Речные дельты: процессы образования, типы и экологическое значение

Речные дельты представляют собой низменные, плоские аллювиальные отложения, формирующиеся в устьях ручьёв и рек при впадении в заливы, океаны или озёра. Эти прибрежные формы рельефа обычно имеют треугольную или неправильную форму и характеризуются многочисленными ответвлениями от основного русла, нередко простираясь на значительные расстояния под водой. Прибрежная среда отличается высокой чувствительностью, поэтому дельты сильно подвержены влиянию повышения уровня моря и различных видов антропогенной деятельности. Наличие богатых залежей нефти под этими хрупкими экосистемами создаёт сложный баланс между удовлетворением глобальных энергетических потребностей за счёт добычи ископаемого топлива и сохранением экологической целостности дельтовых ландшафтов.

Осадочные процессы и образование дельт. Когда река или ручей впадает в относительно спокойный водоём — озеро или океан — скорость течения резко снижается, что уменьшает способность потока удерживать взвешенные осадочные частицы. Внезапная потеря энергии приводит к отложению наносов и формированию так называемой дельты. Древнегреческий историк Геродот в V веке до н. э. впервые применил термин «дельта» для описания треугольных аллювиальных отложений в устье реки Нил. Процесс осадконакопления следует предсказуемой схеме: сначала выпадает более крупный материал, а затем всё более мелкие частицы удаляются от береговой линии, создавая характерную вертикальную последовательность отложений.

Снимок дельты реки Миссисипи в ложных цветах, сделанный прибором ASTER на спутнике НАСА Terra, 24 мая 2001 г. (филиал спутниковых систем центра обработки данных Геологической службы США EROS в рамках серии изображений «Земля как искусство II», НАСА)

В 1890 году американский геолог Гровер Карл Гилберт провёл новаторские исследования небольших дельт древнего озера Бонневиль на территории штатов Юта, Айдахо и Невада. Гилберт установил, что отложение более мелкозернистого материала на значительном удалении от берега формирует характерную трёхчленную последовательность дельтовых отложений. Эта последовательность включает верхний слой (topset) из крупных прибрежных и мелкодисперсных морских осадков, передний слой (foreset), слагающий склон дельты, и нижний слой (bottomset), состоящий из тончайших частиц, отложенных дальше всего от берега. Верхние слои наращиваются по мере того, как поток расширяет свою протяжённость и создаёт новые отложения поверх существующей структуры, включая различные подводные и субаэральные среды, развивающиеся при продвижении дельты в море.

Глобальное распространение и морфологическое разнообразие. Крупнейшие речные системы мира — Миссисипи, Нил, Ганг — формируют огромные дельты, каждая из которых обладает уникальными характеристиками, обусловленными местными условиями. Морфология и размеры дельт зависят от множества факторов: объёма выносимых наносов, энергии волн, приливного воздействия, климатических условий и тектонической стабильности прибрежного региона. Большинство дельт развиваются вдоль пассивных или активных (сходящихся) континентальных окраин, причём вдоль активных границ они встречаются редко — за исключением таких примечательных случаев, как река Коппер на Аляске и река Фрейзер в Британской Колумбии. Такое распределение отражает тенденцию: реки на пассивных окраинах становятся длиннее, дренируют обширные территории с легко эродируемыми почвами и несут значительные объёмы наносов, тогда как реки вдоль активных окраин короче, прорезают коренные породы и транспортируют сравнительно меньше осадочного материала.

Диаграмма, иллюстрирующая различные типы дельт, образовавшихся в результате различного относительного влияния поступления наносов, потока приливной энергии и потока волновой энергии. Формы дельт, характерные для каждого типа, показаны по краям диаграммы, а названия других дельт нанесены в пространстве внутри диаграммы в позициях, отражающих относительную силу каждого компонента для каждой дельты.

