Но преодолеем это желание, наденем высокие сапоги или хотя бы калоши, накинем непромокаемый плащ или возьмем зонтик и выйдем из дому, всего лучше за город, в поле. Во время дождя мы сможем наблюдать, как работает текучая вода над преобразованием поверхности Земли. Мы увидим ее геологическую работу тем полнее, чем сильнее льет дождь.
Размыв. Работу воды на земной поверхности легко наблюдать везде. Даже в городе, где почва скрыта под асфальтом или булыжной мостовой, мы во время дождя увидим, что ручейки, текущие по уличным канавкам, несут мутную воду; она загрязнена частицами песка, пыли, разным мусором, который дождь смывает с улицы и с тротуара и струйками уносит в канавки. Эта работа еще заметнее за городом, на пашнях, в лесах, где при сильном дожде в каждой ложбинке и канавке течет ручеек очень мутной воды, которая размывает почву и уносит ее частицы с собой. По цвету воды легко узнать и состав почвы: если ложбинки врезаны в чернозем — вода будет серой, а если они врезаны в глину или песок — вода будет бурой или желтой разных оттенков.
Чем быстрее течет вода, тем больше мути она может унести, потому что ее подъемная сила, сила, могущая подхватывать мелкие частицы и уносить их, больше, а также больше и ее размывающая сила, т. е. ее воздействие на рыхлую почву берегов.
Проследим дождевой ручеек на местности с мягкой почвой, состоящей из чернозема, песка или суглинка. Там, где уклон местности очень небольшой, едва заметный, ручеек течет медленно и ложбинка только чуть-чуть углублена. Но вот уклон сделался круче, и ручеек уже зажурчал, побежал быстрее, ложбинка врезана глубже. Мы можем заметить, что стенки ее становятся даже отвесными, и если постоим некоторое время на том же месте и будем внимательно смотреть на них, то убедимся, что то тут, то там от стенок отрываются комочки почвы, падают в воду, быстро размачиваются ею и уносятся частица за частицей. На крутом уклоне легко образуются даже маленькие водопады.
Мы увидели в миниатюре работу текучей воды, размыв и перенос мелкого материала.
Дождевые ручейки, сбегая по ложбинкам и рытвинам, стекают в ручьи, ручьи впадают в речки, речки — в реки; после дождей вода всех этих ручьев, речек и рек тоже становится мутной. Реки впадают, наконец, в какое-нибудь озеро или море, стоячая вода которого принимает весь материал, всю муть, приносимую реками.
Вы спросите: а в хорошую погоду как ведут себя речка и река? Вода в них кажется чистой, ее можно свободно пить, набрать в стакан и признать совсем прозрачной и бесцветной. Но это именно только кажется. Совершенно чистую воду можно найти только в ручьях и небольших речках, очень медленно текущих по лугам, в мягких берегах, заросших травой и кустами и защищенных ими от размывающей силы воды. Но и эта вода не абсолютно чиста, потому что содержит в растворе некоторое, хотя бы ничтожное количество солей, которые эта речка сама или ее притоки извлекли из почвы, всегда содержащей эти соли. Отнесите эту воду в химическую лабораторию, там сделают ее анализ и скажут вам, что в ней содержится столько-то миллиграммов солей на литр, хотя на вкус она совершенно пресная.
Во многих реках вода уже на первый взгляд кажется мутноватой, в чем легко убедиться при купанье или плывя на лодке. Уже на глубине одного метра дно еле видно, следовательно, вода не совсем прозрачная, хотя, зачерпнув ее в стакан, вы этого не заметите. Есть реки, вода которых совершенно грязная, например, Кура в Закавказье несет воду темносерого цвета, вода Аму-Дарьи в Средней Азии имеет цвет кофе с молоком, а вода реки Хуанхэ в Китае буро-желтая («хуан» — по-китайски желтый). В воде таких мутных или совсем грязных рек содержатся не только растворенные соли, но и большее или меньшее количество частиц песка и глины, как в дождевых ручейках.
Реки силой своего течения размывают свои берега везде, где они не защищены травой или кустами; трава, срастаясь своими корнями в сплошной дерн, представляет хорошую защиту от размыва. Там, где ее нет или мало, горные породы, из которых состоят берега, размываются водой более или менее быстро, особенно во время половодья весной, а также летом и осенью после сильных дождей, когда река несет гораздо больше воды и затопляет часть береговых откосов. Кроме того, при повышении уровня воды в реке течение ее становится быстрее, а следовательно, еще усиливается размыв.
