Естественный эрозионный процесс

Эрозию обычно делят на нормальную и ускоренную, или активную, причем считают, что нормальный эрозионный процесс является естественным, ’’геологическим”, ускоренный же связан с деятельностью человека. Такое представление содержит логическую ошибку, так как приводит к смешению двух независимых понятий: происхождения эрозионного процесса и его свойства - интенсивности.

По происхождению эрозию следует делить на естественную и антропогенную. Естественная эрозия гораздо чаще, чем антропогенная, протекает как нормальная, но все же бывает и ускоренной. Что касается антропогенной эрозии, то она часто, хотя далеко не всегда, бывает ускоренной. Когда она протекает медленно, ее обычно просто не замечают, так как, с одной стороны, она не приносит вреда, с другой — длится еще не настолько долго, чтобы существенно изменить рельеф.

Темой настоящей статьи является только естественная эрозия, как нормальная, так и ускоренная. Прежде чем приступить к рассмотрению эрозионных процессов, нам представляется целесообразным уточнить значение некоторых терминов (денудация, выветривание, эрозия и др.), так как разные авторы вкладывают в них различный смысл.

Под выветриванием мы понимаем совокупность физических, химических и биологических процессов, возникающих при воздействии экзогенных сил на поверхность горных пород. В результате этих процессов связность горных пород нарушается. Как только связность породы нарушена, она начинает уступать силе тяжести, которая стремится перенести каждую частицу на возможно низкий гипсометрический уровень.

Совокупность процессов отделения частиц выветрелой породы от монолита, их переноса на более низкий уровень и отложения именуется денудацией. Наинизший уровень, до которого практически могут быть снесены продукты выветривания, называется базисом денудации. Результатом денудационного процесса в масштабе геологических эпох всегда является выравнивание земной поверхности, приближение ее к форме геоида.

Необходимо ясно себе представить, что процесс переноса твердых тел на более низкий уровень не требует затраты энергии. Наоборот, эти тела сами производят работу, освобождая свою потенциальную энергию.

Однако лишенные связности частицы лишь в редких случаях имеют возможность падать по вертикали. Как правило, путь к базису денудации идет по очень пологой наклонной кривой. В равнинных районах наносы, чтобы спуститься на сотню метров, часто перемещаются в горизонтальной плоскости на сотни километров.

При этом для преодоления трения они должны произвести громадную работу, во много раз превышающую запас их собственной потенциальной энергии. Поэтому денудационный процесс не может протекать без дополнительного поступления энергии. Источником последней являются процессы влагооборота и циркуляции атмосферы. Преобразование энергии идет в них по пути, отраженному в табл. 1.

Таб. 1. Путь преобразования энергии

Кинетическая энергия стока и ветра как раз и представляет собой ту стадию превращения радиационной энергии, во время которой последняя на пути к рессеянию выполняет работу денудации. Собственная потенциальная энергия твердых масс, имеющая эндогенное происхождение, лишь помогает этой работе.

Вода и воздух являются не только носителями энергии денудационного процесса, но одновременно выполняют и другую роль, обволакивая продукты разрушения горных пород; они уменьшают их коэффициент трения и тем облегчают собственную работу; иными словами, в механизме денудации они одновременно выполняют роль двигателя и смазки.

Как уже упоминалось, денудационный процесс делится на три фазы: отделения, переноса и отложения твердых частиц. Если двигателем является сток, то первую из этих фаз называют водной эрозией, вторую - движением наносов и третью - водной аккумуляцией. Если двигателем является ветер, то к фазам ветровых процессов применяют те же определения, заменяя термин ’’водная” эрозия терминами ’’ветровая”, или ’’эоловая”, эрозия. В дальнейшем мы будем говорить только о водной эрозии и аккумуляции, отбрасывая определение ’’водная”. За ветровой эрозией вообще лучше закрепить особый термин ’’выдувание” (дефляция).

Чтобы понять процесс формирования эрозионного рельефа, рассмотрим его предельно упрощенную схему. Представим себе, что в результате сводового поднятия дна океана возник пологий гладкий купол материка и на него выпали осадки (рис. 1).

Рис. 1. Денудация сводового понятия. MH - уровень моря; ЦАБВ - первичный профиль сводового поднятия; ЦГДНЖВ денудированная поверхность, соответствующая профилю равновесия

Такой случай, разумеется, является абстракцией. Как известно, морское дно само имеет сложный рельеф, унаследованный от прошлых геологических событий или созданный динамическими процессами гидросферы. Кроме того, осадки выпадают на сушу с момента обсыхания первой ее точки, и к тому времени, когда из вод поднимается купол значительной протяженности, вершина его оказывается уже расчлененной. Тем не менее рассмотрение такого абстрактного случая полезно, так как позволяет уяснить сущность процесса.

В центральной точке Ц сводового поднятия сток отсутствует; следовательно, там отсутствует и эрозия. Если эрозия является единственно действующей формой денудации, эта точка после прекращения тектонических движений сохраняет свое высотное положение. По направлению к периферии суши сток нарастает.

