Rzeźba fluwialna

Rzeki, Meander, Delta, Koryto rzeczne, Erozja

Rzeki są jednym z najważniejszych czynników formowania powierzchni Ziemi. Formy utworzone w wyniku niszczącej i budującej działalności rzek wytępują na wszystkich kontynentach i strefach klimatycznych.

 

Klasyfikacja rzek

Rzeką nazywany masę wody w korycie naturalnym, która pod wpływem siły ciężkości stale płynie. W zależności od ilości i długości koryta wyróżniamy: strugi, strumyki, strumienie-potoki oraz rzeki małe, średnie i duże. Wszystkie razem określane są jako cieki.

W Polsce cieki dzieli się na: a) górskie, o spadku powyżej 5%, b) wyżynne 1-5% i c)nizinne poniżej 0,5%. W zależności od okresu płynięcia wyróżniamy cieki: perenialne(stałe) oraz periodyczne i epizodyczne (okresowe). Cieki perenialne, czyli rzeki, są stale zasilane wodami podziemnymi i okresowo deszczowymi i roztopowymi. W obrębie ich koryta wyróżniamy dno i dwa brzegi. Kształt koryta, czyli jego szerokość, głębokość i spadek zależny jest od wielkości przepływu, ilości i jakości rumowiska skalnego oraz materiału budującego dno i brzegi.

 

Ruch wody rzecznej

Woda płynie dzięki sile ciężkości. Ciężar słupa wody tworzą dwie składowe: 1) zgodna ze spadkiem dna koryta, jest to siła poruszająca a) prostopadła do niej, wywierająca nacisk na podłoże. Woda posiada energię kinetyczną €, która jest proporcjonalna do masy wody (m) i kwadratu prędkości (V²).

                       E=mV² /2

Masa wody w rzece ulega zmianie, zarówno w przestrzeni, jak i w czasie. Rośnie wraz z biegiem rzeki dzięki dopływom, ale czasami gubi swe wody w wyniku wsiąkania lub parowania i wtedy masa wody maleje. Zmianom ulega także prędkość płynięcia rzeki, która zależy od masy wody i spadku koryta. Dwukrotne zwiększenie masy wody powoduje 2-krotne zwiększenie energii, natomiast 2-krotny wzrost prędkości powoduje 4-krotny wzrost energii. Znaczną część energii woda używa na pokonanie tarcia zewnętrznego i wewnętrznego. W skutek tarcia woda zmniejsza swą prędkość, głównie przy dnie i brzegach. Z dala od brzegów woda ma największą prędkość, która nosi nazwę nurtu. W korytach o przebiegu prostym znajduje się on zazwyczaj pośrodku rzeki, w korytach o krętym przebiegu, zawsze po stronie wklęsłej.

Rodzaje ruchu wody rzecznej

Ruch wody może być laminarny, spokojny, kiedy cząstki wody płyną równolegle lubturbulencyjny, szybki, gdzie cząstki wody ulegają ciągłemu przemieszczaniu po torach nierównoległych, kolistych, co powoduje ich zderzanie. Cechą charakterystyczną ruchu turbulentnego jest powstawanie wirów, czyli szybkich ruchów obrotowych cząstek wody dookoła własnej osi. Wyróżniamy wiry poziome przypowierzchniowe i przydenne oraz wiry pionowe wstępujace i zstępujące. Wiry odgrywają istotna rolę, doprowadzają do pogłębiania dna oraz tworzenia się mis i kotłów. Proces ten nosi nazwę kawitacji.

 

Działalność erozyjna rzek

Rzeka modeluje podłoże za pomocą niesionego rumowiska. Działalność niszcząca wody rzecznej polega na pogłębianiu i poszerzaniu koryta. Proces ten nosi nazwęerozji.

Przebieg i rozmiary erozji rzecznej zależą od:

• prędkości płynięcia wody, a ta od masy wody i spadku koryta

• rodzaju ruchu wody

• ilości i jakości materiału wleczonego

• odporności podłoża (koryto skalne lub aluwialne)

• formy, spadku i przebiegu koryta

W zależności od rodzaju podłoża wyróżniamy erozję wgłębną, gdy rzeka wcina się w podłoże skalne oraz erozję denną, gdy rzeka wcina się w pokrywę aluwialną.

Doliny wyścielone aluwiami maja podwójne dno: erozyjne, wycięte w skale, a na nim dno aluwialne zbudowane z osadów rzecznych.

 

Rodzaje erozji wgłębnej

W pogłębianiu koryta rzecznego bierze udział wiele procesów m.in.: eworsja, abrazja, kawitacja i erozja wsteczna.

• Eworsja polega na pogłębianiu koryta rzecznego w wyniku wirowego ruchu wody obciążonej grubym materiałem rumowiskowym. Powstają zagłębienia o różnych rozmiarach i kształtach np. misy, kotły i rowy eworsyjne.

• Abrazja (korazja) polega na pogłębianiu dna koryta w skutek uderzania i szorowania materiałem rumowiskowym. Uderzanie okruchami powoduje odłupywanie okruchów z podłoża. Rezultatem abrazji są rynny abrazyjne.

• Kawitacja to proces powodujący rozkruszanie i wyrywanie okruchów skalnych w korycie.

Równie ważnym procesem jest erozja wsteczna, która doprowadza do wyrównania profilu podłużnego koryta rzeki, poprzez rozcinanie progów i załomów skalnych.

Progi skalne w korytach rzek są różnej wielkości i różnego pochodzenia. Wyróżniamy progi tektoniczne, twardzielcowe. Progi mogą być przewieszone, pionowe, schodowe, pochylone i podwójne. Woda spadająca z progu ulega u jego podnóża zawirowaniu, a ponieważ jest obciążona rumowiskiem powstaje tu kocioł eworsyjny. Progi cofają się w górę rzeki. Gdy jest on wysoki, to w miarę cofania powstaje jar, o głębokości zbliżonej do głębokości progu.

W korytach, w których dno ma duże deniwelacje woda płynie szybko i burzliwie - szumem, stąd nazwa szypoty. Znajdują się tu liczne formy eworsyjne, misy i kociołki.

Kociołki eworsyjne w korycie potoku górskiego (www.foto.pwsk.pl)

 

Rodzaj erozji dennej

Erozja denną nazywamy proces rozcinania przez rzekę pokrywy aluwialnej, zbudowanej ze żwirów, piasków i namułów rzecznych. Koryta aluwialne charakteryzują się małym spadkiem, wyrównanym profilem podłużnym i nieustablizowanym przebiegiem. Koryto ulega największym zmianom, gdy jest całkowicie wypełnione wodą. Wielkość i przebieg koryta zależy od rodzaju osadów aluwialnych rozcinanych przez rzekę (Schumm S., 1963). W pokrywach żwirowych są koryta zmienne o dużej szerokości, a w pokrywach mułowych koryta ustalone, wąskie i płytsze. W obrębie koryta można wyróżnić bystrza, tu woda płynie z większa prędkością, a pomiędzy nimi plosa, gdzie woda płynie wolniej.

Występowanie na przemian bystrzy i plosów jest cechą charakterystyczną rzek osiągających krzywą równowagi. Jest to krzywa, poniżej której rzeka nie może się już wciąć. W krzywej wyróżniamy odcinek górny (przewaga erozji wgłębnej), środkowy (transport) i dolny (akumulacja). Najniższy punkt krzywej nosi nazwę bazy albo podstawy erozyjnej (Powell 1875).

Profil podłużny koryta rzecznego

 

Erozja boczna to proces, który polega na podcinaniu i rozmywaniu brzegów koryta rzecznego przez wodę płynącą. Podcinanie brzegów przebiega z różną prędkością, zależnie od budowy geologicznej koryta, siły rzeki i ilości niesionego materiału. W korytach skalnych erozja boczna polega na mechanicznym żłobieniu podłoża. Woda uderza o brzeg, tym samym powoduje jego podcinanie, wyrywanie okruchów skalnych. Prowadzi to do poszerzenia się koryta. W korytach aluwialnych erozja boczna ma charakter rozmywania hydraulicznego, które powoduje obsuwanie i ściekanie osadów brzegowych.

Erozja boczna jest najbardziej charakterystyczna dla koryt o krętym przebiegu. Nurt znajduje się po stronie wypukłej i powoduje podcinanie brzegów wklęsłych, na przemian lewego i prawego.

 

Działalność transportowa rzek

Woda rzeczna dużą część swojej energii zużywa na pokonanie tarcia, pozostała część jest zużywana na transport materiału i żłobienie koryta.

W miarę zmniejszania energii, rzeka osadza niesiony materiał, następuje sedymentacja (opadanie częstek niesionego materiału na dno). Działalność transportowa rzeki polega na przenoszeniu ze zlewni produktów wietrzenia i erozji do zbiorników egzoreicznych (mórz i oceanów) lub endoreicznych (zagłębienia bezodpływowe). Materiał podczas transportu ulega rozdrobnieniu i obtoczeniu.

Ilość wyniesionego materiału z dorzecza, podzielona przez jego powierzchnię informuje o denudacji jednostkowej w t/km², a objętość dorzecza stanowi wskaźnik denudacji określany w mm/rok.

 

Rzeka transportuje:

• Materiał rozpuszczony, w skład którego wchodzą różne wody krążące w dorzeczu, takie m.in. jak: ścieki miejskie i przemysłowe. Wzrost ich koncentracji następuje od źródeł do ujścia.

• Materiał zawiesinowy, który tworzą głównie ziarna kwarcu, minerały ilaste i szczątki roślinne. Rzeki w klimacie zimnym przenoszą znacznie więcej zawiesiny niż rzeki klimatu umiarkowanego (Klimek K., Froehlich W. 1982).

• Materiał denny, który stanowią gruboziarniste frakcje żwirowo-głazowe i piaszczysto-pylaste. Największe natężenie transportu materiału dennego jest tuż przed lub w czasie kulminacji przepływu.