Геологическая история и влияние уровня моря. Большинство современных дельт являются геологически молодыми образованиями, сформировавшимися после таяния ледников в период между 18 000 и 10 000 лет назад, когда уровень моря поднялся до континентальных шельфов. Во время последнего ледникового максимума (от 2,5 миллиона лет назад до примерно 18 000 лет назад) уровень моря был примерно на 120 метров (395 футов) ниже современного. В тот период реки врезали каньоны в обнажившихся континентальных шельфах и переносили отложения непосредственно в глубоководные океанические бассейны. При таянии ледников и повышении уровня моря на обширных шельфах появилось достаточное пространство для накопления мощных дельтовых толщ. Хотя активные поверхности дельт обычно моложе 18 000 лет, многие дельты содержат более древние, глубокозалегающие компоненты, сформировавшиеся в предыдущие межледниковые периоды с аналогично высоким уровнем моря.

Скорость повышения уровня моря сыграла решающую роль в формировании дельт. На начальных этапах быстрого таяния ледников устья рек слишком быстро смещались вглубь материка, что препятствовало существенному росту дельт. Примерно 6000 лет назад темпы повышения уровня моря значительно замедлились, что позволило большинству дельт мира начать основную фазу расширения. Дельта реки Миссисипи служит показательным примером: она содержит компоненты возрастом более нескольких миллионов лет, тогда как её активные лопасти начали формироваться лишь около 6000 лет назад.

Архитектура дельт и экологические зоны. Дельты представляют собой непрерывный спектр условий — от наземных и речных, где преобладают речные процессы на границах, обращённых к суше, до морских, где доминируют волны и приливы на фронтах, обращённых к морю. Наличие дельты вдоль береговой линии указывает на то, что поступление наносов из реки превышает возможности их выноса волнами, приливами, течениями, ветром и подводными оползнями. Распределители и основные каналы обычно смещаются в поисках наиболее прямого пути к морю, что вызывает миграцию активных центров осадконакопления. Неактивные участки дельты, которые могут образовывать отчётливые выступы, подвергаются проседанию и переработке приливными течениями и волнами.

В строении дельт выделяют три основных компонента: дельтовая равнина (область, обращённая к суше), фронт дельты и продельт (простирающийся от приливной зоны до глубоководных районов континентального шельфа). Дельтовая равнина функционирует как прибрежное продолжение речной системы, характеризуясь речными и прибрежно-осадочными отложениями в виде плоских извилистых потоков. Эти условия существуют на уровне моря или вблизи него, что требует многократного осаждения ила во время паводков для компенсации проседания дельты в результате тектонических процессов. Дельты рек, лишённые ежегодного поступления наносов из-за строительства дамб, постепенно опускаются ниже уровня моря, создавая серьёзные проблемы для инфраструктуры.

Естественные дамбы ограничивают русла рек, возвышаясь на 1–2 метра (несколько футов) над поймами и часто представляя собой единственные участки, находящиеся выше уровня воды во время паводков. При наводнениях дамбы могут разрушаться, образуя трещины (кревассеры), которые быстро выбрасывают воду и илистые отложения на прибрежные участки, потенциально воздействуя на любую созданную человеком инфраструктуру в этих уязвимых зонах.

Ложноцветное изображение дельты реки Лена в России, полученное усовершенствованным тематическим картографом Landsat 7 Plus 27 февраля 2000 года (филиал спутниковых систем центра обработки данных Геологической службы США EROS).

Динамика и чувствительность дельтового фронта. Окружающая среда фронта дельты, расположенная на морском краю, представляет собой чрезвычайно чувствительную зону, подверженную сильному влиянию волн, приливов, колебаний уровня моря и изменений в поступлении наносов. На многих фронтах дельт имеются прибрежные песчаные отмели, известные как распределительные устьевые бары или системы барьерных островов, ориентированных параллельно побережью. Современные проблемы наглядно демонстрирует дельта реки Миссисипи, где наблюдается значительное сокращение площади из-за проседания грунта, вызванного уменьшением запасов наносов, тектоническими опусканиями, повышением уровня моря, деятельностью человека (включая добычу нефти и строительство дамб), а также сильной эрозией в результате штормов, таких как ураганы Хьюго, Катрина и Айк.