Из динамики русловых процессов известно, что каждый поток, движущийся в размываемом русле, стремится выработать профиль равновесия, т. е. придать путем размыва ложа и перемещения наносов по его дну такой уклон, при котором не происходит ни эрозии, ни аккумуляции (Великанов, 1946).

Этот уклон тем меньше, чем мельче наносы и чем больше расход воды в потоке. Если в начале процесса средняя крупность выветрелой породы, образующей ложе склонового стока, везде одинакова, то профиль равновесия неизбежно приобретает вогнутую форму, так как только при такой форме нарастанию расхода воды вниз по течению- соответствует уменьшение уклона. Когда сток произведет обычную сортировку наносов, вогнутость еще более увеличится, потому что в этом случае оба фактора, обусловливающие выполаживание склона, - увеличение расхода и измельчение наносов вниз по течению - будут действовать в одном направлении.

Таким образом, выпуклая первичная поверхность купола (ЦАД на рис. 1) не соответствует профилю равновесия склонового стока, и последний начинает ее перестраивать: придавать склонам вогнутую форму (ЦГД), наращивать вдоль берегов аккумулятивную равнину (ДЕ) и материковую отмель (ЕЖ), оканчивающуюся подводной осыпью - материковой ступенью (ЖВ).

Описанный процесс, очевидно, должен привести к превращению свода в вогнутый конус. Однако этот переход не совершается прямо и непосредственно, поскольку он с самого начала попадает под влияние осложняющего фактора: способности склонового стока к концентрации.

Даже на поверхности купола с однообразным рельефом возникают мелкие неровности, создающие местные концентрации струи. Факторами, искажающими равномерность пелены стока, могут быть эоловая рябь на поверхности сыпучих тел, растрескивание почвы при засухах и морозах, кустики травы и стволы деревьев, тропы и норы животных и т.п. На малых ровных участках суши именно эти факторы и являются действительными распределителями склонового стока.

Как бы ни была ничтожна первичная концентрация стока, она имеет тенденцию увеличиваться. Стоит выделиться более крупной струе, как эродирующая и несущая способность ее оказывается больше, чем у окружающих струй. Она начинает быстрее углублять свое русло, тем самым стягивая к себе сток с соседних участков. Дополнительный сток в свою очередь усиливает эрозионную деятельность струи, и процесс начинает нарастать до тех пор, пока водосбор нового потока не встретится с водосборами соседних потоков, достигших той же степени концентрации. Таким образом, первичная пелена стока (рис. 2, А) очень быстро перестраивается в параллельно-струйчатую сеть первичных потоков (рис. 2, Б), а последняя, уже медленнее, - в древовидную сеть более крупных потоков и рек (рис. 2, В) (Хортон, 1948; Арманд, 1950).

Рис. 2. Схема развития русловой сети: А — фаза первая — пелена стока; Б — фаза вторая — параллельно-струйчатая сеть первичных потоков; В - фаза третья - древовидная сеть потоков

Процесс формирования профиля равновесия, имеющегося вогнутую форму, при концентрации потоков останется тем же, как и при описанном выше схематизированном процессе склонового стока пеленой. Различие будет лишь в том, что он локализуется в речных долинах, промежуточные же плакорные пространства сохранят выпуклый профиль (рис. 3).

Рис. 3. Перестройка рельефа сводового поднятия в процессе формирования речной сети

Прибрежные аллювиальные равнины возникнут лишь в дельтах. Притоки разного порядка также будут создавать профиль равновесия, но, обладая меньшим запасом кинетической энергии, чем главные реки, более медленно. В результате в любой момент времени материк будет иметь форму свода, на котором первичные выпуклые поверхности рассекаются речными долинами, находящимися в разных стадиях приближения к профилю равновесия.

Главные артерии будут иметь вогнутый профиль, меньшие - близкий к прямому и, наконец, самые малые - выпуклый профиль, но меньшей кривизны, чем первичная поверхность. В реальных условиях развития материков эта схема осложняется влиянием геологических и климатических факторов.

Меандрирование является естественной формой равновесия руслового потока (Великанов, 1946). Меандры медленно смещаются вниз по течению, срезая заключенные между ними полуострова суши. Кроме того, сила Кориолиса заставляет потоки подмывать один из берегов. Наконец, события геологической истории приводят к смене реками своих русел и смещению долин.

Только через это блуждение рек весь материк может прийти к форме конуса с вогнутыми склонами. Он достигает ее лишь тогда, когда реки, смещаясь, побывают везде и срежут последние останцы выпуклой поверхности. Практически для крупных участков суши этот момент никогда не наступает, так как тектонические силы не прекращают своего воздействия на земную кору.

Острая вершина денудированного сводового поднятия, которая не может быть срезана склоновым и речным стоком, в реальных условиях сполаживается в результате развития других физико-географических процессов, обвалов, оползней, выдувания, растворения горных пород и т. д.

Чем дальше продвигается выработка вогнутых продольных профилей русловых потоков и чем больше сгущается их сеть, тем длиннее становится линия бровок и тем большее место занимают в рельефе выпуклые склоны речных долин (разрез по КЛ на рис. 3).