Реки транспортируют содержащиеся в
них осадки, заставляя грубые частицы скользитъ и перекатываться по дну,
перенося тонкий песчаный, алевритовый и глинистый материал во взвешенном
состоянии, а растворимые соединения - в растворе.
Способность реки переносить материал усиливается тем, что большинство обломков минералов и пород при погружении в воду теряют около 40% своего веса. Как транспортируются частицы пород - по дну или во взвеси, - зависит от их размера и массы и от скорости течения.
Скорость осаждения обломочных частиц зависит от их размера, разности плотностей частиц и жидкости, от вязкости жидкости и от силы тяжести. Связь этих факторов со скоростью отложения материала выражается законом Стокса. Вес осадочной частицы пропорционален ее объему (является функцией ее диаметра в кубе). Сопротивление частицы осаждению - это функция площади поверхности частицы или квадрата ее диаметра.
Таким образом, с увеличением размера частиц скорость их осаждения намного возрастает.
Обломочные частицы крупнее песка быстро оседают и редко переносятся во взвешенном состоянии. Они движутся по дну, почти все время касаясь его и других частиц подобного размера; скорость их равна примерно половине скорости течения. Более мелкие частицы оседают медленно и, следовательно, имеют тенденцию переноситься во взвешенном состоянии. Почти любое направленное вверх течение способно поднимать тонкозернистый песок, алеврит и глинистый материал и распределять их по всему потоку в виде взвеси. Этот материал редко откладывается на речном дне, он перемещается во взвешенном состоянии почти с той же скоростью, что и несущая его вода. Благодаря турбулентному движению воды по всему потоку рассеяны еще более мелкие коллоидные частицы и ионы.
Перенос во время паводков как более крупных обломков, так и большего объема осадков свидетельствует о том, что увеличение водносности и скорости течения реки значительно увеличивает ее способность переносить осадки. Эта дополнительная способность к транспортировке является результатом увеличения турбулентности движения воды, а также увеличения ее объема. Для грубозернистого материала размеры самых крупных частиц, переносимых по дну реки, изменяются прямо пропорционально скорости течения в степени 2,6.
На диаграмме скоростные характеристики реки разделены на три поля: скорость течения, скорость переноса и скорость отложения материала. На графике, построенном с учетом размера частиц, видно, что для вовлечения частиц данного размера в движение требуется большая скорость течения, чем для того, чтобы переносить такие же частицы, если они уже движутся. Для большей части осадков существует критическая скорость течения; если река движется медленнее, перенос не будет осуществляться, а вместо этого произойдет отложение осадков. Например, для того чтобы вовлечь в движение над речным дном гальку, требуется скорость течения около 15 см/с, а чтобы удержать ее в движении, достаточна скорость около 4 см/с. Так происходит потому, что для волочения частиц по дну нужны меньшие скорости, чем для того, чтобы частицы отскакивали от дна и катились. Так как сила тяжести способствует перемещению материала с берегов в русло реки, то пригодного для переноса материала берегового происхождения в реке может находиться значительно больше, чем обломков, которые река может вымыть из своего ложа.
Не обязательно легче всего размываются самые тонкозернистые породы. Алеврит и глина, возможно, лучше противостоят эрозии, чем тонкозернистый песок, из-за того, что при захоронении и высыхании они уплотняются и сцепление между частицами в них сильно возрастает. Кроме того, там, где вода соприкасается с дном, скорость ее течения может быть чрезвычайно низкой. Однако песчинки на дне достаточно велики для того, чтобы выступать над граничным слоем воды с низкой скоростью, создавать значительную шероховатость дна и обеспечивать тем самым турбулентность течения, которое их и подхватывает.
Способность реки переносить материал усиливается тем, что большинство обломков минералов и пород при погружении в воду теряют около 40% своего веса. Как транспортируются частицы пород - по дну или во взвеси, - зависит от их размера и массы и от скорости течения.
Скорость осаждения обломочных частиц зависит от их размера, разности плотностей частиц и жидкости, от вязкости жидкости и от силы тяжести. Связь этих факторов со скоростью отложения материала выражается законом Стокса. Вес осадочной частицы пропорционален ее объему (является функцией ее диаметра в кубе). Сопротивление частицы осаждению - это функция площади поверхности частицы или квадрата ее диаметра.
