11.6: Потоки

ВСТУП

Потоки відіграють головну роль в геології. Потоки ліплять і формують земну поверхню шляхом розмивання, транспортування та відкладання осаду. Розмиваючи осад з піднятих районів і створюючи форми рельєфу з відкладеного осаду в нижніх районах, потоки формують земну поверхню більше, ніж льодовики, більше, ніж хвилі на пляжі, і набагато більше, ніж вітер.

ЩО ТАКЕ ПОТОКИ?

Потік - це потік води, що рухається самопливом, в природному руслі, на суші. Невеликий струмок на лузі і річка Амазонка - це обидва потоки. Цікаво спостерігати за водою на недавно бульдозованому будівельному майданчику з ухилом. Спочатку вода насичує землю і починає стікати вниз по поверхні схилу тонким листом. Незабаром вода викопує невеликі канали, відомі як рилі, в бруді. Роли зливаються, утворюючи більші канали. Сформувалася мережа потоків, включаючи притоки. Якщо не запобігти, канали можуть продовжувати поглиблюватися і розмивати грунт з будівельного майданчика.

За більш тривалі проміжки часу ті самі процеси, які ми уявляли на будівельному майданчику, будували системи потоків і потокових долин на поверхні землі. Більшість долин на землі є продуктом потоків. Потоки розмивають бруд і гірські породи, транспортують осад і знову відкладають його в нових місцях, формуючи земну поверхню в систему струмкових долин.

Потоки стікають вниз за рахунок сили тяжіння. Чим вище пагорб, тим більше гравітаційної енергії є для приводу потоку. Там, де схили найкрутіші, а пагорби найвищі, потоки будуть найбільш енергійними і швидкість ерозії буде найшвидшою.

ДРЕНАЖНА ЗОНА

Дренажна зона потоку охоплює всю землю, з якої поверхневий стік впадає в цей потік. Зона вододілу також називається вододілом. Межі між ділянками водовідведення потоку називаються дренажними дільниками. В якому водовідведенні ви живете?

ПОТІК ЗАМОВЛЕННЯ

Звичайно, що один потік перетікає в інший. Менший з двох потоків є притокою більшого потоку. Потік без приток - це потік першого порядку. Потік з лише притоками першого порядку є потоком другого порядку. Потік, який має будь-які притоки другого порядку і немає вище, є потоком третього порядку тощо. Річка Міссісіпі - це потік десятого порядку, один з потоків найвищого порядку на землі. Оскільки все більше і більше приток з'єднуються разом, утворюється більша мережа потоків і головний потік, потік найвищого порядку в системі має розряд, який є сумою всіх притокових скидів. Коли відбувається повені, потоки вищого порядку займають більше часу, щоб наростити до стадії повені, ніж потоки нижчого порядку, і довше, щоб потоки стихали.

ДРЕНАЖНІ ВІЗЕРУНКИ

Система потоків, яка включає кілька приток, демонструє чіткий дренажний малюнок, як показано на карті. Схема дренажу залежить від типів гірських порід і геологічних споруд, що лежать в основі потокової системи. Деякі види гірських порід твердіше і стійкіше до ерозії, ніж інші. Якщо геологія, що лежить в основі потокової системи, досить рівномірна - гірські породи однаково стійкі до ерозії у всіх напрямках - буде розвиватися дендритний дренаж, як показано на малюнку 1. Дендритний дренажний малюнок - найпоширеніший тип.

Малюнок 1

Якщо область підлягає шаруватих утвореннях гірських порід, які були складені, і шари мають різний ступінь стійкості до ерозії, долини струмків, як правило, слідуватимуть за шарами менш стійкої породи, а шари більш твердих порід стануть хребтами. Це призводить до схеми дренажу шпалер, як показано на малюнку 2.

Малюнок 2.

У деяких місцях геологія складається з одного типу гірських порід, стійких до ерозії, але скеля містить набори паралельних з'єднань, де вона легше розмивається. Набори стиків зазвичай перетинаються один з одним під високими кутами. У міру розвитку струмкових долин в спільній системі розвивається прямокутна схема дренажу, як показано на малюнку 3. Потокові долини різко згинаються там, де вони переходять від наступного одного спільного набору до іншого.

