Чтение онлайн

Эта кривая была впервые предложена шведским географом в середине ХХ века, и была создана в результате исследований, проведенных на базе искусственной реки (канала). Хельстрём вносил небольшие изменения в скорость водного потока и отмечал влияния этих изменений на донные отложения различных размеров.

На графике показаны две кривые. Верхняя отражает скорость водного потока, необходимую для того, чтобы подхватить частицы определенного размера, нижняя кривая соответствует минимальной скорости, необходимой для поддержания частиц в подвешенном состоянии в воде, то есть в виде взвеси. Отсюда следует, что частицы начнут осаждаться, если скорость течения воды в реке замедлится до уровня ниже скорости осаждения, и будут снова захватываться водным потоком, если скорость течения воды в реке сравняется со скоростью эрозии или скоростью захвата. Кажется очевидным, почему для того, чтобы крупный обломок породы был подобран или подхвачен водным потоком, необходимо, чтобы скорость этого потока была достаточно высокой. Также ясно, что, если течение воды вокруг обломка породы замедлится или сменится менее турбулентным и более медленным потоком, обломок опустится на дно. Но почему водному потоку требуется так много энергии для того, чтобы захватить мельчайшие частицы глины? В конце концов, кусочек породы меньший по размеру, чем песчинка, весит не так уж много.

Ответ и сложен, и прост одновременно. Простая часть ответа состоит в том, что мельчайшие частицы материала на дне реки склеиваются так плотно друг к другу, что воде очень сложно проникнуть между ними и поднять их со дна. Сложная часть ответа заключается в том, что глина имеет слоистую текстуру, так как она состоит из мицелл или микрокристаллов. Глинистые частицы заряжены отрицательно и возможно именно этот заряд способствует удерживанию частиц на дне реки, так что для их захвата со дна требуется дальнейшее увеличение скорости водного потока. Будучи подхваченными, ультра-мелкие частицы материала теоретически никогда не должны осаждаться, так как их масса столь незначительна, что для поддержания их во взвешенном состоянии требуется совсем небольшое количество энергии.

Именно материал такого размера придает ледниковым рекам их дымчатый вид и делает воды Амазонки в том месте, где она начинается, «полосатыми»: в месте слияния темных вод Риу-Негру и Солимойнс. Конечно же, тончайшие частицы не могут оставаться во взвешенном состоянии бесконечно долго, и они рано или поздно должны будут осаждаться. Именно этот материал помогает формированию рельефа и очертаний суши в устье реки.

Эта формула была предложена во 2-ой половине XIX столетия ирландским инженером Робертом Мэннингом, который пытался усовершенствовать метод определения скорости реки. С учетом того, что инженерные проекты тогда становились все более масштабными и все более смелыми, появление метода вычисления скорости речного потока имело огромное значение. В уравнении Мэннинга были воедино собраны все три фактора, влияющие на скорость течения реки:

Скорость = [площадь поперченного сечения / периметр смоченной поверхности] 2/3 x градиент 1/2 / n Мэннинга.

Или

Эта теоретическая модель вобрала в себя все переменные, так или иначе оказывающие влияние на скорость течения реки. Площадь поперечного сечения русла и смоченный периметр [6] указывают на эффективность формы русла, градиент соответствует силе, действующей по всей длине речного профиля, а «n» Мэннинга является показателем степени влияния размера переносимого рекой материала (неровности дна). Эта величина может быть вычислена путем выборочного обследования размеров донного материала, и в целом, чем крупнее донные наносы, тем выше значение этой величины. Таким образом, в холодных верховьях Сноудонии могут наблюдаться значения равные 0,10, тогда как у устья [7] рек они могут быть равны 0,02. Это отчасти объясняет, почему самые быстрые речные потоки встречаются не в верхнем течении рек. Вблизи истоков градиенты очень высоки, а донные наносы очень крупные, к тому же возникновение ряби и завихрений также способствуют здесь снижению средней скорости реки.

Все те формы рельефа, которые находятся в русле и вблизи русла рек, начиная от водопадов до дельт, от пойменных озер до излучин – это то, что нам особенно нравится и надолго остается в нашей памяти.

По мере изменения градиента кинетическая энергия воды сначала способствует появлению ряби, а дальше начинается нечто очень интересное. Если взять в расчет, что один кубический метр воды, не несущий никакого материала, весит одну тонну, становится понятным, как эта вода может нанести серьезный урон руслу реки и ее берегам. Добавьте к этому слабость сцепления внутри и между разными типами пород, и станет очевидно, почему вода начинает разрушать речное русло, выдалбливая и выбивая прилежащую к ней поверхность русла. Процессы КТРГ у основания водопада ведут к подрезанию породы и последующему исчезновению вертикальной опоры из-за образования водобойного озера. Результатом такого хода событий станут периодические катастрофические разрушения и отступления породы, а часто и углубление этого новообразовавшегося водоема.

В случае, если эти процессы идут в породах, представляющих собой тонкий сэндвич из мягких пород (особенно, если они образованы осадочными отложениями), а также более твердых пород, может сформироваться довольно впечатляющее ущелье. Темпы образования ущелий в результате выдалбливающего воздействия водопадов варьируют в самых широких пределах, начиная от 1 сантиметра в год в Соединенном Королевстве до почти 1 метра в год в случае североамериканских водопадов, таких, например, как Ниагарский водопад, на примере которого хорошо видно, насколько мощными могут быть силы эрозии и выветривания.

Два других способа образования водопадов заключаются, в одном случае, в вырезании глубоких долин ледниками – оставляющими висящие долины, а в другом – во взбросе или резком поднятии участка суши. В последнем случае, когда в результате тектонических сдвигов (например, землетрясений) какой-либо участок суши перемещается вверх быстрее, чем скорость эрозии, с которой участок суши, сложенный породами, понижается, тогда в ландшафте будет формироваться некая ступень, с которой любой водосток будет вынужден «падать» вертикально вниз. Одни из самых зрелищных водопадов такого типа питаются ледниками, примером чему может служить водопад на южном побережье Исландии – водопад Сельяландсфосс (высота 100 метров).

Не будем терять голову и сохраним благоразумие в отношении этого списка. Особенно если иметь в виду, что все, в конечном счете, сводится к тому, что высота многих водопадов измеряется общими размерами серии ступенек или общей высотой вертикального падения.

Когда я проводил исследование нижеприведенного списка, я был крайне разочарован и удивлен тем духом невероятного педантизма, которым окружен этот объект, поэтому я просто сдаюсь, и мне вряд ли стоит рассчитывать на появление согласованного и всеми признанного списка.

Излюбленные места и каноистов, и рафтеров, они на самом деле являются водопадами с незаметного глазу падением воды. Однако всем нам они представляются заполненным обломками речным руслом с небольшим перепадом градиента, в котором стремительно несутся обширные пенистые потоки воды. Для того, чтобы в полной мере испытать на себе такие потоки, можно отправиться на реку Талли в Квинсленде (Австралия) и совершить сплав по ней.

В верхнем течении рек их русло, как правило, узкое, изобилующее придонными наносами, спустившимися вниз с боковых склонов. В результате здесь часто наблюдается чередование запруд, образованных обломками разного материала, которые препятствуют течению воды, формируя спокойные водоемы, и участков водных потоков, низвергающихся со стоящих на их пути обломков породы, или стремнин. При рассмотрении более протяженного отрезка речного русла средняя скорость течения воды на этих двух типах речных участков в целом оказывается очень низкой.