Системы классификации и типы дельт. Геологи разработали различные схемы классификации дельт на основе морфологии и доминирующих процессов. Высококонструктивные (речные) дельты формируются там, где речной транспорт доминирует в энергетическом балансе, что приводит либо к удлинённым формам (пример — современная дельта Миссисипи с её характерной формой «птичьей лапы»), либо к лопастевидным формам, характерным для более ранних голоценовых долин Миссисипи, ныне значительно опустившихся ниже уровня моря.

Высокодеструктивные дельты образуются в местах с высокой энергией приливов и волн, где значительные речные наносы перерабатываются перед окончательным осаждением. В дельтах с преобладанием волн обычно накапливаются дугообразные барьерные формы вблизи устьев рек — классические примеры: дельты Нила и Роны. В дельтах с преобладанием приливов приливное воздействие преобразует наносы в линейные полосы, расходящиеся от устьев; при этом пески на внешних участках защищают низкоэнергетиные зоны накопления ила и грязи внутри страны. Примером служат дельта Ганга, а также дельты рек Кикари и Флай в Папуа – Новой Гвинее. В некоторых местах, где приливные и волновые течения исключительно сильны, эти морские процессы полностью подавляют речные отложения, эффективно устраняя дельтовые формы. Река Ориноко в Южной Америке демонстрирует это явление: её наносы переносятся на юг вдоль побережья, не образуя настоящей дельты в устье.

Особые типы дельт и их экономическое значение. Веерные дельты формируются, когда крупнозернистые наносы, выносимые аллювиальными конусами выноса, оседают непосредственно в стоячей воде. Плетёные дельты возникают там, где переплетённые потоки сталкиваются с локальными понижениями рельефа и откладывают свой крупнозернистый материал. Эти специализированные типы представляют собой важные вариации в характере дельтового осадконакопления.

Дельты создают уникальные, разнообразные экосистемы на стыке пресноводной и морской сред, охватывая болота, пляжи и мелководные морские местообитания. Эти районы входят в число наиболее продуктивных экологических зон мира. В то же время в дельтах находятся одни из крупнейших месторождений углеводородов, поскольку мелкозернистые илы и карбонаты служат отличными нефтематеринскими породами, а пески образуют эффективные коллекторы и ловушки. Такое двойное значение создаёт постоянную напряжённость между сохранением природных экосистем и использованием ресурсов. Расположенные на уровне моря речные дельты остаются исключительно уязвимыми для ураганов и прибрежных штормов, что придаёт особую актуальность усилиям по управлению и сохранению.

Дополнительно для прочтения: Беркетт, Вирджиния Р., Д. Б. Зикоски и Д. А. Харт. «Повышение и оседание уровня моря: последствия наводнения в Новом Орлеане, штат Луизиана». На конференции Группы по изучению оседания грунта Геологической службы США, материалы технического совещания. Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США. Отдел водных ресурсов Геологической службы США, Серия отчетов Open File 03-308, 2003: 63-70.

Дэвис Р. и Д. Фитцджеральд. Пляжи и побережья. Малден, Массачусетс: Блэквелл, 2004.
Лезерман Стивен П., ред. Барьерные острова, от залива Святого Лаврентия до Мексиканского залива. Нью-Йорк: Academic Press, 1979.
Национальный исследовательский совет. Составление новой карты Луизианы: решение проблемы потери земель в прибрежных районах Луизианы. Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press, 2005.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам естественнонаучных направлений (геологии, географии, геофизики, астрофизики и космологии), начинающим специалистам в области структурной геологии, тектоники, космологии и астрофизики, а также всем, кто интересуется фундаментальными загадками устройства Вселенной и процессами формирования Земли.