Таким образом, с увеличением размера частиц скорость их осаждения намного возрастает.
Обломочные частицы крупнее песка быстро оседают и редко переносятся во взвешенном состоянии. Они движутся по дну, почти все время касаясь его и других частиц подобного размера; скорость их равна примерно половине скорости течения. Более мелкие частицы оседают медленно и, следовательно, имеют тенденцию переноситься во взвешенном состоянии. Почти любое направленное вверх течение способно поднимать тонкозернистый песок, алеврит и глинистый материал и распределять их по всему потоку в виде взвеси. Этот материал редко откладывается на речном дне, он перемещается во взвешенном состоянии почти с той же скоростью, что и несущая его вода. Благодаря турбулентному движению воды по всему потоку рассеяны еще более мелкие коллоидные частицы и ионы.
Перенос во время паводков как более крупных обломков, так и большего объема осадков свидетельствует о том, что увеличение водносности и скорости течения реки значительно увеличивает ее способность переносить осадки. Эта дополнительная способность к транспортировке является результатом увеличения турбулентности движения воды, а также увеличения ее объема. Для грубозернистого материала размеры самых крупных частиц, переносимых по дну реки, изменяются прямо пропорционально скорости течения в степени 2,6.
На диаграмме скоростные характеристики реки разделены на три поля: скорость течения, скорость переноса и скорость отложения материала. На графике, построенном с учетом размера частиц, видно, что для вовлечения частиц данного размера в движение требуется большая скорость течения, чем для того, чтобы переносить такие же частицы, если они уже движутся. Для большей части осадков существует критическая скорость течения; если река движется медленнее, перенос не будет осуществляться, а вместо этого произойдет отложение осадков. Например, для того чтобы вовлечь в движение над речным дном гальку, требуется скорость течения около 15 см/с, а чтобы удержать ее в движении, достаточна скорость около 4 см/с. Так происходит потому, что для волочения частиц по дну нужны меньшие скорости, чем для того, чтобы частицы отскакивали от дна и катились. Так как сила тяжести способствует перемещению материала с берегов в русло реки, то пригодного для переноса материала берегового происхождения в реке может находиться значительно больше, чем обломков, которые река может вымыть из своего ложа.
Не обязательно легче всего размываются самые тонкозернистые породы. Алеврит и глина, возможно, лучше противостоят эрозии, чем тонкозернистый песок, из-за того, что при захоронении и высыхании они уплотняются и сцепление между частицами в них сильно возрастает. Кроме того, там, где вода соприкасается с дном, скорость ее течения может быть чрезвычайно низкой. Однако песчинки на дне достаточно велики для того, чтобы выступать над граничным слоем воды с низкой скоростью, создавать значительную шероховатость дна и обеспечивать тем самым турбулентность течения, которое их и подхватывает.
Каждая форма речного ложа возникает под влиянием особого режима течения,
как это было установлено проведенными в лаборатории опытами с лотком. Форма
ложа и накопившиеся осадки, если они сохраняются, фиксируют условия,
существовавшие на дне реки. Обычно в разных частях одного и того же русла форма
ложа меняется. Изменение скорости течения фиксируется в осадках возникновением
дюн - (подводных гряд песка), за которыми следует песчаная рябь, небольшие
антидюны и снова песчаная рябь.
Изменения во время переноса. Во время переноса по дну и во взвешенном состоянии происходит постоянный обмен между транспортируемым материалом и материалом, лежащим на дне. Частицы то подхватываются потоком, то оседают
на дно. Чем они мельче, тем дольше несет их поток с момента захвата до момента окончательного отложения. По кривым Юльстрёма видно, что там, где скорость течения для какого-то участка русла выше средней, может произойти размыв более грубого материала.
В аридных областях концентрация растворенного вещества в реке может повыситься настолько, что в меженное время оно будет осаждаться на гальке, покрывая ее тонким слоем. В областях с гумидным климатом река, которую питают холодные ключи с высоким содержанием в воде растворенного карбоната кальция, может отложить вдоль своего течения кальцит. Эти отложения формируются в результате того, что из воды при нагревании, перемешивании и за счет жизнедеятельности растений и животных выделяется углекислый газ. Однако обычно концентрация растворенных веществ в речной воде слишком мала для того, чтобы реки на своем пути к морю откладывали химические осадки.
