Речные системы
Небольшие ручьи, стекая по склонам, сливаются в реки, которые впадают в моря или озера. При всей кажущейся простоте этой схемы процесс осложняется многими факторами.
Площади, охватываемые речными системами, называются водосборными (или речными) бассейнами. Они отделены друг от друга естественными водораздельными хребтами, или водоразделами. Например, Великий континентальный водораздел в Северной Америке проходит по Скалистым горам с севера на юг. По одну его сторону реки текут в западном направлении к Тихому океану, а по другую - на северо-восток к Северному Ледовитому океану, на восток к Атлантическому океану или на юго-восток к Мексиканскому заливу.
Гидрографические сети
Вместе с притоками, которые вливаются в них на пути к морю, реки образуют замысловатые, своеобразные рисунки гидрографической сети, хорошо видимые с воздуха и знакомые нам по картам. В отдельных местах конфигурация этих сетей настолько сложна, что у геоморфологов (ученых, изучающих формирование и изменение рельефа местности) возникают серьезные проблемы с определением их происхождения.
Гидрографические сети могут иметь разные конфигурации в зависимости от нескольких факторов: климата, относительной твердости и рыхлости поверхностных пород, уклона местности, а также ее геологической истории (включая движение земной коры и периоды горообразования). Геоморфологов также интересует, почему некоторые районы изобилуют реками, в то время как на соседних территориях (при почти равном количестве выпадения осадков) имеется лишь несколько ручьев.
Существует около десятка различных конфигураций таких сетей, из них самые распространенные - разветвленная, прямоугольная и радиальная. Простейшей является разветвленная (древовидная) сеть, выглядящая на карте как ветвящееся дерево. Она встречается там, где русло рек проложено в целом однородной (часто глинистой) породе и где в результате движений земной коры не возникли такие геологические образования, как сбросы (разломы горных пород), сильно влияющие на сток поверхностных вод.
Прямоугольная (решетчатая) сеть характерна для скарплендов - районов с обрывистыми холмистыми грядами, образованных относительно твердыми породами и разделенных широкими долинами с выходящими на поверхность более рыхлыми породами. Местные речушки впадают в основную реку, текущую между холмами, под прямым углом. В результате в местностях с таким рельефом возникает четкая прямоугольная гидрографическая сеть.
Радиальная сеть
Третий тип гидрографической сети похож на спицы колеса, поскольку реки в этом случае растекаются во всех направлениях от центра. Такая сеть называется радиальной или центробежной. Она часто встречается в районе гор конической формы (например, вулканов) или куполообразных гор. Купола формируются либо складками горных пород, либо под давлением поднимающейся поверхности магмы (расплавленной породы).
Густота сети
Густота гидрографической сети любой местности определяется расстоянием между отдельными водотоками внутри этой сети.
На густоту речной сети влияют несколько факторов, в том числе климат. В дождливых районах большая часть дождевой воды стекает по поверхности и образует густую сеть водотоков.
Другой фактор - тип подстилающей породы. Реки чаще встречаются там, где обнажены непроницаемые породы, через которые нелегко просачиваться воде. И, наоборот, в местах выхода на поверхность известняка (водопроницаемой породы) вода просачивается в грунт через многие трещины (щели) и поры в породе, называемые карстовыми воронками или понорами. При этом поверхность земли остается сухой, а вода начинает свой путь по подземным трещинам, каналам и пещерам.
Развитие речной системы
Для появления речной системы нужны дожди и земля, на которую они выпадают и по которой стекают. Все начинается с момента попадания дождя на вновь образованную или измененную поверхность земли. Это происходит, например, в результате образования нового вулкана после серии сильных извержений или если медленно "выдавливается" горный хребет при столкновении двух плит твердой оболочки Земли. Как только любая порода соприкасается с воздухом, начинается ее естественная эрозия. Главной причиной эрозии в районах влажного климата является дождевая вода, образующая иногда потоки, стекающие по земле при любом уклоне ее поверхности.
Реки, направление течения которых обусловлено первичным уклоном поверхности, называются консеквентными. Притоки основной реки называются латерально-консеквентными или, если они впадают в реку под острым углом (как в случае разветвленной гидрографической сети) - инсеквентными. Однако ситуация часто осложняется тем, что вновь образованная земная поверхность может состоять из пород различной твердости. В результате консеквентная река ведет себя по-разному в зависимости от того, протекает ли она по более рыхлым или более твердым породам. Породы первого типа (например, глинистые) она вымывает и образует широкие долины, и лишь узкие долины ей удается прорезать в твердых породах, которые, в конечном итоге, остаются в виде горных хребтов и холмов. Такие узкие долины часто называют ущельями.
Подобные ландшафты типичны для Южной Англии с ее грядами холмов из устойчивых пород известняка и мела. Между холмами лежат широкие долы с глинистой почвой, по которым текут притоки консеквентных рек. Геоморфологи называют такие притоки субсеквентными водотоками. Консеквентные реки, прорезающие в холмах ущелья и текущие в направлении основного уклона местности, вместе с субсеквентными водотоками, текущими по глинистым долам перпендикулярно основному уклону, часто образуют прямоугольную гидрографическую сеть.
