал задерживает паводковую воду в пойме, не позволяя ей дренировать обратно в русло реки.

Этот естественный процесс может быть усилен благодаря искусственным насыпям или дамбам, значительно более высоким, по сравнению с природными валами, а это приводит к более продолжительным паводкам.

Между тем, на границе поймы образуется «линия обрыва» или полоса возвышенного участка суши, которая не заливается во время современных паводков.

Тот, кто смотрел трилогию Питера Джексона «Властелин колец», мог наблюдать эти формы земного рельефа в их самой впечатляющей и зрелищной форме. Когда река, заполненная грузом различного материала, внезапно теряет свою скорость и градиент, этот материал стремительно осаждается. В результате образуется долина, загроможденная обломками твердой породы, вынуждающая реку делиться на отдельные рукава, чтобы преодолеть такой необычно плоский участок суши. Следствием такого деления русла является возникновение множества рукавов, и такой процесс получил название «ветвления». Особое впечатление такие пейзажи производят в тех местностях, где исторические ледниковые процессы привели к отложению огромного количества материала, так что более современные реки не могут рассчитывать на то, чтобы преодолеть их единым руслом, как, например, в некоторых частях Новой Зеландии, где проходили съемки знаменитого фильма, в частности в предгорьях Южных Альп, расположенных в этой стране.

Развитие меандра

Будучи классической формой речного рельефа и находящийся в среднем и нижнем течении реки, меандр образуется и существует в результате сочетания двух основных факторов: ускорения и замедления водного потока, и спиралеобразного движения воды (перемещения воды, подобного движению штопора вдоль русла реки). Если вода вынуждена ускорять свое течение при прохождении по более узкому и более мелкому участку русла, она несомненно это делает.

Поперечное сечение меандра

Течение воды в речном русле не везде одинаково, наибольшей скорости оно достигает на внешней стороне спиралеобразного потока. В результате увеличения скорости течения центральная линия самого быстрого водного потока в речном русле отклоняется в сторону того или другого берега.

В том месте, где быстро текущая вода ударяется о наружный берег русла, этот берег начинает подвергаться эрозии, в итоге наружная сторона русла становится глубже и его эффективность повышается – вода начинает перемещаться с большей кинетической энергией. В то же время, на внутренней стороне меандра вода теперь движется в очень неэффективном русле, так как энергия водного потока теряется, скорость его падает, а груз материала начинает осаждаться, в итоге один берег реки подмывается, а другой – становится более выпуклым. В зависимости от энергии реки и относительной прочности породы, выстилающей дно и берега речного русла, меандр со временем может перемещаться вниз по течению.

Возьмите какую-нибудь очень извилистую реку, дайте ей время на то, чтобы в ней могли произойти те или иные нечасто встречающиеся, но энергоемкие (энергозатратные) события, и вы, в конце концов, получите старицу или старичное озеро. По мере того как, русло реки продолжает извиваться, изгиб меандра может достичь такой степени кривизны, что концы образовавшейся U-образной формы русла могут начать приближаться друг к другу, формируя, так называемую условную «шейку» – узкую полоску суши между ними, которую в дальнейшем река может легко перерезать, протекая поперек нее. Теперь речной поток, проносясь по выпрямленному руслу и, как правило, с большей скоростью, будет углублять свое новое более короткое ложе, а заблокированные осадочными отложениями вход и выход из петли меандра оказываются на более высоком уровне, оставаясь сухими, так что меандр реки в итоге превращается в серпообразную старицу или старичное озеро. По прошествии времени и это озеро может исчезнуть, и тогда лишь сохранившиеся реликтовые формы рельефа на этом месте будут напоминать о недавнем прошлом реки.

Место встречи двух рек мы обозначаем как место их «слияния», но в тех случаях, когда река встречается с морем, она образует целый ряд самых разных форм. Для их описания мы прибегаем к французскому слову «fleuve» – река, которое означает то, что река выливается в океан. Форма взаимодействия берега океана и реки во многом зависит от геологических характеристик и энергии окружающей среды.

Дельта – низменный участок рельефа, сформированный главным образом илистыми и грязевыми отложениями, принесенными речным потоком к устью реки, обязана своим именем своему сходству с греческой буквой дельта – ∆. Существуют три совершенно разных форм дельт:

Дугообразная дельта – примером этого типа дельты может служить дельта реки Нил в Египте, треугольная форма которой делает ее наиболее узнаваемой.

Обрывистая (крутоберегая) дельта – обычно характеризуется наличием нескольких разветвляющихся рукавов (представьте себе притоки, только наоборот). Больше напоминает зону затопления на берегу реки или пойму. Такой тип дельты можно наблюдать в устье реки Тигр.

Ньюорлеанская, или дельта в виде птичьей лапки – ветвящаяся форма дельты, с насыпями в каждом рукаве, позволяющими воде выходить далеко за пределы любой дугообразной формы.

При всем различии этих форм дельты обладают некоторыми общими характеристиками. Несмотря на то, что мельчайшие осадочные частицы, переносимые речным потоком, теоретически никогда не должны осаждаться (см. Кривую Хельстрема), на побережье океана это все же происходит. Поверхности мельчайших частиц обладают электростатическим зарядом, в силу чего в пресной воде частицы отталкиваются друг от друга, и потому обычно не увеличиваются в размере. Напротив, в морской воде соли способствуют притяжению частиц друг к другу, поэтому те могут образовывать более крупные единицы. Поскольку в дельте рек поток пресной воды теперь втекает в море (или озеро), он резко замедляет свое течение, а переносимые водой частицы осаждаются на дно.

В течение всего года сток рек существенно варьирует – будь то Рона, подпитываемая таянием ледников, Северн, наполняемый дождевыми водами, или Колородо, которая подпитывается талыми водами, образующимся после таяния снегов, – все они проходят через периоды низкого и периоды высокого уровня воды в их руслах. Эти вариации в уровне воды приводят к различиям в количестве переносимого реками материала, варьирующего на протяжении года. В результате этого наносной материал в дельтах осаждается слоями, каждый из которых соответствует работе, выполненной рекой за год. Поскольку в ходе приливно-отливных и береговых процессов перемещается не больше осадочного материала, чем тот, что был принесен и осажден речным потоком, дельта реки расширяется.

В сравнении с впечатляющими ландшафтами в дельте, эстуарии рек, как правило, не привлекают к себе особого внимания. Это представляется странным, поскольку большинство рек встречаются с морем именно в эстуариях. Эстуарии представляют собой прибрежную зону, в пределах которой во время отлива река может втекать в море, обладая небольшим базовым руслом. Во время прилива, однако, река уже не способна втекать в море, поскольку само море преграждает ей путь. В этих обстоятельствах, пресная речная вода, сталкивается и смешивается с соленой морской водой, в результате чего начинается осаждение принесенного материала. Илистые и грязевые осадки насыщены питательными веществами, которые служат пищей, в частности для болотных или ходячих птиц. Они хороши и для ракообразных, однако далеко не всегда подходят для всех тех, кто невольно оказался в плену начинающегося прилива.

Также известная как затопленная долина реки, риа (испанское слово, означающее эстуарий) образуется в том месте, где уровень моря поднимается и долина, прежде находившаяся на уровне моря, частично опускается под воду.

Величайшие реки мира

* Первенство принадлежит Нилу, но насколько он длиннее? В 2007 году был обнаружен новый исток реки Амазонки в ледниках южного Перу (на вершине с чудесным названием Невадо Мисми в Андах). Если учитывать этот исток, длина реки станет равной 6800 км и, таким образом, она окажется на первом месте в списке.

Временные изменения являются одной из величайших проблем в географии, а в случае с риа наблюдается простая последовательность событий, в результате которых возникают эти потрясающе широкие протоки, соединяющие реку с морем. Во время последнего ледникового периода уровень мирового океана был ниже, поэтому реки, активно прорезавшие свои русла (очевидно, что все, что находилось далеко на севере, скрывалось под толщей льда), несли свои воды в участки, расположенные ниже. По мере таяния льда уровень моря поднимался, а долины рек часто оказывались затопленными, и теперь казались такими же широкими, как и их устья. Чесапикский залив на атлантическом побережье США, будучи «затопленной долиной» реки Саскачеван, представляет собой один из крупнейших риа в мире.

Приведенная ниже диаграмма описывает судьбу воды, перемещающейся в бассейне реки. Наряду с гидрографией местности она объясняет причину возникновения наводнений. Поверхностный сток воды является ключевым фактором внезапных наводнений. Если скорость осадков выше, чем скорость инфильтрации, тогда вода будет вынуждена протекать по поверхности. Для воды, стремящейся попасть в речное русло и тем самым вызвать резкий подъем уровня стока в реке, создавая риск внезапного наводнения, этот путь является самым быстрым. Таким образом, возникновение в бассейне реки каких-либо условий, благоприятствующих снижению скорости инфильтрации или увеличению скорости выпадения осадков, приводит к резкому увеличению вероятности внезапного наводнения. Такие условия, как промерзший или затопленный грунт, прослойка слабопроницаемого грунта, образовавшаяся на поверхности после летней жары, или крутой рельеф в совокупности могут создавать угрозу наводнения.

Если внезапные наводнения вызываются огромным количеством воды, образующей поверхностный сток, то что служит причиной других типов наводнений? Ключевым показателем «других типов наводнений», конечно же, является то, что они имеют тенденцию быть более продолжительными и случаются зимой. В это время года запасы грунтовых вод и почвенной влаги достигают максимальных значений. Возможно, вы не связывали эти понятия между собой, но приповерхностный слой пород над грунтовыми водами (почва, пропитанная влагой, при отсутствии в ней воздуха) известна как горизонт грунтовых вод. В период поздней зимы, протекающие в почвенном слое воды, наряду с грунтовыми водами в огромном количестве выносятся в речное русло. Это приводит к нарастанию просачивания подземных вод и попадания их в речной сток. Такое нарастание объема воды может быть усилено, скажем, штормом, поскольку любая новая порция воды, втекающая в бассейн реки, должна будет перемещаться в форме поверхностного стока. Объем воды в реке теперь может превысить пропускную способность русла, так что вероятность наводнения резко возрастает.