От верховьев реки к устью размеры частиц на дне, берегах и в потоке уменьшаются. Это вызвано избирательной сортировкой и абразивным истиранием или сочетанием обоих процессов.
Избирательная сортировка происходит потому, что более тонкий материал легче подхватывается течением и может быть перенесен на большее расстояние, чем грубообломочный. На коротком отрезке русла, где происходит отложение материала, избирательная сортировка может вызвать очень заметные изменения размеров частиц на дне реки. Этот механизм объясняет, почему изменяется размер частиц вниз по течению от одного источника осадочного материала, такого, например, как оползень или наносы, отложенные потоком во время паводка.
Важное значение имеет и то обстоятельство, что обломки разрушаются до более мелких частиц. Это происходит потому, что обломки волочатся по дну, катятся и бьются друг о друга и о коренные породы в русле потока. Острые края и углы неокатанных обломков быстро сглаживаются, но после первичного окатывания истирание происходит гораздо медленнее. Опыты по абразии невыветрелых угловатых частиц породы заставляют предположить, что для того, чтобы получить наблюдаемое в природе уменьшение размеров частиц, необходимо, чтобы эти частицы проделали путь, значительно превышающий длину большинства речных систем. Но опыты показали также, что если между периодами транспортировки материал испытал выветривание, то истирание при последующем переносе будет гораздо эффективнее. Такое выветривание происходит, когда осадки на некоторое время откладываются на речных отмелях, поймах и террасах или в заводях.
Изменения во время переноса. Во время переноса по дну и во взвешенном состоянии происходит постоянный обмен между транспортируемым материалом и материалом, лежащим на дне. Частицы то подхватываются потоком, то оседают
на дно. Чем они мельче, тем дольше несет их поток с момента захвата до момента окончательного отложения. По кривым Юльстрёма видно, что там, где скорость течения для какого-то участка русла выше средней, может произойти размыв более грубого материала.
В аридных областях концентрация растворенного вещества в реке может повыситься настолько, что в меженное время оно будет осаждаться на гальке, покрывая ее тонким слоем. В областях с гумидным климатом река, которую питают холодные ключи с высоким содержанием в воде растворенного карбоната кальция, может отложить вдоль своего течения кальцит. Эти отложения формируются в результате того, что из воды при нагревании, перемешивании и за счет жизнедеятельности растений и животных выделяется углекислый газ. Однако обычно концентрация растворенных веществ в речной воде слишком мала для того, чтобы реки на своем пути к морю откладывали химические осадки.
От верховьев реки к устью размеры частиц на дне, берегах и в потоке уменьшаются. Это вызвано избирательной сортировкой и абразивным истиранием или сочетанием обоих процессов.
Избирательная сортировка происходит потому, что более тонкий материал легче подхватывается течением и может быть перенесен на большее расстояние, чем грубообломочный. На коротком отрезке русла, где происходит отложение материала, избирательная сортировка может вызвать очень заметные изменения размеров частиц на дне реки. Этот механизм объясняет, почему изменяется размер частиц вниз по течению от одного источника осадочного материала, такого, например, как оползень или наносы, отложенные потоком во время паводка.
Важное значение имеет и то обстоятельство, что обломки разрушаются до более мелких частиц. Это происходит потому, что обломки волочатся по дну, катятся и бьются друг о друга и о коренные породы в русле потока. Острые края и углы неокатанных обломков быстро сглаживаются, но после первичного окатывания истирание происходит гораздо медленнее. Опыты по абразии невыветрелых угловатых частиц породы заставляют предположить, что для того, чтобы получить наблюдаемое в природе уменьшение размеров частиц, необходимо, чтобы эти частицы проделали путь, значительно превышающий длину большинства речных систем. Но опыты показали также, что если между периодами транспортировки материал испытал выветривание, то истирание при последующем переносе будет гораздо эффективнее. Такое выветривание происходит, когда осадки на некоторое время откладываются на речных отмелях, поймах и террасах или в заводях.
Комментариев нет:
Отправить комментарий