Б. З. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод

Понятие «поверхностные текучие воды» объединяет все воды, протекающие по поверхности суши, и включает в себя дождевые и талые воды, ручьи и реки, видоизменяющие земную поверхность. Источником поверхностных текучих вод является неравномерность выпадения осадков и испарения над сушей и над морем. Над морем ежегодно испаряется 505 тыс. км³ воды, а выпадает 458 тыс. км³, остальная вода (47 тыс. км³) переносится ветром на сушу и выпадает в виде различных осадков. В течение года эта вода возвращается в океан в виде водных потоков, захватывая с собой мелкие частицы пород и вызывая водную эрозию земной поверхности.

Подсчитано, что ежегодно водные потоки уносят в море 17 млрд т взвешенного твердого вещества, что соответствует срезанию поверхности суши в среднем на 0,09 мм в год. Суша выступает над морем в среднем на 750 м. Если разделить 750 м на 0,09 мм, получим 8,3 млн лет. Следовательно, в результате геологической деятельности текучих вод суша должна сравняться с морем за 8,3 млн лет. Но Земля существует уже 5 млрд лет, а суша с морем не сравнялась, так как экзогенному фактору (текучим водам) противостоят эндогенные факторы.

Роль текучих вод в жизни Земли огромна. Ежегодное срезание земной поверхности на 0,09 мм (лезвие бритвы) незаметно на первый взгляд, но это средний показатель. На самом деле Земля «худеет» по-разному, в зависимости от климата местности, высоты гор и твердости пород. Например, Кавказские горы срезаются на 0,5 см в год, в других местах, где нет дождей, деятельность текучих вод не проявляется.

Поверхностные текучие воды, как всякий экзогенный фактор, производят разрушительную работу — перенос и накопление осадочных пород, создавая определенные формы рельефа и почвообразующие породы (рис. 6.2). Текучие воды делятся на временные водные потоки и постоянные водные потоки — реки. Деятельность временных водных потоков обусловливает водную эрозию земной поверхности, которая подразделяется на плоскостную и линейную эрозию. Эти геологические процессы идут непрерывно, постоянно.

Рис. 6.2. Формирование рельефа под действием рек:

• 1 — исток; 2 — озеро; 3 — водопад; 4 — стремнина; 5 — излучина;
• 6 — приток; 7 — низовья; 8 — лиманы; 9 — дельта

Плоскостная эрозия наносит большой вред сельскому хозяйству, так как водные потоки уносят с полей почвенные частицы, содержащие элементы питания растений.

Линейная эрозия — это размыв земной поверхности с образованием оврагов. И плоскостная, и линейная эрозия идут на полях, не защищенных растительностью.

Эрозия проявляется до определенного уровня, получившего название базиса эрозии. Например, если овраг находится на берегу реки, то размывание дна оврага, его углубление происходит только до уровня воды в реке, в которую впадает овраг. Уровень воды в реке является базисом для данного оврага. С понижением уровня реки (или базиса эрозии) происходит увеличение эрозии — размывающей деятельности потока.

Овраги наносят огромный вред сельскому хозяйству не только тем, что исчезает земная поверхность, пригодная для посевов, но и тем, что овраги иссушают местность, понижая уровень грунтовых вод, при этом тем больше, чем глубже овраг.

Геологическая деятельность временных водных потоков причиняет большой ущерб народному хозяйству, так как от водной эрозии страдают сельскохозяйственные угодья. По данным Почвенного института имени В. В. Докучаева, с территории России ежегодно смывается 1,5 млрд т почвы.

Большой урон народному хозяйству в горных областях наносят во время бурного снеготаяния или выпадения обильных осадков грязекаменные потоки, или сели. Сели — бурные кратковременные потоки, несущие много твердого материала от тонкого ила до крупных каменных глыб. Они проходят по руслам малых рек или по оврагам, возникая во время интенсивных ливней, быстрого снеготаяния, прорыва запруд. Подъем уровня воды при наступлении селей происходит обычно очень быстро, нередко «передний фронт» селевого паводка образует крутой вал, обладающий большой разрушительной силой. Непосредственную опасность эти потоки представляют в горах. Они сходят по руслам малых рек и приносят много селевой массы в долины крупных рек, которые обычно наиболее заселены и освоены человеком. В зависимости от состава твердой составляющей сели подразделяются на грязекаменные, водокаменные и грязевые.