Особенно быстро размываются берега, состоящие из рыхлых горных пород — песков, суглинков, глин, галечников, в которых отдельные зерна (и галька и валуны в галечнике) не скреплены друг с другом каким-нибудь цементом. Вода вымывает в подножии берегового откоса или обрыва частицу за частицей, делает более или менее глубокий желобок, и вышележащие слои, лишенные опоры, сползают или обрушиваются в Боду целыми глыбами, которые быстро размокают и мало-помалу размываются и уносятся рекой (рис. 1).
Ночуя как-то на берегу Аму-Дарьи, я имел возможность наблюдать, как быстро размывается мягкий берег. В ночной тишине очень часто и отчетливо слышались всплески, когда то тут, то там, выше и ниже по течению, в воду обрушивались глыбы подмытой породы. Берега этой реки состоят из рыхлых песков, илов и глин, а течение быстрое. Вследствие быстрого размыва берегов вода Аму-Дарьи такая грязная.
Если на поверхности мягких, легко размываемых берегов реки растут кусты и деревья, скрепляющие своими корнями вместе с травой верхний слой почвы, то вверху подмываемого берега образуется навес из этого верхнего дернового слоя, который держится до поры до времени, но в конце концов под. действием своей тяжести отрывается крупными кусками и падает в воду (рис. 2). Дерн постепенно размывается, а куст или дерево уносится рекой. Во время весеннего половодья все реки, особенно текущие в лесистых местностях, несут много таких погибших кустов и деревьев, которые часто застревают на отмелях, прибиваются к берегу на поворотах реки, особенно при спаде воды. На небольших реках Урала и Сибири, текущих, среди лесов, нередко можно встретить так называемые заломы — целые баррикады из мертвых деревьев, наваленных в беспорядке грудами на поворотах или в узких местах и перегораживающих всю реку. Такие заломы делают реку не проходимой для лодки или плота, а чтобы убрать их, нужно иметь с собой пилу и топор и затратить немало времени (рис. 3). Большие реки, впадающие в Северный Ледовитый океан, — Северная Двина, Печора, Обь, Енисей, Лена и др.— ежегодно выносят в море массу погибших деревьев, росших на их берегах.
Прибой во время бурь выбрасывает эти деревья, уже лишившиеся на длинном пути коры и большей части ветвей, на побережье, где этот плавник, как его называют жители Севера, занимает большие площади и обеспечивает население безлесной приморской тундры строительным и горючим материалом.
Берега, состоящие из твердых горных пород, песчаников, сланцев, известняков, гранита, сопротивляются размыву несравненно дольше, работа воды сильно замедляется, но не прекращается. Мало-помалу, уже в течение столетий и тысячелетий, текучая вода врезается и в такие породы. В горах, сложенных обыкновенно из твердых пород, мы все-таки видим более или менее глубокие долины, промытые реками, речками и ручьями. В тех местах, где породы особенно тверды, долины превращаются в ущелья с очень крутыми или отвесными, иногда даже нависающими склонами (рис. 4, 5 и 6).
Назовем для примера Дарьяльское ущелье реки Терека, Кассорское и низовое ущелье реки Ардона на Кавказе. Особенно известно по своей громадной глубине и длине ущелье реки Колорадо в Северной Америке. Его крутые, часто отвесные склоны представляют интересный пример влияния чередования более твердых и более мягких горных пород, пласты которых лежат горизонтально. Твердые пласты или толщи лучше сопротивляются размыву и в берегах держатся отвесными стенками; рыхлые или мягкие пласты или толщи легче размываются, осыпаются и образуют откосы. Поэтому на склонах речной долины или ущелья при таком чередовании мы видим целыми этажами друг над другом более или менее высокие отвесы — стенки из твердых пород, а в промежутках между ними откосы, часто заросшие травой, кустами, даже деревьями и соответствующие пластам или толщам мягких пород (рис. 7).
Овраги
Населению средней полосы Европейской части СССР хорошо знакомы овраги, а украинцам — балки. Эти более или менее глубокие, длинные и разветвленные углубления врезаны в мягкие горные породы деятельностью текучей воды. В иных на дне течет ручеек, другие в сухое время безводны, а во время дождей собирают воду ручейков и ручьев, стекающих с окружающей местности.
Овраги — наглядный пример размывающей работы воды. Они приносят большой вред сельскому хозяйству.
Овраг своими верховьями и разветвлениями — боковыми оврагами — врезается, как щупальцами, в пашни, луга, огороды, селения. Со всех сторон к оврагу сходятся ложбинки и рытвинки, по которым стекает снеговая и дождевая вода. Эти ложбинки и рытвинки, врезаясь постепенно глубже в мягкую почву и превращаясь в новые ветви оврага, уничтожают кусок за куском площадь пашни или выгона и затрудняют обработку соседних с ними полос.
