Гидрографические сети могут иметь разные конфигурации в зависимости от нескольких факторов: климата, относительной твердости и рыхлости поверхностных пород, уклона местности, а также ее геологической истории (включая движение земной коры и периоды горообразования), геоморфологов также интересует, почему некоторые районы изобилуют реками, в то время как па соседних территориях (при почти равном количестве выпадения осадков) имеется лишь несколько ручьев.
Существует около десятка различных конфигураций таких сетей, из них самые распространенные – разветвленная, прямоугольная и радиальная. Простейшей является разветвленная (древовидная) сеть, выглядящая на карте как ветвящееся дерево. Она встречается гам, где русло рек проложено в целом однородной (часто глинистой) породе и где в результате движений земной коры не возникли такие геологические образования как сбросы (разломы горных пород), сильно влияющие на сток поверхностных вод.
Прямоугольная (решетчатая) сеть характерна для скарплендов – районов с обрывистыми холмистыми грядами, образованных относительно твердыми породами и разделенных широкими долинами с выходящими па поверхность более рыхлыми породами. Местные речушки впадают в основную реку, текущую между холмами, под прямым углом. В результате в местностях с таким рельефом возникает четкая прямоугольная гидрографическая сеть.
Третий тип гидрографической сети похож на спицы колеса, поскольку реки в этом случае растекаются во всех направлениях от центра. Такая сеть называется радиальной или центробежной. Она часто встречается в районе гор конической формы (например, вулканов) или куполообразных гор. Купола формируются либо складками горных пород, либо под давлением поднимающейся поверхности магмы (расплавленной породы).
Густота гидрографической сети любой местности определяется расстоянием между отдельными водотоками внутри этой сети. Плотная сеть рек называется мелкотекстурной, а редкая речная сеть – крупнотекстурной.
На густоту речной сети влияют несколько факторов, в том числе климат. В дождливых районах большая часть дождевой воды стекает по поверхности и образует густую, мелкотекстурную сеть водотоков.
Другой фактор – тип подстилающей породы. Реки чаще встречаются там, где обнажены непроницаемые породы, через которые нелегко просачиваться воде. И наоборот, крупнотекстурные сети встречаются на местах выхода на поверхность известняка (водопроницаемой породы). Здесь вода просачивается в грунт через многие трещины (щели) и поры в породе, называемые карстовыми воронками, или понорами. При этом поверхность земли остается сухой, а вода начинает свой путь по подземным трещинам, каналам и пещерам.
3. Формирование речной системы
Для появления речной системы нужны дожди и земля, па которую они выпадают и по которой стекают. Нее начинается с момента попадания дождя на вновь образованную или измененную поверхность земли. Это происходит, например, в результате образования нового вулкана после серии сильных извержений или если медленно «выдавливается» горный хребет при столкновении двух плит твердой оболочки Земли. Как только любая порода соприкасается с воздухом, начинается ее естественная эрозия. Главной причиной эрозии и районах влажного климата является дождевая вода, образующая иногда потоки, стекающие по земле при любом уклоне ее поверхности. Реки, направление течения которых обусловлено первичным уклоном поверхности, называются консеквентными. Притоки основной реки называются латерально-консеквентными или, если они впадают в реку под острым углом (как в случае разветвленной гидрографической сети) – инссквентными. Однако, ситуация часто осложняется тем, что вновь образованная земная поверхность может состоять из пород различной твердости. В результате консеквентная река ведет себя по-разному в зависимости от того, протекает ли она по более рыхлым или более твердым породам. Породы первого типа (например, глинистые) она вымывает и образует широкие долины, и лишь узкие долины ей удается прорезать в твердых породах, которые, и конечном итоге, остаются в виде горных хребтов и холмов. Такие узкие долины часто называют ущельями.
Подобные ландшафты типичны для Южной Англии с ее грядами холмов из устойчивых пород известняка и мела (например, в районе Котсуолда и Чилтерна). Между холмами лежат широкие долы с глинистой почвой, по которым текут притоки консеквентных рек. Геоморфологи называют такие притоки субсекветными водотоками. Консеквентные реки, прорезающие к холмах ущелья и текущие в направлении основного уклона местности, вместе с субсеквентпыми водотоками, текущими по глинистым долам перпендикулярно основному уклону, часто образуют прямоугольную гидрографическую сеть.
В субсеквентные водотоки часто впадают другие относительно длинные притоки, стекающие по более пологим склонам, образованным гребнями твердой породы, и называемые вторичными консеквентными водотоками (текущими параллельно падению пластов). Притоки короче текут в противоположном направлении по крутому обрывистому склону и также вливаются в субсеквентпые водотоки. Их называют обсеквентными, или анаклинальными водотоками.
