Реки являются одними из самых мощных и стойких сил изменения ландшафта Земли, вырезания долин, транспортировки осадка и строительства новых земель в течение геологического времени. Понимание процессов формирования рек и их влияния на рельефы имеет важное значение для студентов, преподавателей и всех, кто стремится понять, как развивается топография поверхности. Эта статья расширяет классическую модель развития рек, исследует ключевые эрозионные и осаждения механизмы и исследует широкий спектр форм рельефа, которые создают реки, от молодых ущелий до зрелых пойм и сложных дельт.

Гидрологический контекст формирования рек

Реки образуются как часть гидрологического цикла, в котором осадки, падающие на более высокую землю, собираются в каналы и текут к более низким высотам под действием силы тяжести. Начальная стадия реки начинается с потока листа над поверхностью земли, который концентрируется в рилли, а затем овраги. Со временем эти овраги углубляются и расширяются, образуя постоянные каналы потока. Размер и структура речной системы зависят от баланса между вводом воды (осадки, таяние снега, просачивание грунтовых вод) и потерями (испарение, инфильтрация), а также базовой геологией и топографией. По мере того, как вода течет вниз по склону, она получает кинетическую энергию, которая управляет процессами эрозии , транспорта и осаждения , которые формируют землю.

Для более полного обзора гидрологического цикла и основ рек, Школа водных наук USGS обеспечивает отличный вводный материал.

Этапы развития рек

Классическая модель речной геоморфологии делит развитие рек на три этапа: молодость, зрелость и старость.В то время как реальные реки сложны и могут проявлять характеристики нескольких стадий в разных точках по своей длине, эта структура остается полезной для понимания того, как реки развиваются с течением времени.

Молодежная стадия

В молодости реки обычно характеризуются крутым градиентом, быстрым течением и высокой эрозионной энергией. Доминирующим процессом является вертикальная эрозия, которая углубляет речной канал вниз в коренную породу. Это производит узкие V-образные долины с крутыми сторонами и часто включает в себя такие особенности, как водопады, пороги и бассейны погружения. Течение реки относительно прямое, с небольшим количеством извилин. На этой стадии притоки активно врезаются в ландшафт, образуя дендритный дренажный рисунок. Молодежная стадия распространена в горных районах, где тектонический подъем создает высокий рельеф.

Зрелая стадия

По мере уменьшения градиента реки она переходит в зрелую стадию. Вертикальная эрозия замедляется, а последняя эрозия становится более важной. Река начинает извиваться, перерезая боком в свои берега и развивая более широкий пол долины. Осадочное осаждение начинает играть значительную роль, с точечными брусьями, образующимися внутри извилистых изгибов и отрубов, размывающихся снаружи. Долина становится шире, и река может развить пойму через повторяющиеся наводнения и осаждения. Образец канала становится извилистым, и начинают формироваться такие особенности, как меандры и озёра овсянки.

Старость этап

В старости река имеет очень низкий градиент и медленную скорость. Доминирующим процессом является опускание, хотя по-прежнему происходит некоторая боковая эрозия. Долина широкая и плоская, с обширной поймой, состоящей из аллювиума (осадка, отложенная рекой). Река может плести или извиваться через ее пойму, часто меняя курс. Дельтас распространены в устье реки, где осадок откладывается, когда река входит в стоячий водоем. Эта стадия типична для рек, протекающих через прибрежные равнины или широкие внутренние бассейны.

Важно отметить, что не все реки проходят линейно через эти стадии; омоложение из-за тектонического подъема, изменения климата или падения базового уровня может оживить вертикальную эрозию. Для дальнейшего чтения о омоложении рек и эволюции ландшафта см. Проект знаний о естественном образовании по речным процессам .

Ключевые речные процессы: эрозия, транспорт и осаждение

Понимание трех основных процессов — эрозии, транспорта и осаждения — имеет основополагающее значение для объяснения того, как реки формируют формы суши.

эрозия

Речная эрозия происходит в нескольких формах: абразивность (грудная порода, изношенная осадком, переносимым в воде), гидравлическое действие (сила самой воды, вытесняющей частицы), растворение (растворение растворимых пород, таких как известняк) и убыль (частицы осадка сталкиваются и распадаются на более мелкие кусочки). Скорость эрозии зависит от скорости потока, нагрузки на осадок и сопротивления породы. Вертикальная эрозия доминирует в верхнем течении, в то время как боковая эрозия становится более важной ниже по течению.

Транспорт

После эрозии осадок транспортируется вниз по течению одним из четырех механизмов: раствор (растворенная нагрузка), суспензия (тонкие частицы, удерживаемые в воздухе турбулентностью), соленость (частицы размером с песок, прыгающие вдоль кровати) и тяга (более крупные частицы, катящиеся или скользящие). Емкость и компетентность реки - ее способность переносить осадок разных размеров - непосредственно связаны с ее скоростью. Более быстрая, более глубокая вода может транспортировать больший материал. По мере снижения скорости осадок откладывается в процессе, называемом осадок .