Сели угрожают приблизительно 200 населенным пунктам, а на значительной площади — сельскохозяйственным угодьям, во многих местах — коммуникациям. Образование селей обусловлено в первую очередь горным глубокорасчлененным рельефом и специфическими процессами, способствующими раздроблению и разрыхлению горных пород на склонах. Формирование селей зависит и от режима атмосферных осадков, динамики горных ледников. За последние годы стала заметной роль антропогенных факторов (неправильное использование земель, загрязнение среды и т. п.).

Повторяемость селей различная: некоторые селевые потоки формируются ежегодно, другие — несколько лет, а иногда несколько десятилетий. Последние наиболее опасны, так как за период «покоя» селя о нем забывают и застраивают конус выноса или разбивают на нем сады, виноградники, огороды. Все это становится легкой добычей селя, иногда служащего причиною гибели людей и домашних животных.

В условиях Дагестана могут быть применены три группы мероприятий по борьбе с селями.

• 1. Организационно-хозяйственные профилактические мероприятия: сохранение лесов и травянистого покрова, а также все мероприятия против эрозии почв. Большое значение имеет также правильная организация горных работ. Там, где породы на поверхности склонов уже разрушены и где деятельность селей проявляется интенсивно и угрожает народнохозяйственным объектам, нужно ограничить или полностью прекратить использование пастбищ на склонах. В некоторых случаях можно применять профилактическую очистку рыхлого материала, формирующего сель, путем принудительного обрушения отдельных участков склона, спуска приледниковых озер, создание дымовых экранов, уменьшающих интенсивность таяния ледников и т. п.
• 2. Агромелиоративные противоселевые мероприятия, в число которых входит закрепление склонов и русел путем посадки быстро растущих деревьев и кустарников. Весьма эффективным является террасирование горных склонов, особенно в сочетании с водоотводящими канавами, а также посадкой деревьев.
• 3. Инженерные мероприятия направлены на непосредственную защиту от селей путем создания сооружений: селепропускных, селезадерживающих, селенаправляющих и селеотводящих, укрепительных.

К селепропускным сооружениям относятся мосты, рассчитанные на пропуск селей под полотном дороги, и селепропуски для пропуска селей над дорожным полотном. Нередко для пропуска селей под дорогой кладут трубы, но они быстро забиваются грязекаменной массой и селевой поток переливается через полотно дороги, что сопровождается ее разрушением и завалами.

В качестве селезадерживающих сооружений применяются одиночные запруды или их системы, а также глубинные наносоуловители и боковые наносозадерживающие площадки. Наибольшее распространение получили верховые запруды. Их высота от 2—3 м до нескольких десятков метров.

Селенаправляющие и селеотводящие сооружения (дамбы, стенки и т. п.) устраиваются для создания фиксированного направления движения селевых потоков, например для отвода их от защищаемого объекта. Эти сооружения устраиваются возле мостов, а также вдоль селеопасных русел, на которых расположены объекты, нуждающиеся в защите (дороги, селения и др.).

Наконец, укрепительные сооружения защищают объекты от ударного, разрушающего или размывающего воздействия селевого потока. К ним относятся подпорные стены, селерезы и др. В Дагестане рекомендуется постройка мостов, в нужных случаях с подъемом дорожного полотна на подходных участках, направляющих стен, обвалований; канализирование русел перед мостами; укрепление берегов и ряд других сооружений. Что касается направляющих и защитных береговых стен, то экономически оправданы валы из крупного камня, который можно собирать непосредственно на месте.

Борьба с вредным воздействием селевых потоков на народнохозяйственные объекты и защита их от селей — задача комплексная. Там, где сели угрожают одновременно дорогам и сельскохозяйственным угодьям, необходимо объединение усилий дорожных и сельскохозяйственных организаций для совместного осуществления противоселевых мероприятий. Только скооперированными совместными действиями с широким привлечением местных жителей можно предотвратить селевую угрозу.

Геологическая деятельность рек (постоянных водных потоков) соответствует линейной эрозии текучих вод. Образовавшиеся овраги при обилии атмосферных или грунтовых вод, выходящих на поверхность земли в виде ключей, родников могут превратиться в реки. По мере движения количество воды в реках увеличивается за счет принимаемых ими новых наземных и подземных источников питания. В главную реку впадают притоки. Та площадь земной поверхности, с которой вода стекает в отдельную реку, называется водосборным бассейном реки.

Геологическая работа рек выражается в эрозии, транспортировке (переносе) и аккумуляции (накоплении) продуктов разрушения горных пород и минералов. Работа рек проявляется в разрушении потоком воды обнажающихся в русле реки выходов горных пород и минералов переносимыми в воде твердыми частицами, а также в химическом растворении и выщелачивании различных соединений. Чем выше исток или верховье реки над устьем, тем быстрее скорость водного потока и разрушительнее сила реки.