Новая земная поверхность формируется под действием колоссальных боковых давлений, вызванных движением плит наружной оболочки Земли. При этом плоские слои горной породы образуют складки подобно смятой скатерти, и появляется ряд синклиналей (прогнутых складок) и антиклиналей (выгнутых складок). Синклинали состоят из уплотненных пород, а антиклинали – из трещиноватых, раздробленных и уплощенных пород. В результате, последние более подвержены речной эрозии, чем плотные породы синклиналей.
Часто и в результате размыва антиклиналей образуются долины, в то время как неподдающиеся эрозии синклинали превращаются в горы. Так, самая высокая гора Уэльса – Сноудон – образовалась из синклинали. Такое явление, когда реальные горы и долины «обратны» по отношению к геологическим структурам, называется «обращенный рельеф». Развитие гидрографической сети па обращенном рельефе начинается обычным путем: основная консеквентная река течет по естественной ложбине, образованной синклиналью. Но трещиноватые ослабленные породы соседней антиклинали вскоре разрушаются субсеквентными водотоками, а обсеквентные потоки начинают стекать по крутым внутренним склонам.
Если твердые и рыхлые породы расположены должным образом, эрозия антиклинали проходит гораздо быстрее, чем размыв синклинали консеквентными водотоками. В результате образуется обращенный (инверсионный) рельеф. Этот термин означает, что данный тип рельефа необычен. Он гораздо более характерен для районов со складчатыми породами.
Реки вымывают долины не только в направлении от верховья к устью, но иногда и от низовья вверх по течению. Это явление, называемое пятящейся эрозией, часто является результатом родникового подмыва склонов или выемки каменистого грунта вокруг источника (истока) реки.
Перехват реки – это форма естественного захвата стока другой реки, который имеет место, когда мощный субесквентный водоток прокладывает путь в обратном направлении в обнаженных рыхлых породах. Этот процесс отодвигает водораздел между субесквентной рекой и сопредельной речной системой. В конечном итоге субсеквентный водоток может пробиться через водораздел и перехватить сток соседней реки, при этом захватывая ее верхние притоки, пли верховье, после чего ее воды направляются в русло субсеквентного водотока. Обезглавленная река превращаемся в умирающий ручей, текущий по долине, которую он никогда не смог бы проложить сам.
Тип дренажной системы в случае перехвата реки можно определить по притокам, впадающим в основную реку в районе обратной петли – крутой излучины. Геоморфологи называют такие гидрографические ест бородообразными.
Перехват реки – лишь один из вариантов отвода ее вод. Это, например, может быть вызвано естественными препятствиями, которые появились в результате оползней. Да и человек может направить реки в другую сторону для орошения засушливых земель.
Но главной причиной нарушения процесса стока воды па протяжении всей геологической истории были гляциальные процессы – формирование земной поверхности огромными массивами льда. Так, воды верховья реки Миссури в Северной Америке когда-то стремились на север к Гудзонову заливу в Канаде. Но во время последнего ледникового периода надвигающиеся ледовые щиты заставили эту реку повернуть свое русло в сторону реки Миссисипи и далее на юг к Мексиканскому заливу.
Некоторым речным системам удалось остаться неизменными на протяжении геологической истории. Гидрографические сети, которые сформировались в условиях давно исчезнувших древних рельефов, но при этом сохранили свою изначальную конфигурацию, именуются наложенным стоком. Этот феномен имеет место в тех случаях, когда почти плоские массивы суши, расположенные вблизи уровня моря, начинают медленно подниматься, или же, наоборот, – при падении уровня моря. В результате таких изменений уклон русел рек увеличивается, поток воды постепенно становится мощнее, и появляются вымытые в породе речные долины. Этот процесс называется омоложением.
Реки часто продолжают течь по своему руслу, врезаясь все глубже в подстилающую породу. Бывшие речные излучины превращаются в глубокие долины, называемые врезанными меандрами. Оставшиеся участки прежней долины, находящиеся теперь высоко над новым руслом реки, называются «террасы омоложения». Некоторые из самых красивых речных долин (как, например, Большой Каньон в США) образовались в результате омоложения, вызванного движением земной коры. Реки, продолжающие вымывать свои долины, в то время как в результате складчатости и поднятия медленно возникают горные хребты, называются антецедентными водотоками. Это происходит потому, что возраст рек больше давности движений земной коры. Так, антецедентные реки текут через мощную горную цепь Гималаев, сформировавшуюся в результате столкновения двух плит за последние 50 миллионов лет. Здесь рекам пришлось бороться с растущими горами, но, благодаря своим более крутым уклонам и увеличенном притоку воды (особенно весной – в период таяния снега в горах), реки приобрел необходимую мощь для размывания породы, некоторых местах они прорезали теснин глубиной до 1500 метров.