В отличие от внезапного наводнения, возникающего спонтанно, чтобы не сказать неистово, восстановление нормального уровня воды после длительных наводнений отнимает гораздо больше времени, так как время стояния высокой воды – в том числе и в вашем доме – будет также более длительным. Не стоит задерживаться на этом слишком долго, просто, когда вы видите по телевизору кадры с людьми, устремляющимися наверх с их попугаями и детьми на руках, помните, что вода в их жилых помещениях – совсем не чистая речная вода. Начиная с XIX века во многих странах мира в густонаселенных районах максимально облегчали, создавая соответствующие условия, скорейший сток воды в реки (предпочтительно вниз по течению). Это означает, что паводковые воды – это, совершенно очевидно, вода, поднявшаяся из глубин канализационной системы. К сказанному просто нечего добавить.

Реки, вызывающие самые разрушительные наводнения

* Отсутствие точных данных объясняется трудностями установления масштабов потерь в сельских местностях КНР. Однако нет никаких сомнений в том, что наводнение 1931 года является крупнейшей природной катастрофой в истории человечества.

Если не брать в расчет в качестве фактора штормовые волны или нагонную воду на побережье, крайне уязвимыми в отношении наводнений, как видно из вышеприведенной таблицы, являются восточные и юго-восточные регионы Азии. Китай чаще всего страдает из-за наличия там больших рек, несущихся по рыхлым песчаным лессовым отложениям. Подобно шлангу, находящемуся под давлением и оставленному на лужайке, реки стремительно меняют направление своего течения с самыми разрушительными последствиями для человека. Возможно, в этом и кроются корни беспрерывных попыток человека, отмечавшихся в истории, взять под контроль течение рек – желание самоутвердиться с помощью подчинения себе сил природы.

Берега

Как и прежде громко кричите «КТРГ!». Этот призыв направлен на предотвращение эрозии берегов, но как быть со всем остальным? Итак, если вы справились с КТРГ, пора уделить немного времени LSD (Longshore Drift – прибрежные наносы).

Прибрежные наносы образуются в связи с перемещением осадочных отложений вдоль береговой линии моря. Если на побережье имеется преобладающее направление ветров, тогда морские волны будут двигаться так, как показано на диаграмме. Отступающая волна, однако, будет двигаться назад и вниз от берега, следуя направлению градиента. Любой материал, находящийся на отлогом берегу, способный быть перемещенным путем смыва или под воздействием обратного потока воды, будет подхвачен водой и станет перемещаться вдоль береговой линии.

Точно так же, как силы эрозии могут изваять впечатляющие ландшафты с величественными формами рельефа, осадочный материал, будучи отложенным, так же способен создавать аналогичные по зрелищности формы.

Формирование косы

В том месте, где из-за разрушения формы береговой линии наносной материал выносится в прибрежную зону моря, естественным образом будет формироваться песчаная коса или, по-другому, стрелка. Хитами в мире кос являются коса Дандженесс в штате Вашингтон (США) и Прощальная коса в Новой Зеландии. Однако, никакая другая коса в мире не может даже приблизиться к Арабатской Стрелке в России и Украине, самой длинной косе в мире, растянувшейся на 110 км.

Что существенно, когда стрелка вырастает, достигая до острова, и таким образом соединяя его с материком, эта форма рельефа превращается в перешеек, как это можно видеть в Мон-Сен-Мишеле во Франции или в Чезил-Бич в Англии.

Прибрежный бар образуется тогда, когда в результате движения воды вдоль береговой линии в прибрежной акватории остается полоса возвышающейся над водой песчаной отмели. Так же, как и в случае с большим числом форм земного рельефа, имеется множество синонимов слова «бар», однако понятие «устьевой бар» по-видимому, в пространстве от Австралии до США является наиболее употребительным.

В самых величественных береговых ландшафтах часто доминируют формы, возникшие в результате взаимодействия сил эрозии и сил сопротивления твердой породы.

• Возвышенный мыс – рефракция волны приводит к возникновению образованию трещин и пробелов на склонах береговых форм рельефа.

• Пещера – трещины становятся больше, благодаря КТРГ.

• Арки – когда трещины смыкаются друг с другом, вы получаете арку, и в силу непрерывного КТРГ ее размер постепенно будет увеличиваться до того момента, пока она не разрушится.

• Насыпь – дальнейшая эрозия может привести к падению насыпи, после чего останется…

• Холм – только и всего, просто холмик, который будет видимым только при отливе.

Эрозия берегов (Береговая эрозия)