Помимо того что они превращают удобные земли в неудобные, они вредят еще тем, что дождевая вода быстро скатывается в овраг; не будь его — она застаивалась бы на полях и лучше увлажняла бы почву. Овраги вскрывают также подземные водоносные горизонты, дают им быстрый сток и таким образом осушают окружающую местность (рис. 8 и 9).
Поэтому с ростом и развитием оврагов нужно бороться. Необходимо закреплять именно те места, где ложбинка, углубляясь, превращается в рытвину. Эти места оврагов самые опасные. Здесь дождевой ручеек, текущий по ложбинке, образует водопадик, который быстро размывает почву и отступает вверх по течению, показывая нам наглядно, как растет ветвь оврага, как рытвина ширится, углубляется, становится все длиннее и длиннее, захватывая новые места. Оголенные откосы оврагов, с которых дожди смывают мягкую почву и таким образом расширяют их, нужно покрывать дерном или засаживать кустами и деревьями. При сравнительно небольших затратах труда и средств большинство оврагов может быть превращено со временем в рощи; овраги сделаются безопасными и дадут возможность в будущем получать древесину.
Перенос материала
Мы познакомились с размывающей работой текучей воды. Теперь проследим судьбу того материала, который создается этой работой. Мелкие частицы песка и глины, которые дождевые ручейки выносят в речки и реки, и те, которые река вымывает из своих берегов, совершают вместе с водой близкое или далекое путешествие в зависимости от своего веса. Крупная и потому более тяжелая песчинка в реке скоро сядет на дно, мелкая, более легкая, путешествует дальше. Сравнительно немногие сразу уносятся в озеро или море, в которое впадает река, это те, которые попадают в реку весной, вынесенные снеговой водой или дождями, вообще во время половодья, когда реки выходят из берегов и текут быстрее. Вода рек во время половодья всегда гораздо грязнее, чем в сухое время года. Быстро попадают в море и те частицы, которые переносятся грязными и быстротекущими реками, как Кура, Терек, Аму-Дарья, Кубань. Хуанхэ в Китае выносит в море столько мелкой мути, что морская вода на значительной площади также становится мутной, и эта часть Тихого океана называется Желтым морем. Количество мелкого осадка, который некоторые реки выносят в моря в течение года, составляет огромную величину. Измерения количества мути в определенном объеме воды в разное время, помноженного на количество воды, изливаемое рекой в море или озеро в течение года, дают такие цифры годового выноса мелких осадков (в кубометрах):
- Рейн выносит в Боденское озеро — 8172 000
- Риони выносит в Черное море — 8 000 000
- Ганг выносит в Индийский океан — 177 000 000
- Аму-Дарья выносит в Аральское море — 44 854 000
Хуанхэ выносит в Желтое море ежедневно во время половодья 29 160 000 кубометров, а в малую воду 72 576 кубометров осадка, т. е. в 416 раз меньше. Этот пример показывает огромную разницу между работой реки во время половодья и в малую воду. Ученые еще не определили точно, сколько дней в году продолжается в среднем половодье Хуанхэ. Если мы примем, что оно продолжается только 30 дней, а период малой воды — 335 дней, то окажется, что эта река выносит в море в течение года более 900 млн. кубометров ила. Этим количеством можно покрыть площадь в 1 кв. километр на высоту в 900 метров, т. е. построить из вынесенного за год ила довольно высокую гору. Даже сравнительно чистая река Риони выносит в Черное море, а Рейн в Боденское озеро ежегодно столько осадка, что им можно покрыть такую же площадь на высоту 8 метров. Это дает нам хорошее представление о том, какую массу материала выносят все реки земли ежегодно в озера и моря. А сколько всякого материала оседает на дно самих рек, наращивая его более и более, сколько его остается во время половодья на заливаемых берегах, на так называемой пойме!
Области размыва и отложения
Проследим теперь реку от ее истоков до устья, чтобы познакомиться немного с характером этого потока текущей, размывающей и переносящей воды.
Система каждой реки слагается из более или менее многочисленных ветвей, и не всегда легко решить, которая из них является главной и заслуживает названия, которое ей дают на карте, например Волга, Днепр, Дон. Каждая ветвь начинается небольшим источником, выбивающимся где-нибудь в вершине оврага из земли или вытекающим из болота или озера, и представляет ручеек, журчащий по лесной или степной долине. Несколько таких ручейков соединяются и дают более крупный ручей, несколько ручьев, сливаясь, образуют речку, несколько речек — реку. Ручьи, речки и реки производят или размыв или отложение материала, что зависит главным образом от уклона их русла в данном месте, обусловливающего быстроту течения воды. Чем быстрее течет вода, тем больше ее размывающая сила, тем скорее и глубже русло речки врезается в каменные породы, слагающие дно долины. В верхнем течении уклон обыкновенно бывает наибольший, здесь происходит размыв. На первый взгляд он незаметен, вода в ручье как будто чистая и взмучивается только во время дождя или таяния снега, когда стекающие к ручью с окружающей местности струйки воды приносят с собой муть.
