Эволюция гидросети и эрозионные циклы Русской равнины

Формирование рельефа и гидрографической сети Русской равнины в кайнозое. В течение кайнозойской эры были сформированы основные элементы рельефа Русской равнины. Дифференциация тектонических движений, наиболее ярко проявившаяся в неогене, обусловила создание и обновление морфоструктурных образований. Распределение морфоструктур в пространстве определило сложное сочетание возвышенностей и низин, столь характерное для поверхности Русской равнины. К началу кайнозоя завершилось осушение ее северной половины, а для южной половины оставалось характерным чередование морских и континентальных условий.

Тектонический режим и миграция русел: Тектонический режим юга платформы в кайнозое сложился под влиянием движений в альпийской геосинклинальной зоне. Процессы горообразования, сопровождавшиеся глубинными разломами, при наличии генетических связей движений геосинклинальной и платформенной областей были основными причинами перераспределения зон положительных и отрицательных движений. Переформирование очертаний глубоководных морских впадин приводило к миграции морей. В подчинении перемещению береговой линии морей происходило смещение русел рек в их нижнем течении. Однако это были частные изменения направления стока. Общее его направление было унаследовано с мезозоя. Унаследованы были и основные черты гидрографического плана: направление рек в сторону осевой зоны Московской синеклизы в центральной части платформы и центробежное течение рек от внешних контуров синеклизы к северу, западу и югу.

Трансгрессии, регрессии и цикличный характер осадконакопления: В кайнозое произошло увеличение площади бассейнов рек южного направления. В связи с погружением крайних южных участков Русской равнины происходило «перетягивание» к югу поверхностных вод. Многократные трансгрессии морей в пределы древних и неотектонических прогибов, возникавшие в связи с тектоническими процессами в геосинклинальной Кавказской зоне и перестройкой структурного плана Скифской плиты, нарушали режим рек и приводили к захоронению их долин континентальными и морскими осадками. В регрессивные фазы наблюдалось усиление врезания русел, восстановивших течение рек. Погружение, предшествующее трансгрессии, обусловливало выполаживание русел, что, в конечном итоге, приводило к их отмиранию и заполнению осадками. Реконструкция погребенной речной сети позволила установить связанную с тектоническим режимом Русской равнины цикличность развития рек и накопления осадочных толщ.

Теоретические основы понятия «эрозионные циклы». Развитие речной сети в течение континентального периода, исчезновение ее в период морской трансгрессии и возобновление стока в период регрессии привело нас к представлению об обусловленной тектоническим режимом цикличности эрозионных процессов (И. В. Обедиентова, 1960). Понятия «геологический период» и «эрозионный цикл» не однозначны. Эрозионный цикл может охватывать несколько геологических периодов или быть частью одного из них. Например, моря казанского века, постепенно сокращаясь, продолжали существовать в течение татарского века, затем превратились в пресноводные водоемы триаса. Восточная часть Московской синеклизы все это время была приемником рек, стекавших с ее крыльев и с Урала. Эрозионный цикл закончился трансгрессией среднеюрских и верхнеюрских морей. Очевидно, несколько геологических периодов соответствовали одному эрозионному циклу. Если же взять какой-либо более мелкий регион, хотя бы прогиб, осложняющий синеклизу, то в его зоне можно установить более мелкую цикличность. Сокращение позднепалеозойских морей очевидно носило пульсирующий характер; моря не раз вновь трансгрессировали в прогибы, осложняющие осевую зону и крылья синеклизы. Отсюда вытекает, что можно говорить об эрозионном цикле синеклизы, отдельных ее прогибов или платформы в целом.

Ритмичность колебательных движений платформы: Эрозионные циклы обусловлены ритмичностью непрерывно протекающих колебательных движений платформы. В период положительных движений регрессивное состояние моря обеспечивает заложение речной сети. Развитие последней происходит в течение континентального периода. Поднятия крупных регионов, включающих бассейн или несколько бассейнов рек, приводят к общему врезанию рек. Погружение тех же территорий сокращает интенсивность вреза, усиливает процессы аккумуляции аллювия, приводит к выполаживанию и заполнению русел. Наступает замирание стока, превращение рек в стоячие водоемы. При полном прекращении русловой деятельности происходит смена речного режима озерным, затем морским. Так завершается эрозионный, или геоморфологический, цикл. Возобновление поднятий приводит к осушению территории и формированию новой речной сети, что определяет начало нового эрозионного цикла.

Специфика эрозионных циклов в бассейне Волги: Изучение цикличности геоморфологических процессов особенно показательно на примере Волги, впадающей в замкнутый морской бассейн с большой амплитудой колебания уровня. Нижнее течение Волги пролегает в весьма мобильной области, поэтому колебание уровня Каспия приводило к значительным ингрессиям морских вод в ее долину. В течение кайнозоя положение ее устья многократно менялось, передвигаясь то к югу, то к северу на сотни и тысячи километров. На затопленных морскими водами участках русла эрозионный процесс (русловой) прекращался, уступая место морской аккумуляции. Тем самым происходило замыкание эрозионного цикла. Прекращение руслового процесса имело место так же в бассейне Верхней Волги, где реки обезглавливались в результате неоднократно наступавшего ледникового щита. При регрессии моря и после отступания льда происходило восстановление руслового процесса, означавшее начало нового эрозионного цикла. Новые русла в плане сохраняли положение, близкое к положению погребенных в конце предыдущего цикла русел, часто не совпадая с ними полностью. Эта удивительная способность речных русел восстанавливать свое положение в плане, подчиняясь однако изменениям, происходящим в географической обстановке, и легла в основу понятия об эрозионном цикле.

