Эндогенные и экзогенные процессы как факторы рельефообразования

 

3.3.Флювиальные  процессы

 

Поверхностные текучие воды - один из важнейших факторов преобразования рельефа Земли. Совокупность геоморфологических процессов, осуществляемых текучими водами, получила наименование флювиальных.

 Рассмотрим некоторые общие закономерности работы водотоков.

Водотоки или, как их называют, русловые потоки, подобно другим экзогенным агентам, производят разрушительную работу — эрозию, перенос материала и его аккумуляцию и создают выработанные (эрозионные) и аккумулятивные формы рельефа. И те и другие теснейшим образом связаны друг с другом. Размыв и аккумуляция материала часто сменяют друг друга во времени и пространстве, поэтому не существует геоморфологических комплексов, где были бы развиты исключительно формы одного из этих двух типов. Можно только различать области преобладающей эрозии и преобладающей аккумуляции. Однако на суше эрозионные формы рельефа пользуются большим развитием и распространением, чем аккумулятивные. Эрозионная работа водотока осуществляется за счет “живой силы”, или энергии потока, корразии (воздействия на дно и берега влекомыми потоком обломками) и химического влияния воды на породы, слагающие дно и берега реки.

 

Наибольшее значение имеет  энергия потока, которая может  быть выражена формулой (см. рис. 3.2.)

 

F= mv²/2

 

Рис.3.2. Формула энергии потока, где m — масса воды, v — скорость течения.

 

 

 

Следует отметить, что масса  воды пропорциональна расходу потока, скорость течения выражается формулой Шези:( см. рис 3. 3.)

 

 

Рис.3.3. Формула Шези, где С — коэффициент, зависящий от шероховатости русла, R — гидравлический радиус (отношение площади живого сечения водотока к смоченному периметру русла), I — уклон.

Таким образом, чем многоводнее  поток и круче уклон, тем больше энергия и, следовательно, эродирующая  способность потока. Однако поток  будет эродировать лишь в том  случае, если не вся энергия текучей  воды расходуется на перенос твердого материала и на преодоление сопротивления. В противном случае в русле  потока будет происходить аккумуляция.

В эрозионной работе водотоков  различают глубинную (донную) эрозию, направленную на углубление эрозионной формы, и боковую эрозию, ведущую к ее расширению. В работе любого водотока почти всегда можно обнаружить признаки обоих видов эрозии. Однако интенсивность их меняется в зависимости от уклона русла, геологического строения территории, по которой протекает водоток, стадии развития водотока (его возраста) и других причин. Преобладание того или иного вида эрозии накладывает отпечаток прежде всего на морфологию (форму) долин русловых потоков. Узкие, глубокие и относительно спрямленные долины свидетельствуют об интенсивной глубинной эрозии текущих по ним водотоков. Широкие, плоскодонные долины с прихотливо извивающимися руслами водотоков говорят о преобладании боковой эрозии.

Ширина долины водотока зависит  от его величины, состава пород, прорезаемых  водотоком, уклона местности и других факторов. Углубление русла водотока также происходит не беспредельно. Оно ограничивается прежде всего уровнем водного бассейна (озера, моря), куда впадает водоток. Этот уровень называется базисом эрозии. Общим базисом эрозии для русловых водотоков является уровень Мирового океана. Наряду с ним различают местные базисы эрозии, которые могут располагаться на любой высоте. Возникновение местных базисов эрозии чаще всего определяется геологическим строением ложа (русла) потока. Выходы прочных пород, пересекающих русло, неизбежно вызывают замедление врезания, поэтому в течение какого-то отрезка времени профиль русла на участке выше выхода прочных пород будет приспосабливаться к этому временному базису.

Поскольку уровень воды в  реке является базисом эрозии для  впадающих в него притоков, местным  базисом эрозии часто называют уровень дна долины по отношению к прилегающей поверхности водосбора, который она дренирует.

Выше базиса эрозии водоток  стремится углубить свою долину до тех пор, пока не сформирует профиль, в каждой точке которого энергия потока окажется уравновешенной сопротивлением подстилающих пород размыву, а транспортирующая способность потока окажется выровненной по всей его длине. Такой профиль называется выработанным, или предельным профилем равновесия. Предельный профиль равновесия  может быть выработан только в определенных условиях: 1) при однородном составе пород, размываемых водотоком на всем его протяжении; 2) при постепенном увеличении количества воды по направлению от истока к устью.

Исходная форма временно действующих водотоков — эрозионная борозда — возникает на делювиальных склонах при переходе плоскостного смыва в линейный. Глубина борозд от 3 до 30 см, ширина равна или немного превосходит глубину. Поперечный профиль эрозионных борозд имеет V-образную или ящикообразную форму. Стенки борозд крутые, часто отвесные. После прекращения стока склоны быстро выполаживаются. Обычно борозды, располагаясь в нескольких метрах друг от друга, образуют разветвленные системы. Глубина и морфологическая выраженность борозд вниз по склону постепенно увеличиваются по мере увеличения количества стекающей воды.