Даже в горах, где верховья рек представляют ручьи, круто стекающие по долинам, более или менее глубоко врезанным в каменные породы, вода этих ручьев, быстро текущая по руслу из песка, гальки и валунов, местами образующая каскады и водопады, в сухое время кажется чистой. И тем не менее она размывает свое русло все глубже, но очень медленно. Размыв хорошо виден во время дождя или таяния снегов, когда вздувшийся ручей то тут, то там подмывает берег, передвигает и перекатывает гальку и даже валуны русла, постепенно смещая их вниз по течению. В это время его размывающая работа значительно усиливается (рис. 10).
Ниже по течению, где из ручьев и речек сложилась уже порядочная река, уклон ее русла становится меньше, и вода, текущая медленнее, уже не в состоянии врезаться глубже. Здесь начинается область бокового размыва; река начинает вилять, подмывая то один берег, то другой. Первоначальные слабые изгибы русла постепенно становятся круче, потому что течение воды всегда сильнее у вогнутого берега, вдоль которого расположены и наибольшие глубины, тогда как выпуклый берег, вдоль которого река мельче и течение слабее, наращивается отложением материала. Подмываемый берег мало-помалу отступает, и извилина реки становится все более и более резко выраженной, превращаясь, наконец, в настоящую петлю (рис. 11—13). Такие извилины рек называют меандрами по имени реки в Греции, у которой они сильно выражены.
Подмывая то правый, то левый берег и отодвигая его обрыв в сторону, река постепенно расширяет свою долину, так что область бокового размыва можно назвать также областью расширения долины. Меандры в более или менее сильном развитии читатель может наблюдать у многих рек небольшой и средней величины, текущих по равнине. Прекрасный пример — меандры Москвы-реки в пределах нашей столицы (рис. 12).
Развитие меандров часто приводит к созданию оторвавшихся от реки озерков и заливов. Во время половодья, когда река выходит из берегов, она может промыть себе новое русло по прямому направлению через основание петли, в особенности если оно узкое, и сохранить это направление и после спада воды. Вход в петлю постепенно закрывается отложением песка, ила, гальки, и петля превращается в длинное озеро, которое сначала сообщается с рекой своим выходом (рис. 14). Но в спокойной воде этого озера вода, проникающая в него из реки, охотно отлагает приносимый материал, и выход из озера в реку постепенно закрывается у самого устья или на некотором расстоянии от него. В последнем случае получается залив, очень удобный для зимней стоянки судов, так называемый затон, но недолговечный, так как постепенно и он мелеет в связи с отложением материала в спокойной воде. Такие отделившиеся от реки извилины называются старицами. Они постепенно зарастают водорослями, камышами, мелеют, превращаются в болота и, наконец, исчезают.
Не следует думать, что в области размыва происходит только углубление долины, а в области бокового размыва только ее расширение. И здесь и там, кроме размыва, происходит и отложение материала — везде, где вода течет медленнее, она отлагает ил, песок, гальку.
В русле даже быстрой горной речки мы не везде видим выходы твердых каменных пород, в которые врезана долина, а во многих местах — песок, гальку, валуны. Но этот материал в области размыва лежит в русле на данном месте временно; при следующем половодье он целиком или частью будет перенесен на новое место, а отдельные частицы его вымываются и уносятся и в малую воду. В области расширения долины материал, переносимый рекой, отлагается у выпуклых берегов, извилин и здесь лежит неопределенное время. В этой области, кроме бокового размыва, уже происходит и отложение материала, и все дно долины также может состоять из более или менее значительного слоя этого материала.
Но собственно область отложения мы найдем в нижнем течении реки, где уклон ее русла еще более пологий, течение медленное и размывать берега вода в обычное время уже не может. Здесь из воды оседает более мелкий и легкий материал, принесенный с верхнего и среднего течения; более грубый, тяжелый, в виде гравия и гальки, большей частью отложился уже в среднем течении. Все дно русла и его берега состоят из этого мелкого материала — ила и песка, иногда только с прослойками гравия и гальки. Даже во время половодья, когда река выходит из берегов, она за редкими исключениями не размывает, а отлагает материал.