Смещение

Когда река теряет энергию — из-за пониженного градиента, пониженного сброса или входа в озеро или океан — она откладывает свою нагрузку. Опускание создает различные рельефы, включая точечные бруски, аллювиальные вентиляторы, поймы, дамбы и дельты. Сортировка происходит, когда сначала откладывается более грубый материал, а затем более мелкие пески и илы. В течение длительных периодов отложенные осадки могут накапливаться до больших толщин, образуя плодородные сельскохозяйственные почвы и слои осадочных пород.

Факторы, влияющие на формирование и поведение рек

Несколько природных и антропогенных факторов контролируют то, как реки формируют, меняют курс и формируют ландшафт. В оригинальной статье упоминались геология, климат, топография и человеческая деятельность. Здесь мы расширяем их и вводим дополнительные влияния.

Геология и тип породы

Подстилающие породу и почву определяют способность реки к эрозии вертикально и боково. Жесткие, устойчивые породы, такие как гранит, приводят к крутым ущельям и водопадам, в то время как более мягкие породы (сланец, песчаник) разрушаются легче, создавая более широкие долины. Наличие разломов и стыков может направлять пути каналов и создавать зоны слабости для быстрой эрозии. В карстовых ландшафтах (известняк) реки могут исчезать под землей, создавая обширные пещерные системы.

Климат и гидрология

Климат регулирует количество и сроки осадков, что непосредственно влияет на режим стока и стока рек. Реки во влажных умеренных и тропических регионах обычно имеют многолетний поток с высокими нагрузками на осадки, в то время как реки в засушливых регионах могут быть эфемерными, но могут испытывать внезапные наводнения огромной эрозионной силы. Ледниковые талые воды демонстрируют сильные сезонные колебания и тяжелые нагрузки на осадки, которые производят отличительные оплетенные каналы.

Топография и тектоника

Наклон земли (градиент) определяет скорость течения и потенциал эрозии. Крутые склоны в горных районах способствуют быстрому разрезу и массовому истощению, что доставляет осадок к каналам. Тектонический подъем может омолаживать реки, заставляя их вырезаться в существующие поймы и образовывать вырезанные извилины или террасы. Подседение в осадочных бассейнах стимулирует осаждение и образование обширных аллювиальных равнин. Изменения уровня основания (например, изменения уровня моря) также могут резко изменить поведение реки; падение уровня основания вызывает разрез внутри страны, в то время как повышение способствует агрегации.

Растительность и почвенный покров

Растительность стабилизирует берега рек, уменьшая боковую эрозию, и перехватывает осадки, уменьшая поверхностный сток и эрозию листа. Обезлесение, будь то естественный (дикий огонь) или вызванный человеком, может резко увеличить эрозию и урожайность осадков. Корневые системы прибрежной растительности помогают поддерживать форму канала. С другой стороны, введение инвазивных видов может изменить стабильность банка и структуру потока.

Деятельность человека

Люди изменяют речные системы многочисленными способами: строительство плотины, канализация, строительство дамбы, извлечение воды, изменение землепользования и загрязнение. Плоды ловят осадок, истощают досягаемость материалов, необходимых для поддержания пляжа и дельты, а также изменяют режим потока. Урбанизация увеличивает стоки и пиковые сбросы, вызывая более частые наводнения и эрозию каналов. Сельское хозяйство может увеличить нагрузку на осадки, поскольку почвы подвергаются воздействию. Эти воздействия оказывают глубокое воздействие на форму и функцию осадков, часто ускоряя естественные процессы до степени, не наблюдаемой в ненарушенных условиях. Для обсуждения воздействия человека на реки, Всемирный фонд дикой природы предлагает понимание стрессоров пресноводной экосистемы.

Основные формы суши, сформированные реками

Реки создают разнообразный массив рельефов посредством эрозии и осаждения в различных пространственных и временных масштабах. Ниже мы классифицируем наиболее распространенные и значимые рельефы.

Эрозионные формы земель

V-образные долины и ущелья

Образующиеся в основном вертикальной эрозией на юношеской стадии V-образные долины имеют крутые стороны и узкий пол. В устойчивых скалах эти долины могут стать глубокими ущельями — классические примеры включают Гранд-Каньон и различные щелевые каньоны на юго-западе США. Речные разрезы вниз быстрее выветривания могут расширять склоны долины, сохраняя V-профиль.

Водопады и быстрые

Водопады возникают там, где слой твердой породы лежит над более мягкой породой. Река быстро размывает мягкую породу, подрезая твердую породу до тех пор, пока она не рухнет, отступая вверх по течению с течением времени. Образуются стремительные образования, где градиент круче локально из-за устойчивых скал или грубых скоплений осадков. Бассейны у основания водопадов чищены падающей водой и абразивным осадком.