• Ziarna i okruchy podlegają wleczeniu i toczeniu, czyli trakcji, przemieszczaniu skokowemu - saltacji i przemieszczaniu w zawieszeniu - suspensji oraz atrycji,czyli rozkruszaniu i obtaczaniu okruchów skalnych o średnicy powyżej 2mm. Z biegiem rzeki zmniejsza się ilość materiału grubego, a rośnie coraz drobniejszego.

 

Koryta rzeczne i ich układy

Wyróżnia się koryta proste (b. rzadkie), kręte, meandrujące, roztokowe i anastomozujące.

Koryta meandrowe, powstają w szerokich dolinach o małym spadku i aluwialnym dnie. Meandrem jest odcinek koryta złożony z dwóch zakoli: prawego i lewego. Zakola prawe i lewe łączą się ze sobą krótkimi prostymi odcinkami, które noszą nazwy przemiałów (brody). W miejscach tych koryto jest szersze, płytsze i symetryczne. Przy niskim stanie wody, brody są rozmywane i tworzą się bystrza. W meandrze nurt towarzyszy brzegom wklęsłym i tu ma miejsce najsilniejsze podcinanie brzegu i pogłębianie dna.

Powstawanie meandrów. 1 - koryto proste, 2 - rzeka meandrująca. Źródło: Wikipedia

Koryta roztokowe maja rzeki określane jako dzikie lub zdziczałe. Ich cecha charakterystyczną są duże wahania przepływu i obciążenie denne lub mieszane. Typowe koryta roztokowe są zazwyczaj szerokie i płytkie. Maja mało stabilne brzegi. Koryta ich są poprzegradzane łachami żwirowymi i piaszczystymi oraz zarośnięte wyspami aluwialnymi. Rumowisko przemieszczane przez rzekę pochodzi z wietrzejących i erodowanych zboczy skalnych i z erozji brzegów koryta.

Rzeka roztokowa. Waimakariri River w Nowej Zelandii. Źródło: Wikipedia

Koryta anastomozujące występują w rozszerzonych odcinkach dolin o małym spadku, spokojnym przepływie o obciążeniu zawiesinowym lub mieszanym. Rozwidlone koryta otaczają wyspy o dużych rozmiarach. Są to erozyjne ostańce. Koryta są wąskie, głębokie i stabilne. Brzegi zbudowane są z osadów drobnoziarnistych, odpornych na rozmycie. Brzegi koryt zazwyczaj porasta roślinność, dodatkowo dająca stabilność.

Rzeka anastomozująca Narew. Źródło: Białowieski Park Narodowy

 

Działalność akumulacyjna rzek

Proces akumulacji może zachodzić na całej długości koryta, ale osiąga największe rozmiary, gdy zmniejsza się spadek koryta, zmniejsza się masa wody, rozszerza koryto, rzeka uchodzi do innego zbiornika.

U wylotu dolin bocznych i górskich usypywane są stożki napływowe. Maja one kształt trójkata lub rozłożonego wachlarza i zróżnicowane nachylenie, które informuje o przebiegu ich powstania, genezie. Możemy mówić o:

• Stożkach o bardzo dużym nachyleniu (ok. 10⁰) zw. torencjalnymi. Powstają w czasie gwałtownych ulew lub nagłych roztopów w skutek spływu rynną zwietrzeliny w postaci nie warstwowanych ostrokrawędzistych bloków i głazów tkwiących w masie ilasto-mułowej.

• Stożkach napływowych potoków górskich o nachyleniu 2-7⁰. Zbudowane są z materiału otoczonego i kanciastego o wyraźnym warstwowaniu.

• Stożkach napływowych dużych rzek o nachyleniu 0,5-2⁰. Zbudowane są z osadów drobnoziarnistych, głównie piasków i namułów.

Stożek napływowy w Parku Narodowym Doliny Śmierci. Źródło: Wikipedia

 

U ujścia rzek do zbiorników wodnych depozycja osiąga największe rozmiary. Osadzany materiał występuje w postaci płaskich żłobków zw. deltą. Możemy wyróżnić delty:

•   schowane, zajmujące estuaria lub zatoki (np. delta Wisły, Sekwany),

•   wysunięte, rozpościerające się w kierunki morza jako delty wieloramienne (np. delta Nilu).

Szybkość rośnięcia delty zależy od ilości materiału przynoszonego przez rzekę oraz działalności morza. Pomierzy wałami deltowymi występują zagłębienia, które mogą być wypełnione wodą, noszą wtedy nazwę jezior deltowych, które są fragmentami dawnych zatok morskich.

Delta Nilu, zdjęcie satelitarne. Źródło: Wikipedia

Rzeki miały i maja bardzo duże znaczenie dla życia człowieka. Nad rzekami budowano wiele miast i osiedli. Rzeki dostarczają wody niezbędnej do życia, umożliwiają transport i komunikację, dostarczają energii. Bywają tez groźne - powodzie zalewają pola uprawne i miasta.