Дельты
Но многие реки даже в нижнем течении не успевают освободиться от всего переносимого водой материала, если его много. Мы привели выше цифры, показывающие, какое огромное количество мути некоторые реки выносят в озера или моря. Значительная часть этого материала оседает в самом устье реки, в стоячей воде и мало-помалу образует так называемую дельту. Последняя в общем имеет форму треугольника, обращенного вершиной вверх по реке, почему и получила свое название от греческой прописной буквы «дельта», имеющей форму треугольника (А). Слагаясь из оседающего песка, ила, даже гальки (у рек, текущих в горных местах, у которых и в низовьях сила течения так велика, что переносит грубый материал), дельта постепенно растет, выдвигается в озеро или в море, поднимается над поверхностью воды в виде низкой, часто болотистой равнины (например, река Риони). Река в пределах дельты ветвится, делится на множество рукавов, часто извилистых, меняющих свое положение во время половодья, когда дельта затопляется, оставляющих после себя озерки. При затоплении отлагающийся материал постепенно повышает дельту; она зарастает травами, кустами, даже деревьями. Многие крупные реки имеют очень большие дельты, например Волга, дельта которой состоит из сотни рукавов и протоков, Нева, на дельте которой построен Ленинград, Лена, Нил, Миссисипи. Дельты постепенно нарастают также под водой, и море вокруг них мелеет (рис. 15).
Мели и острова
В среднем и особенно в нижнем течении многих рек мы нередко видим острова, состоящие большей частью из наносного материала, редко из каменного. Каменные острова представляют выступ какой-нибудь породы, особенно твердой, уцелевший при врезании русла реки. Таких каменных островов много, например, по среднему течению реки Катуни на Алтае, в тех местах, где она стремительно бьется в своих порогах. Одни из этих островов поднимаются небольшими горбами и грядами над водой, другие, более высокие, даже поросли деревьями. Гораздо чаще острова состоят из песка или из песка и гальки и создаются большей частью из отмелей, которые образуются среди реки в местах замедленного течения, где вода постепенно отлагает материал. Отмель, увеличиваясь, поднимается над уровнем низкой воды и зарастает кустами, травой, деревьями; в половодье острова часто затопляются, что еще более способствует их росту, так как кусты и деревья задерживают течение. Многие острова образуются вокруг плавника, например дерева с корнями; река несла его во время половодья, корнями оно зацепилось и застряло при спаде воды на мелком месте и явилось причиной замедления течения и отложения наносов. Иные острова тянутся на сотни и тысячи метров, разделяя реку на два, иногда и на большее число рукавов; некоторые из них постепенно мелеют и становятся несудоходными.
Речные террасы. На склонах многих речных долин мы видим уступы, которые называются террасами. Одни состоят из каменных пород, другие же из гальки, песка, ила. Первая, ближайшая к руслу реки терраса поднимается над водой небольшим обрывом или откосом; на ее ровной поверхности мы видим луга, кусты, рощи. Эта терраса называется пойменной, или поймой; в половодье она отчасти или полностью затопляется рекой, выходящей из берегов. Следующая терраса поднимается обрывом или откосом над поймой на ту или другую высоту; она называется надлуговой и уже никогда не затопляется; поэтому на ее поверхности разделывают пашни, строят селения и города. Над этой террасой поднимается во многих случаях еще одна, а иногда две, три и более, различной высоты (рис. 16).
Какие же силы создали эти уступы, окаймляющие долину реки, словно ступени лестницы исполина? Они созданы той же рекой, процессами размыва и отложения. Изучение их разъясняет нам историю развития речной долины. Каждая терраса свидетельствует о резкой перемене условий этого развития. Терраса, состоящая из каменных пород, показывает, что после известного времени, в течение которого река на данном участке только расширяла свою долину боковым размывом, какие-то причины заставили ее снова врезаться глубже в твердые породы дна этой долины. Такие террасы называют террасами размыва (рис. 17).
Терраса, сложенная из наносного материала — слоев песка, ила, гальки, показывает, что в течение известного времени, более или менее продолжительного, о чем мы можем судить по высоте этой террасы, река на данном участке ее долины уже не размывала материал, а отлагала его в своем русле, а затем какая-то сила заставила ее снова врезаться и размывать свои собственные отложения (рис. 18).
Что же могло заставить реку резко изменить свою работу? Прежде всего возникло предположение, что в зависимости от изменения климата, сделавшегося более влажным, богатым осадками, река, бывшая маловодной и потому «слабосильной», стала многоводной и начала снова врезаться в свои отложения. В некоторых случаях это предположение оправдывается. Изучение четвертичного периода земной истории, который начался с появления человека и продолжается и в настоящее время, показывает, что эпохи сухого климата сменялись эпохами более влажного. Об этом мы будем говорить дальше. Но в большинстве случаев причина изменения работы реки была другая и более существенная, именно увеличение скорости ее течения, от которой главным образом и зависит эта работа. Увеличение же скорости течения могло быть обусловлено изменением уклона русла.