Малюнок 3.

Потоки будуть випромінюватися у всіх напрямках від центру широкої області з високою висотою, наприклад, складеного конуса. Це відоме як радіальний дренажний візерунок.

Малюнок 4.

ГРАДУЙОВАНИЙ ПРОФІЛЬ

Оскільки потоки більше розмиваються і видаляють більше осаду, де градієнт потоку вищий, і відкладають більше осаду там, де градієнт потоку нижчий, потік розробить градуйований профіль, як показано на малюнку. Градуйований профіль показує, як висота потоку змінюється по довжині потоку, від його початку на найвищій висоті до базового рівня, де він закінчується на найнижчій висоті, яку він досягає.

Малюнок 5.

Градуйований профіль починається з крутого схилу на початку струмка і звужується до пологого схилу на рівні основи струмка. Уявіть собі мандрівного, який слідує за потоком до його початку і відстежує її прогрес на топографічній карті. Вона починається там, де долина потоку низька і широка, а градієнт ніжний, тому піші прогулянки легкі. Як день триває, відбувається стає крутішим, коли вона наближається до джерела потоку. Перевіряючи топографічну карту, вона бачить, що контурні лінії знаходяться набагато ближче один до одного, ніж були раніше вдень і далі вниз по долині. Коли вона наближається до невеликого озера на стороні гори, де починається потік, схил настільки крутий, що майже втрачає опору. Вона випробувала для себе типовий профіль потоку, який крутиться від ближнього базового рівня до початку потоку.

Озера та водоспади є тимчасовими особливостями в водовідведенні струмка. Якщо озеро утворює потік годування, воно буде сповільнюватися і відкладати осад, поки озеро не буде заповнене осадом. Там, де водоспад утворює енергію потоку, що йде над водоспадом високо, буде розмивати основу водоспаду, змушуючи водоспад відступати вгору за течією, поки не буде встановлено градуйований профіль.

ПОТІК РОЗРЯДУ

Кількість води, що протікає через потік, і швидкість, з якою вона рухається, виражається як скидання потоку. Витрата вимірюється множенням площі поперечного перерізу потоку на середню швидкість води через цей перетин. Множення площі перетину на середню швидкість води призводить до одиниць об'єму/часу. Наприклад, якщо потік має площу поперечного перерізу 150 квадратних футів (футів ²) і рухається із середньою швидкістю 10 футів в секунду (ft/s), множення площі та швидкості призводить до скидання 1500 кубічних футів в секунду (фути ³ /с).

НАВАНТАЖЕННЯ НА ОСАД

Вода, що протікає струмками, розмиває, транспортує і відкладає осад. Більшість гірських порід і мінералів набагато щільніше води. Достатня енергія в потоці потрібна для витіснення гірських порід із землі і переміщення їх. Чим швидше тече потік, тим більше енергії він має і тим більші шматки осаду він може транспортувати. Компетенція потоку відноситься до максимального розміру шматків осаду, який він може переміщати. Швидше рухається вода має більшу компетенцію і може переміщати більші шматки осаду.

Ємність потоку - це загальна кількість осаду, який він може переміщати. Ємність залежить від того, наскільки швидко рухається потік і його сумарного скидання. Оскільки потік сповільнюється, його компетентність і потужність знижуються. Потік починає відкладати осад, починаючи з найбільших шматків. Кілька факторів змушують потік сповільнюватися, включаючи розширення каналу потоку, потік, що переповнює його береги і поширюється в заплаву, градієнт потоку (схил вниз) зменшується, а потік спорожнення у більший, повільніше рухається водойму.