Размывающая деятельность реки (донная эрозия) наиболее интенсивно проявляется в быстротекущих горных реках, особенно в верховьях. Эрозия в равнинных реках значительно слабее и выражается главным образом в подмывании берегов (боковая эрозия). У рек также есть свой базис эрозии, т. е. тот уровень, ниже которого не проявляется размывающая деятельность рек. Например, базисом эрозии для р. Терек является уровень Каспийского моря вблизи ее устья.

Различают реки горные, характеризующиеся значительным уклоном дна, большой скоростью течения воды и узкой глубокой долиной (ущелья или каньоны), и равнинные, у которых уклон небольшой, скорость течения воды также невелика, а долина неглубокая и широкая.

Любая река размывает земную поверхность, образуя различные по ширине и глубине долины. Например, у Волги ширина долины составляет 20—30 км, а в устье даже до 60 км. Это зависит от возраста реки, в жизни всякой реки наблюдаются периоды молодости, зрелости и старости. Молодая река имеет глубокую узкую долину, как овраг, вода в ней течет быстро, размываемый материал уносится далеко и откладывается в устье. Когда уровень воды в реке сравняется с уровнем воды в водоеме, куда впадает данная река, кончается молодость реки. Начинается зрелая стадия в жизни реки. Вода течет медленно, на нее действуют центробежные силы, связанные с вращением Земли, и река подмывает свои берега, расширяет долину. У реки появляется пойма, т. е. участок долины, который заливается водой только в половодье (после таяния снега, если река снегового питания). Следует отметить, что пойма неоднородна. Она делится на прирусловую, покрытую песком и гравием, центральную, где преобладает суглинистый, наиболее ценный аллювий, и притеррасную, почти всегда заболоченную из-за того, что река разрезает землю и вскрывает грунтовые воды, которые в виде ключей (родников) поступают в пойму.

Русло реки изгибается, обходя малейшие препятствия, река образует излучины. В пойме откладывается переносимый рекой материал, река постепенно замедляет течение, заиливается — наступает старость, и река может умереть, оставив на месте русла отдельные плесы.

Однако может произойти и омоложение реки. Это происходит в двух случаях: если понизился базис эрозии реки, т. е. уровень приемного водоема (океан, море, озеро), или произошел подъем местности, откуда река берет начало. В любом случае снова создается уклон и вода течет с большей скоростью. У реки начинается вторая молодость, новый цикл глубинной эрозии. Русло реки спрямляется, излучины отделяются от реки в виде стариц (следы бывших участков русла), имеющих подковообразную форму, а река врезается в собственные наносы речного пойменного аллювия, образуя уступы, которые называются террасами. Так река из старой превращается в молодую, и весь эрозионный цикл повторяется до следующего постарения, а затем в зависимости от обстоятельств — и до нового омоложения. По числу террас в виде ступенек можно судить о том, сколько раз река омолаживалась, т. е. сколько раз понижался базис эрозии реки.

У реки Енисей семь террас, значит Енисей омолаживался семь раз. Причина омоложения — подъем Алтайских гор, где река берет начало, а Алтайские горы молодые, относятся к альпийской складчатости и тектонические процессы там идут периодически.

Реки представляют большую ценность для человека не только как водные артерии, но и как речной аллювий, который заполняет пойму реки, а после очередного омоложения реки остается на террасах, представляющий собой очень ценную почвообразующую породу. Аллювий имеет мощность от 5 до 100 м и более. Благоприятные условия для накопления аллювия складываются в устьях рек, где уклоны практически отсутствуют.

При выносе рыхлого материала рекой в море (озеро) или океан происходит образование дельты, участка суши, отвоеванного рекой у моря. Дельта постепенно из года в год разрастается в связи с большим количеством наносов. Например, дельтовые отложения р. Хуанхэ и Янцзы имеют длину 1100 км и ширину 300—400 км, а общая площадь, занятая дельтой, близка к площади Каспийского моря. Дельта увеличивается на несколько метров в год, однако для некоторых рек нарастание дельты происходит очень интенсивно. Например, р. Терек наращивает свою дельту на 100 м в год.

Велико значение аллювия для сельского хозяйства, так как в составе отложений, помимо крупных обломочных частиц, всегда присутствуют илистые частицы, обогащенные перегноем и минеральными солями. Кроме того, аллювий, благодаря своему неоднородному составу, обладает рыхлой, пористой структурой и способствует накоплению влаги. Недаром в поймах рек и на террасах долин наблюдаются многочисленные поля, бахчи, многолетние насаждения садов и виноградников, с которых получают высокие урожаи сельскохозяйственных культур.