В субсеквентные водотоки часто впадают другие относительно длинные притоки, стекающие по более пологим склонам, образованным гребнями твердой породы, и называемые вторичными консеквентными водотоками (текущими параллельно падению пластов). Притоки короче текут в противоположном направлении по крутому обрывистому склону и также вливаются в субсеквентные водотоки. Их называют обсеквентными или анаклинальными водотоками.
Складки горных пород
Новая земная поверхность формируется под действием колоссальных боковых давлений, вызванных движением плит наружной оболочки Земли. При этом плоские слои горной породы образуют складки подобно смятой скатерти, и появляется ряд синклиналей (прогнутых складок) и антиклиналей (выгнутых складок). Синклинали состоят из уплотненных пород, а антиклинали - из трещиноватых, раздробленных и уплощенных пород. В результате последние более подвержены речной эрозии.
Часто в результате размыва антиклиналей образуются долины, в то время как неподдающиеся эрозии синклинали превращаются в горы. Такое явление, когда реальные горы и долины "обратные по отношению к геологическим структурам, называется "обращенный рельеф". Развитие гидрографической сети на обращенном рельефе начинается обычным путем: основная консеквентная река течет по естественной ложбине, образованной синклиналью. Но трещиноватые породы соседней антиклинали вскоре разрушаются субсеквентными водотоками, а обсеквентные потоки начинают стекать по крутым внутренним склонам.
Перехват реки
Реки вымывают долины не только в направлении от верховья к устью, но иногда и от низовья вверх по течению. Это явление, называемое пятящейся эрозией, часто является результатом родникового подмыва склонов или выемки каменистого грунта вокруг источника (истока) реки.
Перехват реки - это форма естественного захвата стока другой реки, который имеет место, когда мощный субсеквентный водоток прокладывает путь в обратном направлении в обнаженных рыхлых породах. Этот процесс отодвигает водораздел между субсеквентной рекой и сопредельной речной системой. В конечном итоге субсеквентный водоток может пробиться через водораздел и перехватить сток соседней реки, при этом, захватывая ее верхние притоки, или верховье, после чего ее воды направляются в русло субсеквентного водотока. Обезглавленная река превращается в умирающий ручей, текущий по долине, которую он никогда не смог бы проложить сам.
Тип дренажной системы в случае перехвата реки можно определить по притокам, впадающим в основную реку в районе обратной петли - крутой излучины. Геоморфологи называют такие гидрографические сети бородообразными.
Отвод потока
Перехват реки - лишь один из вариантов отвода ее вод. Это может быть вызвано и естественными препятствиями, которые появились в результате оползней. Да и человек может направить реки в другую сторону для орошения засушливых земель.
Но главной причиной нарушения процесса стока воды на протяжении всей геологической истории были гляциальные процессы - формирование земной поверхности огромными массивами льда. Так, воды верховья реки Миссури в Северной Америке когда-то стремились на север к Гудзонову заливу. Но во время последнего ледникового периода надвигающиеся ледовые щиты заставили эту реку повернуть своё русло в сторону реки Миссисипи и далее на юг к мексиканскому заливу.
Наложенный сток
Некоторым речным системам удалось остаться неизменными на протяжении геологической истории. Гидрографические сети, которые сформировались в условиях давно исчезнувших древних рельефов, но при этом сохранили свою изначальную конфигурацию, именуются наложенным стоком. Этот феномен имеет место в тех случаях, когда почти плоские массивы суши, расположенные вблизи уровня моря, начинают медленно подниматься, или же, наоборот, - при понижении уровня моря. В результате таких изменений уклон русел рек увеличивается, поток воды постепенно становится мощнее, и появляются вымытые в породе речные долины. Этот процесс называется омоложением.
Реки часто продолжают течь по своему руслу, врезаясь все глубже в подстилающую породу. Бывшие речные излучины превращаются в глубокие долины, называемые врезанными меандрами. Оставшиеся участки прежней долины, находящиеся теперь высоко над новым руслом реки, называются "террасами омоложения". Некоторые из самых красивых речных долин (как, например, Большой Каньон в США) образовались в результате омоложения, вызванного движением земной коры.
Реки, продолжающие вымывать свои долины, в то время как в результате складчатости и поднятия медленно возникают горные хребты, называются антецедентными водотоками. Это происходит потому, что возраст рек больше давности движений земной коры. Так, антецедентные реки текут через мощную горную цепь Гималаев, сформировавшуюся в результате столкновения двух плит за последние 50 млн. лет. Здесь рекам пришлось бороться с растущими горами, но, благодаря своим более крутым уклонам и увеличенному притоку воды (особенно весной - в период таяния снега в горах), реки приобрели необходимую мощь для размывания породы. В некоторых местах они прорезали теснины глубиной до 1500 м.