Потоки транспортують уламковий осад двома способами залежно від розміру частинок. Більш грубий осад називається навантаженням шару і складається з частинок, занадто великих, щоб бути підвішеними в рухомому потоці води протягом тривалого періоду часу. Частинки навантаження шару, найбільші частинки осаду, що транспортуються потоком, проводять більшу частину свого часу на дні каналу потоку, кочучи, ковзаючи або підстрибуючи вниз за течією в посадках і запускається. Більш тонкий осад називається підвішеним навантаженням і складається з частинок, досить дрібних, щоб бути підвішеними в рухомому потоці води. Підвішений вантаж рухається приблизно з тією ж швидкістю, що і проточна вода. У каламутній річці бруд підвішується вантаж.

ЗАПЛАВИ

Потоки будують заплави через поєднання ерозії та осадження на нижчих градієнтних ділянках долин струмків. Хоча заплава має загальний схил під гору, що відповідає загальному градієнту потоку, заплава відносно рівна.

Заплави заповнені відкладеннями, що поширюються струмком. Ці опади відомі як алювій. Оскільки алювій є сипучим матеріалом, який легко розмивати та відкладати потік, розташування каналу потоку в заплаві часто змінюється.

Меандри

Струмок, що йде вниз по схилу, навіть пологий схил заплави, рідко буде йти прямою стежкою дуже довго. Залежно від розподілу опадів і турбулентності потоку одна сторона каналу може роз'їдатися легше, ніж інша. Потік буде мігрувати до області, що зазнає ерозії, розвиваючи криву в цьому напрямку. Після того, як канал потоку почав кривою, енергія води концентрується на зовнішній стороні кривої.

На схемі показано розтягнення каналу потоку зі значним вигином, також відомим як меандр. Синя лінія показує, як ерозивна енергія концентрується уздовж зовнішньої сторони кожного вигину в потоці. Оскільки ерозія відбувається на зовнішньому березі меандра, відкладення відбувається на внутрішньому березі, де вода сповільнюється і скидає осад.

Малюнок 6.

На діаграмі нижче показані дві добре розвинені меандри, які утворилися в потоці. Уздовж кожного меандру зовнішній берег потоку, який розрізається ерозією, називається розрізаним банком. Внутрішня банка, яка виросла шляхом нарощування відкладеного осаду, називається точковим брусом.

Малюнок 7.

У потоці меандри збільшуються і мігрують вниз за течією, оскільки потік постійно розмиває свої зрізані береги і вирощує свої точкові бари. На діаграмі нижче показано збільшення та міграцію меандру в потоковому каналі. У міру збільшення меандра його шия стає все вужчою. Зрештою, потік може прорізати шийку меандра або в результаті поступової ерозії і міграції каналів, або різко під час паводку і затоплення. Після того, як потік прорізав шийку меандра, отвори заповнюються осадом, скинутим водою, який сповільнюється при надходженні з основного потоку. Осадові відкладення відокремлять відрізаний меандр від русла річки і перетворять його в старичне озеро. З плином років стариця в кінцевому підсумку буде повністю заповнена осадом, оскільки це низька пляма на заплаві, де будь-яка вода, яка потрапляє, наприклад, під час затоплення, прийде в глухий кут і відкладе своє осадове навантаження.

Малюнок 8.

Закорінені меандри

Типові звивисті потокові канали протікають через широкі заплави, повні алювіальних відкладень. Однак в деяких ситуаціях меандри можуть врізатися безпосередньо в корінні породи. Меандр, який розрізав на корінну породу відомий як надрізаний або закріпився меандр. На відміну від меандрів у алювії, які швидко розмиваються і мігрують або різко обрізаються на шиї, закріплені меандри відносно фіксовані. Це пояснюється тим, що закріплені меандри замуровані породою з обох боків і мають мало заплави, щоб легко розмиватися та повторно депонувати.

Укорінені меандри утворюються в результаті тектонічного підйому ділянки водовідведення потоку. Підйом збільшує енергію, керовану гравітацією потоку, змушуючи його швидко надрізати через заплаву намиву в основу під. Вкорінені меандри вражають ландшафтними особливостями, оскільки вони незвичайні і дають вагомі докази тектонічної активності в регіоні. Класичні приклади укорінених меандр включають гусячі шийки річки Сан-Хуан, які надрізані в плато Колорадо на схід від Гранд-Каньйону, і ділянку річки Якіма з закріпленими звивинами, які надрізані в нещодавно піднятому хребті базальту на плато Колумбія на східному Штат Вашингтон.