Этот уклон, как мы знаем, наибольший в верхнем течении, меньший в среднем и наименьший в нижнем; в общем же, если вычертить в масштабе линию речного русла от устья до истоков, мы получим плавную кривую (рис. 19), которая называется кривой или профилем равновесия. Уровень озера или моря, в которое впадает река, называется базисом эрозии, т. е. размыва, так как вся работа реки происходит выше этого уровня, а ниже него невозможна. Представим себе, что этот уровень понизился, потому что озеро осушилось или стало мельче или потому что море отступило. Понижение базиса эрозии немедленно отразится на работе реки; в ее низовьях плавная кривая как будто переломилась, уклон русла резко увеличился, и река, которая в низовьях не размывала, а отлагала материал, начинает размывать, врезаться в собственные отложения. Этот размыв постепенно перемещается вверх по течению, так как река вырабатывает себе новую кривую равновесия всегда снизу вверх. Это продолжается очень долго, целые столетия или даже тысячелетия. Врезая свое русло в свои прежние отложения, река и оставляет часть их на обоих берегах в виде уступа — террасы, высота которой постепенно уменьшается вверх по долине, а в низовьях зависит от того, насколько понизился базис эрозии (рис. 19).
Этот же процесс — понижение базиса эрозии и обусловленное им врезание реки в свои отложения или даже в каменные породы древнего дна — может повториться еще и еще раз, и в результате долина реки окажется окаймленной несколькими террасами различной высоты.
Но тот же результат — увеличение уклона русла и обусловленные этим новый размыв и выработка рекой новой кривой равновесия — может быть достигнут не понижением базиса эрозии, а поднятием всей местности. Но если при этом поднятии базис эрозии останется на прежнем уровне, т. е. страна как будто выпучится вверх, больше в верховьях реки, мало в ее низовьях, то процесс нового размыва начнется не с устья, а с верховьев, потому что в верховьях уклон изменился, и образующаяся терраса будет постепенно вырабатываться и появляться сверху вниз по течению. Изучение террас вдоль реки, их высоты и положения даст ответ на вопрос, чем обусловлено их появление — понижением базиса эрозии или поднятием страны (рис. 20).
Пороги
На реках в горной местности нередко встречаются даже в среднем и нижнем течении участки, на протяжении которых спокойное течение реки становится бурным, в русле появляются крупные камни, скрывающиеся под водой только в половодье, а иногда отдельные скалы и гряды скал, более или менее обмытые и обточенные водой. Такие участки называются порогами и составляют большое препятствие для судоходства. Нужно большое уменье лоцмана, хорошо знающего это место при различных уровнях воды, от которых зависит и быстрота течения и количество выступающих из воды камней, чтобы провести плот, лодку или более крупное судно через порог. Некоторые пороги проходимы только в высокую воду, на других ежегодно разбиваются плоты и гибнут люди, третьи вообще непроходимы. Пороги большей частью образуются там, где среди каменных пород, в которые врезана речная долина, выступают особенно твердые, которые труднее поддаются размыву, чем залегающие выше и ниже порогов. Много порогов на крупных реках Сибири — Енисее, Ангаре, Подкаменной и Нижней Тунгуске, Витиме, Вилюе, Бие, Катуни; на Ангаре в среднем течении знамениты пороги Падунский и Шаманский.
В порогах спокойная река ускоряет течение, волнуется, образует водовороты, пенится, огибая камни или переливаясь через них, струи воды мечутся то в ту, то в другую сторону, река как будто кипит, а миновав порог, снова становится спокойной. Быстрое течение в порогах показывает, что здесь уклон русла сразу увеличился; этот участок особенно твердых пород нарушает кривую равновесия, представляет перелом в ней (рис. 21). Выше и ниже него река находится или в области бокового размыва или даже в области отложения, а в пределах порога развитие ее русла из-за твердости пород отстало, река еще размывает русло вглубь (рис. 22).
На реках, текущих по равнинам, пороги очень редки. Таковы пороги Днепра близ бывшего селения Кичкас, обусловленные выходом гранита. Они представляли большое препятствие для судоходства, но теперь исчезли. На этом месте построена гигантская плотина Днепровской гидроэлектрической станции (Днепрогэс), высоко поднявшая уровень воды: камни и скалы скрылись на глубине; часть их сохранилась еще ниже плотины, но суда обходят их по каналу с системой шлюзов.
Многие пороги можно преодолеть проще, уничтожая камни и скалы в русле, взрывая их.
Водопады
Еще более красивое и грандиозное явление представляют водопады на реках и речках. Они также обусловлены выходом твердых пород, но в виде более или менее высокогэ уступа в русле, с которого вода и низвергается. Водопады имеются в горах на многих ручьях и мелких речках, например на Кавказе, на Алтае, в Швейцарии (рис. 23). Реже они встречаются на больших реках. Наиболее известны водопады Ниагара в Северной Америке и Виктория на реке Замбези в Южной Африке. Водопад Кивач в Карелии состоит из нескольких уступов, а Иматра в Финляндии — в сущности крутой порог.