Инсайдеры и инсайдеры

Миандры — извилистые изгибы, образованные боковой эрозией на внешнем берегу и осаждением внутри. На зрелой стадии меандры мигрируют по пойме. Если происходит тектонический подъем или падение базового уровня, меандры могут стать нарезанными, глубоко врезаясь в подстилающую породу, сохраняя при этом свою извилистую форму — создавая то, что известно как укоренившиеся или нарезанные меандры, такие как те, что вдоль реки Сан-Хуан в Юте.

Речные террасы

Речные террасы представляют собой заброшенные пойменные остатки, которые стоят выше текущего уровня реки, часто спаренные по обе стороны долины. Они документируют бывшие уровни реки и указывают на периоды вырубки (разрез), разделенные агградацией. Террасы образуются из-за изменений климата (например, ледниково-межледниковых циклов), тектонической активности или изменений базового уровня. Они ценны для понимания истории речной системы.

Депозиционные формы рельефа

Поймы и природные дамбы

Поймы - это плоские низменные участки, прилегающие к реке, которые периодически затопляются. Они со временем застраиваются путем повторного заваленного осаждения мелкого осадка (истильно-глинистого). Природные дамбы - это поднятые хребты грубого осадка, которые образуются вдоль берегов канала во время наводнений, когда скорость реки резко уменьшается, когда она проливается на пойму. Ливы могут помочь сдержать канал во время умеренных наводнений, но часто усиливаются искусственно.

Любители Alluvial

Аллювиальные вентиляторы — это веерообразные отложения, образующиеся там, где на равнину выходит крутой горный поток. Внезапная потеря градиента и скорости вызывает осаждение грубых отложений в конической форме. Вентиляторы распространены в засушливых и полузасушливых регионах, где броский поток протекает осаждением материала в отличительных радиальных узорах. Они могут быть большими, охватывая десятки квадратных километров.

Дельтас

Дельта образуется в устьях рек, где вода, нагруженная осадками, попадает в океан, море, озеро или водохранилище. Снижение скорости потока и влияние приливов (для морских дельт) вызывают оседание осадка, строительство дельта-полосы. В зависимости от относительного доминирования речных, волновых и приливных процессов, дельты могут быть доминируют в реке (например, дельта реки Миссисипи), доминируют в волне (например, дельта Нила), или доминируют в приливе (например, дельта Ганга-Брахмапутры). Дельта динамичны, постоянно меняются по мере смещения распределительных каналов и накопления отложений осадков.

Озера Оксбоу

Озёра Оксбоу — это полумесяцообразные водоёмы, отрезанные от главной реки, когда изгиб меандра становится слишком тугой и река перерезает новый, более короткий канал через шею.Заброшенная петля воды постепенно становится изолированной и заполняется осадком, в конечном итоге становясь водно-болотным угодьем или болотистой впадиной. Эти особенности являются классическими показателями боковой истории миграции реки.

Точки и заплетенные бары

Точечные бруски — отложения осадочных пород на внутренней стороне изгибов меандра, состоящие из гравия и песка, которые накапливаются по мере уменьшения скорости потока. Они строятся боково по мере миграции меандра. В плетеных реках, имеющих множественные переплетенные каналы, разделенные брусьями, плетеные бруски — более крупные, часто временные острова гравия или песка, образующиеся из-за высокой нагрузки на осадок и переменного сброса.

Влияние человека на речные системы

Деятельность человека значительно изменила речные процессы и формирование рельефа. Осадочные породы плотин, уменьшив осаждение вниз по течению и голодающие дельты, приводя к эрозии прибрежных районов (например, дельта Нила разрушается из-за Асуанской плотины). Лиственные породы и канализация предотвращают естественное наводнение, но они ограничивают пойменные осадочные породы и могут увеличить пики наводнений вниз по течению. Добыча гравия в русле реки может дестабилизировать каналы и вызвать эрозию в направлении головы. Изменение климата изменяет характер осадков, увеличивает частоту наводнений и засух и меняет баланс между эрозией и осаждением во многих речных системах во всем мире. Понимание этих воздействий имеет важное значение для устойчивого управления земельными ресурсами и восстановления рек.

Для получения дополнительной информации о том, как засорение и извлечение воды влияют на речные системы, Международная организация по рекам предоставляет ресурсы для сохранения пресной воды.

Заключение

Процессы формирования рек и форм рельефа, которые они создают, представляют собой динамичное взаимодействие между водой, осадком и ландшафтом. От крутой, эрозивной юношеской стадии до широкой, осажденной старости реки постоянно меняют поверхность Земли. Эрозия, транспорт и осаждение, на которые влияют геология, климат, топография, растительность и деятельность человека, производят замечательное разнообразие особенностей: V-образные долины, водопады, меандры, поймы, аллювиальные вентиляторы и дельты. Признание этих процессов имеет основополагающее значение для студентов географии, геологии и экологической науки и имеет практические последствия для планирования землепользования, оценки опасности наводнений и управления реками. По мере увеличения давления человека на речные системы более глубокое понимание этих природных процессов становится все более важным для поддержания здоровья и устойчивости речных ландшафтов.