Плетені потоки

Замість того, щоб один канал, деякі потоки мають кілька каналів, які плетуться в і з одного, утворюючи те, що відомо як плетений потік. Плетені потоки пов'язані з надмірною кількістю осаду, що надходить в потокову систему. Долини, що осушують альпійські льодовики, є загальними налаштуваннями для плетених потоків. Льодовики відкладають більше осаду в систему потоків талих вод, ніж потік цього скиду має здатність транспортуватися в одній системі каналів. Плетені потокові системи - це індикатори того, що в системі крім самого потоку є додаткове джерело осаду. Джерелами надлишкового осаду, що призводять до плетених потоків, відносяться льодовики, виверження пірокластичного матеріалу вулканами і зсуви.

ЧАСТОТА ПОВЕНЕЙ І ПОВЕНЕЙ

Потоки затоплюють. Повінь є нормальною частиною поведінки потоку. Швидкість, з якою потоки розмиваються, транспортують та відкладають відкладення, значно зростає під час затоплення. Повінь виникає, коли глибина води в потоці перевищує глибину русла потоку і поширюється за межі каналу потоку на навколишню землю. Коли потік повністю заповнює свій канал, він, як кажуть, знаходиться на стадії bankfull. Коли потік перевершує банківський етап, він, як кажуть, знаходиться в повені. Коли повінь поширюється досить широко, щоб завдати шкоди майну, потік, як кажуть, знаходиться на стадії повені.

Різні потоки мають різну поведінку повені. Деякі річки, як правило, мають щорічну повінь, пов'язану з сезоном дощів або сезоном танення снігу у верхній частині дренажної зони. Деякі потоки затоплюють лише спорадично, часто з роками між повенями. У Сполучених Штатах всі більші потоки вимірюють свій потік на вимірювальних станціях, які встановлюються та контролюються Геологічною службою США. Записи потоку потоку повинні зберігатися не менше 30 років, щоб бути статистично достовірними. Імовірність повені заданої величини, що відбувається на потоці в даному році, може бути розрахована за даними потоку потоку. Величина повені, яка має 1 з 100 шансів статися в даний рік - також відомий як 100-річний повені - розраховується для потоку з нього запису потоку потоку. 100-річна величина повені та карти, які показують, що буде покрито 100-річною повінню, є ключовими елементами надання дозволів на землекористування та будівництво будівель у заплавах.

Потоки низького порядку можуть швидко затопити під час або відразу після сильних опадів. Такі швидкі паводки називаються спалахами. Спалахи повені часто непередбачувані. Якщо річка стікає через каньйон з високою висотою, люди можуть ходити вздовж потоку в каньйоні на сонці і не усвідомлювати, що гроза відбувається біля джерела потоку. Вони можуть бути здивовані спалахом повені, що проносяться через каньйон. Повільний повені будівлі на потоці вищого порядку зазвичай можна передбачити, оскільки основні потоки контролюються, і вода від сильних опадів або швидко тане сніг проходить через систему потоку вищого порядку, потрібно більше часу. Повені на потоках найвищого порядку, таких як річка Міссісіпі, може зайняти кілька тижнів, щоб гребінь і вщух.

Зміни землі в дренажній зоні потоку, такі як додавання будівель та доріг, можуть змінити спосіб затоплення потоку. Будинки та тротуар, що покривають землю, запобігають проникненню та спричиняють збільшення поверхневого стіку. Збільшення стоку потоку означає, що менша кількість дощу призведе до того, що потік досягне стадії повені, ніж до зміни землі. Потік буде затоплювати частіше. При тій же кількості та швидкості опадів, які спричинили затоплення перед будівництвом, потік швидше досягне стадії повені, а повінь буде глибшим. На діаграмі нижче показана реакція потоку на задану кількість опадів до та після того, як район водовідведення потоку був урбанізований шляхом видалення лісу та додавання будівель та доріг. Після урбанізації потік швидше досягає свого пікового рівня повені і піднімається до більш високого рівня, ніж до урбанізації. Якщо контрзаходи не розроблені та встановлені, урбанізована територія буде затоплювати частіше та сильніше, ніж та сама територія, коли вона була лісиста.