Научная дискуссия и критика теории В. М. Дэвиса: К выводу о цикличности эрозионных процессов, обусловленной тектоническим режимом в бассейне реки, привели нас не теоретические построения, а геоморфологический анализ геологического строения осадочных толщ кайнозоя. Выводы эти близки представлению о цикличности развития рельефа, введенному В. М. Дэвисом в 1899 г. (1962). Признанию цикличности рельефообразования мешала метафизичность, заключенная не столько в существе учения В. М. Дэвиса, сколько в характере его изложения. Взяв для примера развитие рельефа какой-либо ранее приподнятой страны, В. М. Дэвис для удобства рассуждения и выводов предполагал ее дальнейшую неподвижность. Справедливая критика ряда положений В. М. Дэвиса (К. К. Марков, 1948; Н. И. Маккавеев, 1955) не мешает принятию этого учения с учетом непрерывно происходящих колебательных движений земной коры.

Двухэтапная структура эрозионного цикла и фазы речного режима. В разрезах плиоценовых и плейстоценовых толщ Поволжья снизу вверх наблюдается смена аллювия озерными, а затем морскими отложениями. Геоморфологическая летопись отражает постепенную смену континентального режима морским. Подобная смена режима невозможна (при неизменном уровне моря) в условиях стабильного положения земной коры. Прежнее представление об эрозионном цикле как этапе врезания и этапе выравнивания продольного профиля реки не отражает существа процесса. Выравнивание продольного профиля вследствие неравномерности потока не может привести к прекращению русловой деятельности реки. Лишь изменение тектонического режима приводит к изменению гипсометрического положения русла вследствие его углубления или заполнения аллювием. Каждый эрозионный цикл состоит из двух этапов:

· 1-й этап: В течение первого этапа вследствие углубления речных русел происходит расчленение рельефа. Большая часть продуктов разрушения выносится в низовью реки и в приемный бассейн. Поэтому формирующиеся в долине вложенные террасы имеют маломощный аллювиальный чехол, покоящийся на высоком цоколе из более древних пород. По мере углубления долины аллювий отлагается на все более низком гипсометрическом уровне. Чем ниже терраса, тем моложе слагающий ее аллювий. Последовательное углубление русел рек происходит в условиях поднятия страны. Эрозионные циклы совпадают с тектоническими циклами. Изменение знака движений приводит к прекращению углубления русел. С этого времени начинается новый этап развития речной системы.

· 2-й этап: В течение второго этапа эрозионного цикла, в условиях погружения территории бассейна реки, большая часть формирующегося аллювия остается на месте. Вследствие накопления аллювиальных масс русла рек постепенно смещаются на более высокий гипсометрический уровень. Происходит захоронение сформированных вложенных террас. Усиленная аккумуляция обусловливает формирование обширных аллювиальных равнин, в строении которых в направлении вверх по разрезу возраст аллювия уменьшается. В отдельных случаях глубинная эрозия настолько снижается, что река превращается в цепочку озер. Наступление озерной фазы в развитии реки, или ингрессии в ее долину морских вод, приводит к прекращению русловой деятельности реки, наступает перерыв эрозионного цикла.

Динамика эрозионно-аккумулятивных процессов: Регрессия моря, восстановление или оживление русловых процессов определяют начало нового эрозионного цикла. Понятие русловая деятельность рек, или эрозия, включает врез русла, разрушение пород, перенос их текучей водой и аккумуляцию. Поэтому вместе с термином эрозия мы неизбежно говорим о преобладании того или иного процесса: вреза, переноса или аккумуляции. В разные этапы одного и того же эрозионного цикла наблюдается преобладание вреза и выноса материала, или его аккумуляции, накопления.

Методология реконструкции погребенных гидросетей: Перерывы эрозионных циклов фиксируются толщей морских отложений, перекрывающей континентальные. Далеко не всегда можно установить начало первого этапа эрозионного цикла. В осадочной толще, сформированной в течение первых трех этапов геотектонического развития Русской платформы, сохранились в основном следы второго этапа эрозионных циклов в виде речных отложений, переходящих вверх по разрезу в морские. Реконструировать речную сеть, существовавшую в течение ранних этапов геотектонического развития, удается лишь на основании данных о направленности сноса терригенного материала и анализа структурных условий платформы. Реконструкция рельефа поверхности, скрытой под аллювиальными отложениями, наиболее возможна в кайнозойских отложениях. Плиоценовые и четвертичные погребенные русла удалось проследить на протяжении значительных участков крупных речных долин.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Г. В. Обедиентова

Источник: Формирование речных систем Русской равнины

Публикации будут полезны широкому кругу геологов, изучающих четвертичную геологию, геоморфологов, гидрогеологов, а также всем специалистам, интересующимся историей рек и геолого-геоморфологическим развитием Русской равнины.