На распаханных склонах  и склонах с разреженным растительным покровом борозды с течением времени превращаются в эрозионные рытвины (промоины), глубина которых может достигать 1,0-2,0 м, ширина - 2,0-2,5 м. Склоны рытвин также характеризуются большой крутизной, местами они отвесные, поперечный профиль их чаще всего V-образный.Однако не каждая эрозионная борозда превращается в промоину. Для образования последней нужен более мощный водоток, а следовательно, и большая площадь водосбора. Поэтому рытвины встречаются на склонах значительно реже эрозионных борозд и обычно отстоят друг от друга на десятки метров.

Эрозионные борозды и  рытвины в легко поддающихся  размыву породах (песок, суглинок, лёсс и др.) могут образоваться в течение одного ливня или за несколько дней весеннего снеготаяния. В дальнейшем рытвины служат коллекторами для дождевых и талых вод.

При достаточном водосборе  часть рытвин, углубляясь и расширяясь, постепенно превращается в овраги. Глубина оврагов 10-20 м и более, ширина (от бровки до бровки) 50 м и более. Склоны оврагов крутые, часто отвесные. Поперечный профиль оврагов V-образный. Иногда они характеризуются плоским дном, ширина которого не превышает нескольких метров. Овраг отличается от рытвины не только своими размерами, но и тем, что он имеет свой собственный продольный профиль, отличный от профиля склона, прорезаемого им. Продольный профиль рытвины, как правило, повторяет продольный профиль склона, хотя и в несколько сглаженном виде овраг — активная эрозионная форма. Наиболее подвижной является его вершина, которая в результате регрессивной (пятящейся) эрозии может выйти за пределы склона, на котором возник овраг, и продвинуться далеко в пределы междуречий. Поэтому многие овраги характеризуются значительной длиной, исчисляемой сотнями метров и даже километрами.

Растущая вершина оврага может иметь различный вид. Овраг  часто начинается сразу отвесным уступом - вершинным перепадом - высотой 1,0-3,0 м, со всех сторон окруженным пологонаклонной к нему поверхностью. Иногда в вершинах оврагов наблюдаются нечетко выраженные в рельефе понижения, имеющие в плане эллипсовидную, округлую или (часто) округло-лопастную форму. Такие формы рельефа называют водосборными понижениями. Иногда выше вершин оврагов располагаются неглубокие (1,0- 3,0 м), линейно вытянутые понижения, с задернованными пологими склонами, которые без четко выраженных бровок переходят в поверхность междуречий. Такие формы рельефа получили название ложбин. Начинаются они едва заметными в рельефе безрусельными понижениями — потяжинами. На топографических картах, даже крупномасштабных, потяжины, как правило, не находят отображения, но хорошо видны на крупномасштабных аэрофотоснимках, особенно на пашнях и участках с разреженным растительным покровом. Ложбины спривязанными к ним потяжинами в большинстве случаев являются не следствием развития оврагов, а причиной их возникновения. Овраги, заложившиеся по ранее существовавшим эрозионным формам, называются донными, вторичными или вложенными оврагами, а возникшие на склонах речных долин и развившиеся из более мелких эрозионных форм, — береговыми или первичными.

С ростом оврага в длину  и выработкой продольного профиля  эрозионная сила стекающей воды уменьшается. Склоны оврага выполаживаются, на них появляется растительность. Расширяется дно оврага как за счет продолжающейся боковой эрозии, так и за счет отступания склонов в результате склоновых процессов. Овраг превращается в балку. Переход оврага в балку совершается не сразу на всем его протяжении. Процесс этот начинается с нижней, наиболее древней части оврага и постепенно распространяется вверх.

В дно балки в дальнейшем может снова врезаться овраг. При неоднократном врезании донных оврагов на склонах балок образуются площадки-ступени, сложенные балочным аллювием, — балочные террасы.

Выносимый из оврагов и  балок материал, если он не уносится рекой, откладывается в устьях, образуя  конусы выноса. Материал, слагающий  конусы выноса временных водотоков, называется пролювием (от лат.proluo - уношу течением). Состав пролювия зависит от характера осадков, слагающих склон, прорезаемый оврагом или балкой, стадии развития оврага и характера стока дождевых и талых вод. В целом для него характерна плохая сортировка материала, слабая окатанность обломков, уменьшение размера частиц от вершины конуса выноса к его основанию и от его осевой линии к краям.

Овражная эрозия - природное бедствие, наносящее большой ущерб народному хозяйству. Рост оврагов уменьшает площадь угодий, пригодных для земледелия. Известно немало примеров превращения ранее богатых пахотных земель в непригодные для земледелия, изборожденные оврагами площади.

