• «скорости», с которой высота русла или ложа реки снижается по мере продвижения к устью (градиент);
• соотношения между поверхностью трения русла и берегов реки, с одной стороны, и площадью поперечного сечения русла (морфология русла);
• мелкомасштабных особенностей речного русла и их влияния на характер течения воды, ее круговоротов и завихрений (неровности поверхности русла).
Очевидно, что воздействие воды на поверхность земли – это только одна часть дела. Другая состоит в том, что подлежащие горные породы представляют собой альбом, на который вода наносит свои рисунки.
В каких местах течение реки самое быстрое?
Возможно, вам кажется логичным, что река течет быстрее всего у своего истока, в ее верхнем течении, и что именно здесь она демонстрирует крутой градиент? Иными словами, вам может показаться, что именно так и всё и происходит, и действительно, большинство водопадов находятся в верхнем течении реки и именно в этой части реки текут довольно быстро. Но ответ все же не так прост, как может показаться. На протяжении значительного отрезка течения реки, наибольшие ее скорости обнаруживаются в тех ее участках, где влияние градиента достаточно сильно, чтобы сломить сопротивление темных сил трения подлежащих поверхностей. В конечном итоге, именно в нижнем течении реки ее русло оказывается наиболее эффективным, так что средняя скорость течения реки достигает здесь своего максимума.
Объем перемещаемой воды в реке называется его стоком, и он рассчитывается как площадь поперечного сечения русла перемноженное на среднюю скорость ее течения.
Следовательно, единицы, в которых измеряется сток – это метры кубические в секунду. Общепринятым обозначением стока реки является знак Q.
Формирование ландшафта
Реки представляются хорошей иллюстрацией важности «событий с высокой магнитудой и низкой частотой» в формировании ландшафта. В течение большей части года река способна с легкостью перемещать массу воды, не оставляя энергии, достаточной для эрозии[4]. Наверное, 4 или 5 раз в году, величина стока воды в реке достигает уровня, достаточного для того, чтобы заполнить все ее русло (известна как «руслонаполняющий расход воды»). Приблизительно в этот момент энергия реки достигает наибольшего уровня, с которым она может справиться, при данной форме ее русла. Но если уровень воды еще больше повышается, река выходит из берегов, меняя свою форму и продольный профиль, а также увеличивая или же сокращая интенсивность эрозии русла. Однако это происходит только в тех случаях, когда река уже больше не может транспортировать свой сток, в условиях сохранения текущего профиля русла. Поэтому только тогда, когда река находится в состоянии обладания наивысшей энергией, которой она способна управлять, она приступает к выполнению какой-либо новой работы.
Как реки делают свою работу
Мы все когда-то учили мнемоническое обозначения процессов флювиальной эрозии[5] (и надо отметить, береговой эрозии в том числе) – КТРГ (CASH, англ.):
Корразия (corrasion) – механическое разрушение или размывание. Происходит тогда, когда горные породы трутся о ложе и берега реки, меняя форму ее русла. Правильнее было бы этот процесс назвать «абразией», однако, такое название может создать проблему для сочинителей мнемонических обозначений.
Трение, истирание (attrition) – обломки горной породы трутся друг о друга, формируя более округлые и более мелкие частицы.
Растворение (solution) – частицы пород растворяются в воде, становясь частью реки. В районах распространения известняка со слегка кислотной водой это способствует возникновению одного из самых странных явлений на нашей планете. Дождевая вода, вступая в реакцию с углекислым газом при прохождении ее через воздушную среду, образует слабую угольную кислоту. Поэтому, даже при отсутствии каких-либо других загрязнителей воздуха, дождевая вода всегда будет несколько более кислой.
Гидравлическое воздействие (hydraulic action) – воздействие воды на ложе или донную поверхность реки и ее берега, могут привести к тому, что воздух будет заперт в ловушку, так что его давление приведет к ослаблению берега и вызовет его истирание.
Как реки перемещают грузы
Под «грузами» здесь, конечно же, подразумевается любой материал, – гравий, галька, обломки горных пород, – который переносится вместе с естественным потоком воды в реке. Поскольку вода движется, она обладает кинетической энергией. Река использует эту энергию для выполнения следующих видов работы: