Речные процессы переноса и отложения осадочных пород
Fluvial sediment processes
Речные отложения и процессы переноса: формирование рельефа, наносов, пойм и паводков. Влияние воды на размер переносимых частиц. Гляциофлювиальные процессы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Осадочные процессы, связанные с реками и ручьями
Sediment processes associated with rivers and streams
В географии и геологии процессы переноса речного осадка или речные осадочные процессы связаны с реками и ручьями, а также с отложениями и формами рельефа, создаваемыми осадком. Они могут приводить к образованию ряби и дюн, к фрактальным узорам эрозии, к сложным структурам естественных речных систем, а также к развитию пойм и возникновению паводков. Осадок, переносимый водой, может быть крупнее, чем переносимый воздухом, поскольку вода обладает большей плотностью и вязкостью. В типичных реках наибольший переносимый осадок имеет размер песка и гравия, но во время сильных наводнений могут переноситься галька и даже валуны. Если ручьи или реки связаны с ледниками, ледниковыми щитами или ледниковыми шапками, используется термин гляциофлювиальный или флювиогляциальный, как, например, в случае перигляциальных потоков и вырывов из подледниковых озер. Процессы переноса речного осадка включают движение осадка, а также эрозию или отложение на дне реки.
In geography and geology, fluvial sediment processes or fluvial sediment transport are associated with rivers and streams and the deposits and landforms created by sediments. It can result in the formation of ripples and dunes, in fractal shaped patterns of erosion, in complex patterns of natural river systems, and in the development of floodplains and the occurrence of flash floods. Sediment moved by water can be larger than sediment moved by air because water has both a higher density and viscosity. In typical rivers the largest carried sediment is of sand and gravel size, but larger floods can carry cobbles and even boulders. When the stream or rivers are associated with glaciers, ice sheets, or ice caps, the term glaciofluvial or fluvioglacial is used, as in periglacial flows and glacial lake outburst floods. Fluvial sediment processes include the motion of sediment and erosion or deposition on the river bed.
Принципы
Движение воды по руслу реки оказывает касающее напряжение непосредственно на русло. Если прочность сцепления субстрата ниже приложенного касательного напряжения, или если русло состоит из рыхлого осадка, который может быть мобилизован таким напряжением, то русло будет понижаться исключительно потоком чистой воды. Кроме того, если река несет значительное количество осадочного материала, этот материал может действовать как абразив, усиливая износ русла (абразию). Одновременно сами фрагменты обтачиваются, уменьшаясь в размере и округляясь (атрибуция). Осадочный материал в реках транспортируется в виде донного груза (более крупные фрагменты, движущиеся вблизи русла) или взвешенного груза (более мелкие фрагменты, переносимые в воде). Также существует компонент, переносимый в виде растворенных веществ. Для каждого размера зерна существует определенная скорость потока, при которой зерна начинают двигаться, называемая скоростью выноса. Однако зерна будут продолжать транспортироваться, даже если скорость падает ниже скорости выноса, из-за уменьшения (или устранения) трения между зернами и руслом реки. В конечном итоге скорость упадет настолько, что зерна начнут отлагаться. Это демонстрируется кривой Хюльстрема. Река постоянно поднимает и откладывает твердые частицы горных пород и почвы со своего русла на протяжении всей своей длины. Там, где течение реки быстрое, поднимается больше частиц, чем откладывается. Там, где течение реки медленное, откладывается больше частиц, чем поднимается. Участки, где откладывается больше частиц, называются аллювиальными равнинами или поймами, а отложенные частицы – аллювием. Даже небольшие ручьи формируют аллювиальные отложения, но крупные, геологически значимые аллювиальные отложения встречаются на поймах и в дельтах крупных рек. Количество вещества, переносимого крупной рекой, огромно. По оценкам, река Миссисипи ежегодно выносит в море 406 миллионов тонн осадочного материала, река Хуанхэ – 796 миллионов тонн, а река По в Италии – 67 миллионов тонн. Многие реки получили свои названия от цвета, который придает воде переносимый материал. Например, Желтая река (Хуанхэ) в Китае названа в честь оттенка осадков, которые она несет, а Белый Нил – в честь глины, которую он переносит.
The movement of water across the stream bed exerts a shear stress directly onto the bed. If the cohesive strength of the substrate is lower than the shear exerted, or the bed is composed of loose sediment which can be mobilized by such stresses, then the bed will be lowered purely by clearwater flow. In addition, if the river carries significant quantities of sediment, this material can act as tools to enhance wear of the bed (abrasion). At the same time the fragments themselves are ground down, becoming smaller and more rounded (attrition). Sediment in rivers is transported as either bedload (the coarser fragments which move close to the bed) or suspended load (finer fragments carried in the water). There is also a component carried as dissolved material. For each grain size there is a specific flow velocity at which the grains start to move, called entrainment velocity. However the grains will continue to be transported even if the velocity falls below the entrainment velocity due to the reduced (or removed) friction between the grains and the river bed. Eventually the velocity will fall low enough for the grains to be deposited. This is shown by the Hjulström curve. A river is continually picking up and dropping solid particles of rock and soil from its bed throughout its length. Where the river flow is fast, more particles are picked up than dropped. Where the river flow is slow, more particles are dropped than picked up. Areas where more particles are dropped are called alluvial or flood plains, and the dropped particles are called alluvium. Even small streams make alluvial deposits, but it is in floodplains and deltas of large rivers that large, geologically significant alluvial deposits are found. The amount of matter carried by a large river is enormous. It has been estimated that the Mississippi River annually carries 406 million tons of sediment to the sea, the Yellow River 796 million tons, and the Po River in Italy 67 million tons. The names of many rivers derive from the color that the transported matter gives the water. For example, the Yellow River (Huang He) in China is named after the hue of the sediment it carries, and the White Nile is named for the clay it carries.
Речные водоразделы
Движение отложений может приводить к образованию самоорганизующихся структур, таких как рябь, дюны или антидюны на дне реки или ручья. Эти формы рельефа дна часто сохраняются в осадочных породах и могут использоваться для оценки направления и силы потока, отложившего эти отложения.
Sediment motion can create self organized structures such as ripples, dunes, or antidunes on the river or stream bed. These bedforms are often preserved in sedimentary rocks and can be used to estimate the direction and magnitude of the flow that deposited the sediment.
Поверхностный сток
Поверхностный сток может размывать частицы почвы и переносить их вниз по склону. Эрозия, связанная с поверхностным стоком, может происходить различными способами в зависимости от метеорологических условий и характеристик потока. Если первоначальное воздействие капель дождя приводит к отрыву частиц почвы, это явление называется размывом от удара дождевых капель. Если поверхностный сток непосредственно отвечает за вовлечение осадочного материала, но не образует оврагов, это называется "плоскостной эрозией". Если поток и подстилающая поверхность способствуют образованию русел, могут формироваться овраги; это называется "овражной эрозией".
Overland flow can erode soil particles and transport them downslope. The erosion associated with overland flow may occur through different methods depending on meteorological and flow conditions. If the initial impact of rain droplets dislodges soil, the phenomenon is called rainsplash erosion. If overland flow is directly responsible for sediment entrainment but does not form gullies, it is called "sheet erosion". If the flow and the substrate permit channelization, gullies may form; this is termed "gully erosion".