География на ладони. Краткий курс по устройству планеты

Уильямс Уилл

Физический мир

Реки

Поскольку реки обеспечивают бесценными ресурсами огромное количество людей по всему миру – и забирают жизни многих – наверное, лучше всего именно с них и начать наше исследование того, что мы помним о физической географии. Река – поток воды, текущей по каналу под уклоном вниз, – проста и доступна пониманию. Это либо весело бурлящий водяной каскад, сбегающий вниз по

склону горы; либо повергающий в ужас огромный водопад; либо длинный, извилистый равнинный поток; либо огромная масса воды во время половодья, уносящая с собой вниз все, что встречается ей на пути.

Возможно, вы изучали, где какие реки находятся и насколько длинными они являются, или же вам доводилось переходить их вброд и заниматься их измерением, а также измерением гальки и всего прочего, связанного с ними. К сожалению, первое обычно относится к тем рекам, которые протекают по таким экзотическим местам, как Египет, тогда как последнее, касается любых водотоков, которые можно обнаружить где угодно поблизости.

Продольный профиль

Под этим термином подразумевается «строение» реки, или то, как она меняется по форме на протяжении всей своей длины, начиная от истока до устья. Реки обычно подразделяются на три части: верховье, среднее течение и нижнее течение. Начинаться они могут с родника, болота или протечек и ручейков, текущих по крутым склонам гор, подпитываемых дождями. По мере продвижения от истока до устья, большинство рек кардинально меняют свой облик и характер в силу взаимосвязи следующих трех факторов:

• «скорости», с которой высота русла или ложа реки снижается по мере продвижения к устью (градиент);

• соотношения между поверхностью трения русла и берегов реки, с одной стороны, и площадью поперечного сечения русла (морфология русла);

• мелкомасштабных особенностей речного русла и их влияния на характер течения воды, ее круговоротов и завихрений (неровности поверхности русла).

Очевидно, что воздействие воды на поверхность земли – это только одна часть дела. Другая состоит в том, что подлежащие горные породы представляют собой альбом, на который вода наносит свои рисунки.

В каких местах течение реки самое быстрое?

Возможно, вам кажется логичным, что река течет быстрее всего у своего истока, в ее верхнем течении, и что именно здесь она демонстрирует крутой градиент? Иными словами, вам может показаться, что именно так и всё и происходит, и действительно, большинство водопадов находятся в верхнем течении реки и именно в этой части реки текут довольно быстро. Но ответ все же не так прост, как может показаться. На протяжении значительного отрезка течения реки, наибольшие ее скорости обнаруживаются в тех ее участках, где влияние градиента достаточно сильно, чтобы сломить сопротивление темных сил трения подлежащих поверхностей. В конечном итоге, именно в нижнем течении реки ее русло оказывается наиболее эффективным, так что средняя скорость течения реки достигает здесь своего максимума.

КАКИМ ОБРАЗОМ ИЗМЕРЯЕТСЯ ОБЪЕМ ВОДЫ В РЕКЕ?

Объем перемещаемой воды в реке называется его стоком, и он рассчитывается как площадь поперечного сечения русла перемноженное на среднюю скорость ее течения.

Следовательно, единицы, в которых измеряется сток – это метры кубические в секунду. Общепринятым обозначением стока реки является знак Q.

Формирование ландшафта

Реки представляются хорошей иллюстрацией важности «событий с высокой магнитудой и низкой частотой» в формировании ландшафта. В течение большей части года река способна с легкостью перемещать массу воды, не оставляя энергии, достаточной для эрозии [4] . Наверное, 4 или 5 раз в году, величина стока воды в реке достигает уровня, достаточного для того, чтобы заполнить все ее русло (известна как «руслонаполняющий расход воды»). Приблизительно в этот момент энергия

реки достигает наибольшего уровня, с которым она может справиться, при данной форме ее русла. Но если уровень воды еще больше повышается, река выходит из берегов, меняя свою форму и продольный профиль, а также увеличивая или же сокращая интенсивность эрозии русла. Однако это происходит только в тех случаях, когда река уже больше не может транспортировать свой сток, в условиях сохранения текущего профиля русла. Поэтому только тогда, когда река находится в состоянии обладания наивысшей энергией, которой она способна управлять, она приступает к выполнению какой-либо новой работы.

4

Т. е. событий энергозатратных, но редко происходящих. – Прим. ред.

Как реки делают свою работу

Мы все когда-то учили мнемоническое обозначения процессов флювиальной эрозии [5] (и надо отметить, береговой эрозии в том числе) – КТРГ (CASH, англ.):

Корразия (corrasion) – механическое разрушение или размывание. Происходит тогда, когда горные породы трутся о ложе и берега реки, меняя форму ее русла. Правильнее было бы этот процесс назвать «абразией», однако, такое название может создать проблему для сочинителей мнемонических обозначений.

5

От лат. fluvius – поток. – Прим. ред.

Трение, истирание (attrition) – обломки горной породы трутся друг о друга, формируя более округлые и более мелкие частицы.

Растворение (solution) – частицы пород растворяются в воде, становясь частью реки. В районах распространения известняка со слегка кислотной водой это способствует возникновению одного из самых странных явлений на нашей планете. Дождевая вода, вступая в реакцию с углекислым газом при прохождении ее через воздушную среду, образует слабую угольную кислоту. Поэтому, даже при отсутствии каких-либо других загрязнителей воздуха, дождевая вода всегда будет несколько более кислой.

Гидравлическое воздействие (hydraulic action) – воздействие воды на ложе или донную поверхность реки и ее берега, могут привести к тому, что воздух будет заперт в ловушку, так что его давление приведет к ослаблению берега и вызовет его истирание.

Как реки перемещают грузы

Под «грузами» здесь, конечно же, подразумевается любой материал, – гравий, галька, обломки горных пород, – который переносится вместе с естественным потоком воды в реке. Поскольку вода движется, она обладает кинетической энергией. Река использует эту энергию для выполнения следующих видов работы:

Течение (flowing) – в буквальном смысле этого слова, т. е. перемещения водяной массы и ничего больше. Но, помимо растворения некоторых веществ на этом пути, река выполняет еще кое-что.

Транспортировка (transporting) – при условии достаточности энергии, вода будет переносить с собой материалы, направляя их вниз по течению.

Эродирование (eroding) – вне зависимости от того, частицы каких веществ растворены в воде, эрозивный потенциал реки будет весьма незначительным, при условии, что река не находится в высокоэнергетическом состоянии. Таким состоянием река обладает лишь на отдельных ее участках, где течение достаточно быстрое – таких, например, как пороги. А также в определенное время года, когда уровень стока достигает максимальных величин.

Методы транспортировки

В зависимости от размеров частиц и скорости воды, при транспортировке материалов река использует следующие процессы:

Растворение – как можно предполагать, растворимый материал растворяется в реке и переносится водой – легкий груз для начала.

Образование взвеси – мелкие частицы, такие как тина, ил или пылеватый материал, находятся в виде взвеси на поверхности текущей воды и в этом состоянии переносятся водой.