Малюнок 9.

АЛЮВІАЛЬНІ ВЕНТИЛЯТОРИ

У місці, де потік досягає базового рівня, він сповільнюється і відкладає майже весь осад, який він несе. Потік, який спускається з каньйону і входить в плоску долину або рівнину будує віялоподібний осад, відомий як алювіальний вентилятор. Намивні вентилятори будуються в основному під час спалаху повені. Намивні вентилятори легко розпізнати в посушливих районах, але вони утворюються і в більш вологому кліматі.

Малюнок 10.

Діаграма на малюнку 11 показує в поперечному перерізі, як алювіальний вентилятор розвивається з часом, коли осад розмивається з більшої висоти і осідає на сусідній нижній висоті рівнини.

Малюнок 11.

ДЕЛЬТИ

Дельти є важливими формами рельєфу для цивілізації. Вони забезпечують родючі ґрунти, рівнинні землі, воду для сільського господарства, а також річкові канали для транспортування.

Дельта - це рельєф, що складається з осаду, що відкладається, де потік потрапляє в більшу, повільніше рухому водойму, наприклад, океан, озеро або більшу річку. Термін дельта походить від трикутної форми грецької букви дельти (Δ). Давньогрецькі географи визнали трикутну форму землі, створеної річкою Ніл, де вона спорожніла в Середземне море і дала назву дельті цієї форми рельєфу. Дельта річки Ніл є одним з декількох типів дельт, які визначаються переважаючими процесами, які їх формують. Дельта Нілу - дельта, в якій переважають хвилі. Хвилі Середземного моря штовхали і розподілили осад уздовж узбережжя, сплющуючи морську сторону дельти.

Дельта річки Міссісіпі є прикладом дельти, де панує потік. Осадження відкладень побудувало дельту в Мексиканську затоку швидше, ніж хвилі або припливи могли перерозподілити осад. Як це зазвичай відбувається в дельті, річка Міссісіпі розщеплюється в напрямку нижче за течією на кілька гілок, які скидаються через дельту в Мексиканську затоку. Ці гілки відомі як дистриб'ютори. Устя кожного дистриб'ютора побудував частину дельти далі в Мексиканську затоку, утворюючи те, що відомо як дельта пташиної ноги, інша назва дельти, що домінує потік, заснований на тому, як він виглядає на карті.

Дельта річки Ганг - це дельта, що домінує припливу, утворена з осаду, вимитого з гір Гімалаїв, найбільшого гірського хребта у світі. Гирло річки Ганг знаходиться в північному кінці Бенгальської затоки, великої набережної Індійського океану. Форма цієї великої бухти надає збільшувальну дію на припливи. Поєднання сильних припливів і стабільно високого скиду з річки, що несе велике осадове навантаження, створюють розгалуження розподілів, фактично плетену систему струмків через дельту.

Дельти - це низовини, які ледь лежать над рівнем моря і мають високий ризик занурення під воду. Існує кілька способів, за допомогою яких дельти можуть бути затоплені піднімається водою. Повені, що спускаються по річці, можуть охопити дельту. Морські дельти можуть піддаватися штормовим сплескам, коли екстремальні вітри піднімають рівень моря вздовж узбережжя і штовхають океанську воду всередину. В останні кілька десятиліть для морських дельт з'явився новий ризик занурення. Багато морських дельт зазнають поступового занурення в міру підвищення рівня глобального моря.

РЕФЛЕКСІЯ ПИТАННЯ

• Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
• Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
• Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
• Які питання у вас щодо цього вмісту?

Дописувачі та атрибуція

• Template:ContribCandelaGeo