Следующей в генетическом ряду эрозионных форм является речная долина, т. е. долина с постоянным водотоком. Все более углубляющаяся эрозионная форма может достигнуть уровня грунтовых вод, которые и дают начало реке.

В описанном генетическом ряду: эрозионная борозда - рытвина - овраг -балка- речная долина - вовсе не обязателен переход одних форм в другие или возникновение одних форм из других. Выше уже говорилось, что не каждая эрозионная борозда превращается в рытвину и не каждая рытвина - в овраг. Овраг еще в период энергичной глубинной эрозии может врезаться до уровня грунтовых вод и, минуя балочную стадию, превратиться в долину ручья с постоянным водотоком. Точно так же не каждая балка может превратиться в речную долину и не каждая балка в своем развитии проходила овражную стадию. Так, в условиях гумидного климата на территориях, покрытых лесом, многие эрозионные формы типа балок никогда не были оврагами и изначально формировались по типу балок или ложбин.

Определенную специфику  имеет деятельность временных водотоков в горах. В горах в верховьях водотоков обычно образуются четко выраженные в рельефе водосборные воронки — углубления в виде амфитеатров, склоны которых прорезаны эрозионными бороздами и рытвинами, ветвящимися кверху и сходящимися к основанию воронки. Отсюда начинается канал стока — тянущаяся вниз по склону глубокая и узкая рытвина овражного типа с V-образным поперечным сечением. У нижнего конца канала стока формируется конус выноса. Значительная крутизна продольных профилей и большие перепады высот между верховьями и устьями обусловливают интенсивную разрушительную работу временных водотоков гор.

 

3.4.Карст

 

Карст, карстовые явления (нем. Karst, от названия плато Карст, или  Крас, в Югославии), явления, возникающие  в растворимых природными водами горных породах, и процесс их образования. Карст характеризуется комплексом поверхностных и подземных форм, своеобразием циркуляции и режима подземных вод, речной сети и озёр: развивается в карбонатных и некарбонатных породах. В пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся породы занимают (в млн. км²): карбонатные — до 40 гипсы и ангидриты — около 7, каменная соль — до 4. Карбонатные породы растворяются при участии свободной углекислоты Или других минеральных и органических кислот. Сульфатные породы и каменная соль могут растворяться в воде без сопутствующих реакций. К. развивается под совокупным воздействием поверхностных и подземных вод. Растворение горной породы часто сопровождается механическим размывом. При этом размыв может подготавливаться растворением спаек между зёрнами породы, что освобождает их от сцепления и облегчает смыв.

Для поверхности карстовых  местностей характерны мелкие борозды - карры, замкнутые углубления: воронки, ванны, котловины, полья, естественные колодцы и шахты, слепые (замкнутые в нижнем конце) долины и балки. Особенно типичны воронки (конические, котлообразные, блюдцеобразные либо в виде ям неправильной формы) диаметром от 1 до 200 м и глубина от 0,5 до 50 м. На дне воронок и других понижений встречаются водопоглощающие отверстия - поноры. Котловины и воронки могут то заполняться водой, то осушаться (периодически исчезающие озёра). Котловины площадью до нескольких десятков и сотен километров квадратных, с крутыми бортами, ровным дном, исчезающими речками и ручьями известны под названием польев.

В закарстованных массивах образуются различные подземные  ходы, полости, пещеры, которые часто развиваются вдоль трещин. Длиннейшие пещеры мира превышают 100 км (например, пещерные системы Флинт-Ридж в Кентукки, США, Хёллох в Альпах, Швейцария). Глубокие карстовые колодцы и естественные шахты, или пропасти, составляют переход между поверхностными и подземными формами карста. Глубочайшие пропасти мира - Пьер-Сен-Мартен 1110 м (Франция - Испания) и Берже 1122 м (Изер, Франция). В России Назаровская пропасть в районе Сочи на Западном Кавказе имеет глубину около 500 м (рис. 3.4).

 

Рис.3.4. Карстовая пещера [14]

 

Комплекс поверхностных  и подземных карстовых форм наиболее полно выражен в том случае, когда поверхность растворимых горных пород обнажена - голый карст. Но растворимые горные породы могут быть покрыты: слоем почвы и дёрна (тогда отсутствуют обнажённые карры) - задернованный карст; нерастворимыми рыхлыми осадками (для поверхности характерны воронки и другие формы "просасывания", образующиеся путём вмывания в трещины и пустоты карстующихся толщ рыхлых покровных образований)- покрытый карст; нерастворимыми скальными образованиями (из поверхностных форм характерны только провалы) - бронированный К. Растворимые породы могут быть вообще глубоко погребены под некарстующимися толщами, и тогда карстовые формы на поверхности не выражены - погребённый карст. Своеобразные карстовые ландшафты наблюдаются в тропических странах, нередко с характерными останцами из известняков . Своеобразно протекают карстовые процессы в условиях распространения многолетнемёрзлых горных пород.