Водопад Ниагара (рис. 24) падает с высоты 50 метров; он разделен Козьим островом на две части: канадскую, подковообразную, шириной в 792 метра, и американскую, в 427 метров. Ниже водопада река течет на протяжении 10 километров в узком ущелье, промытом ею.
Вода, падающая с высоты, приобретает большую размывающую силу; поэтому у подножия водопадов часто образуются глубокие ямы и водовороты, размывающие обрыв, с которого падает вода, и способствующие обрушению пород сверху и постепенному отступанию водопада вверх по реке. Ниагара ежегодно отступает на 1,5 метра в канадской и на 0,9 метра в американской части; все ущелье в 10 километров промыто водой при отступании.
Еще грандиознее водопад Виктория на реке Замбези, который имеет в ширину около 1800 метров и падает с высоты 120 метров, а также водопад Игуасу на границе Бразилии и Аргентины, который достигает 1500 метров ширины и падает с высоты 65—70 метров. Замбези ниже водопада также течет в очень глубоком ущелье, промытом ею и образующем два очень крутых колена.
Пороги также иногда сочетаются с ущельями. Например, течение реки Терека в Дарьяльском ущелье на Кавказе представляет целый ряд порогов. Наиболее грандиозно ущелье реки Колорадо в Северной Америке: оно имеет в длину более 320 километров при глубине в 900—1800 метров. Эта река на всем протяжении преодолевает пороги; ширина ее только 60—90 метров. Длинные и глубокие ущелья называют также каньонами.
На порогах, под водопадами и вообще в местах быстрого течения вода высверливает глубокие впадины, называемые исполиновыми котлами (рис. 25). Струи воды приводят во вращательное движение валуны твердых пород, лежащие свободно (порознь) на поверхности породы. Мало-помалу такой валун истирает породу под собой и делает в ней углубление, которое растет преимущественно в глубину и, наконец, становится котлообразным с цилиндрическими стенками и вогнутым вниз дном. Валун при этом, конечно, несколько истирается сам. Чем больше разница в твердости между валуном и коренной породой, тем скорее высверливается котел. Такие котлы иногда располагаются целыми группами. Если они находятся на берегу выше самого высокого уровня воды в половодье, это доказывает недавнее углубление речного русла.
Половодье
До сих пор мы рассматривали работу текучей воды при нормальном уровне реки, хотя не раз упоминали и о половодье. Теперь нужно сказать несколько слов о том, что представляет собой река во время высокого уровня воды, т. е. в половодье.
В поясе умеренного климата, в котором мы живем, половодье бывает весной в зависимости от таяния массы снега, накопившегося за зиму. В разгар весеннего таяния всюду бежит вода, все ложбины, рытвины и овраги превращаются в мутные ручьи. Через иной из них не перескочишь и вброд не перейдешь из-за глубины и быстрого течения. Речки и реки, в которые стекает эта Вода с полей и лесов, вздуваются, зимний лед, покрывавший их, ломается, начинается ледоход, и реки выходят из берегов, заливают пойменную террасу на большее или меньшее пространство в зависимости от количества снега и быстроты его таяния. Если весна холодная,— таяние идет медленнее и подъем воды в реке меньше, зато половодье продолжается дольше. Теплая, дружная весна дает сразу много воды.
Весенняя вода всегда очень мутная, грязная; все ручейки текущие с полей, размывают свое ложе и свои берега и приносят в реки много ила и песка. Вздувшиеся речки и реки в свою очередь усиливают работу размыва, так как текут быстрее, воды в них больше и она заливает те части берега, которые в мелководье ей недоступны. Даже небольшие реки превращаются в широкие и глубокие потоки. Мутная вода несет кусты и деревья, вырванные с подмытых берегов, и всякий хлам, снесенный весенней водой с полей, с огородов, с улиц сел и городов. И чем больше река, тем выше уровень воды в половодье, достигая в низовьях 10—15 и даже 20 метров над уровнем в межень, т. е. в среднюю воду.
Кроме весеннего половодья, иногда бывает летнее и осеннее, в зависимости от продолжительности и силы дождей. Так, во всем бассейне реки Селенги, впадающей в озеро Байкал, и в бассейне реки Амура на Дальнем Востоке весеннее половодье бывает небольшое, так как зимой выпадает мало снега. Зато вторая половина лета очень дождлива, и летнее половодье нередко сопровождается наводнением, весьма губительным, так как оно совпадает с сенокосом или с уборкой хлеба; затопляются луга, и нескошенная трава покрывается илом и становится негодной, а скошенная уносится водой; задерживается жатва или же сжатый хлеб мокнет и прорастает.
В странах, где зимы мягкие, почти без морозов, как на западе и юге Европы, в южных штатах США и у нас на Кавказе, вместо снега зимой идет дождь, и половодье бывает зимой, а иногда также осенью. Под тропиками зима сухая и ясная, а летом идут проливные дожди, поэтому там половодье бывает только летом и затягивается надолго.
Когда бы ни происходило половодье, в продолжение его текучая вода значительно усиливает свою работу размыва и отложения. Как мы уже упоминали, Хуанхэ в половодье переносит ежедневно в 400 раз больше осадков, чем в малую воду. Река Ганг в Индии выносит осадков (в кубометрах):
- За 122 дождливых дня — 170 000 000
- За 5 зимних месяцев — 6 000 000
- За 3 сухих месяца — 1 000 000
Следовательно, за 4 месяца дождей Ганг выносит в 24 раза больше осадков, чем за остальные 8 месяцев года.
Количество воды в реках во время половодья по сравнению с меженью увеличивается в странах с более равномерным климатом в 2—3 раза, а в странах с влажной зимой, богатой снегом или дождем, в 5—20 раз и больше. Например, Москва-река в половодье несет в 30 раз больше воды, а иногда даже в 100 раз больше, как это было в сильное наводнение 1880 года.
Сили или муры
Кроме тех отложений, которые регулярно создает река своей работой в виде ила, песка, гравия и галечника и которые располагаются в ее долине по руслу, на пойме и в террасах, мы найдем подобные же отложения, созданные временными потоками. Такие потоки характерны для пустынь и вообще для стран с очень сухим климатом, где дожди выпадают редко, в виде внезапных очень сильных ливней. Но подобные ливни в виде исключения случаются и в странах с умеренным климатом и равномерным распределением атмосферных осадков. Огромная масса воды, выпадающая при таком ливне, быстро скатывается, не успевая впитываться в почву, как продолжительный, но мелкий дождь. Эти ливни проделывают в короткое время огромную разрушительную работу и в населенных местах причиняют большие убытки.
Особенно вредны они в гористых местах, так как в овраги или в горные долины вода скатывается со склонов и создает бурный поток, который бешено мчится вниз по уклону. Этот поток смывает со склонов дерн, врезывает глубокие рытвины, захватывает щебень и валуны и даже крупные глыбы и выбрасывает весь этот материал на равнину или в широкую долину, где вода быстро разбегается, теряет силу и оставляет свои наносы в виде толстого слоя, заваливающего дороги, сады, улицы селений. После такого ливня приходится убирать сотни тонн этого наноса, очищать сады, ремонтировать постройки.
Такие бурные временные потоки называют в Европе мура-ми, в Средней Азии — силями, а их отложения — силевыми. Они случаются изредка в гористых местах Югославии, у нас в Крыму, на Кавказе, в Армении, Туркмении, Казахстане. Нередки они и в пустынях, где дождей мало, но зато достигают большой силы и выносят с гор на равнины массу материала.
Силевые выносы отличаются от речных отложений совершенно беспорядочным распределением материала; громадные глыбы, мелкие камни, песок, ил — все перемешано в них без всякой сортировки по величине и весу. В речных отложениях мы обычно видим наслоение и сортировку материала, можем наблюдать, что слой песка той или другой толщины сменяется выше и ниже слоями ила или слоями галечника; в последних галька подобрана более или менее по величине, и это переслаивание может повторяться много раз в обрыве берега или террасы. Только в горах, в области размыва, где дожди вызывают быструю прибыль воды, наслоение часто становится беспорядочным, напоминая силевые отложения (рис. 26 и 27).
Ниже я описываю несколько случаев катастрофических силей.
Отложения, создаваемые текучими водами, вообще называют аллювиальными, или аллювием. Силевые же выносы выделяют под названием пролювия, к которому вообще принадлежат отложения временных потоков, вытекающих с гор на равнину и распределяющих свой материал в виде плоского конуса у подножия, так как на равнине поток быстро растекается во все стороны и теряет силу. Подобные же конусы, но более крутые, разной величины можно найти в устье многих оврагов и в устье горных ручьев, скатывающихся с крутых склонов в более широкую горную долину. В этом случае ручей, который на крутом склоне имел силу переносить грубый материал, теряет ее в связи с резким изменением угла падения и быстро отлагает валуны и гальку, нагромождая их в беспорядке. В оврагах, проложенных в более рыхлых и мягких породах, эти выносы состоят из песка, ила и мелких обломков. Такие конусы вообще называют конусами выноса. В сущности они являются дельтами в миниатюре, отличаясь от настоящих речных дельт большим углом уклона и беспорядочным расположением материала (рис. 28).
Источник: «Основы геологии», В. А. Обручев, 1956