Асимметрия склонов речных долин представляет собой весьма распространенное явление на всем земном шаре. Существуют разные точки зрения о причинах асимметрии склонов речных долин. Зачастую они взаимоисключающие, вплоть до полного отрицания этого явления, поэтому решение вопроса о причинах асимметрии имеет и научное, и практическое значение. Асимметричными называют долины, у которых оба склона являются неодинаковыми, не представляют как бы зеркального отражения один другого [1, 2]. В простейшем случае асимметрия проявляется в разной крутизне правого и левого склонов. Причины, обуславливающие асимметрию, весьма разнообразны: закон Бэра – Бабине, основанный на ускорении Кориолиса, климат, геологическое строение, наклон поверхности, гидродинамика. Детальное изучение причин выраженности асимметрии склонов показывает, что главными являются закон Бэра – Бабине и климат, остальные проявляются локально.
Сущность закона Бэра – Бабине заключается в том, что на массу движущейся в русле воды, помимо центробежной силы, оказывает влияние и ycкорение Кориолиса, возникающее из-за вращения Земли вокруг своей оси. Вследствие этого вода в русле испытывает отклонение от первоначального направления в северном полушарии вправо, в южном – влево. Геоморфологическое проявление этого отклонения в виде разной крутизны склонов xapактернo для крупных речных долин, развивающихся геологически длительное время [3, 4].
Целью данной работы является установление закономерностей асимметрии склонов речных долин на основании количественного анализа степени выраженности асимметрии, как в широтном, так и в меридиональном направлении.
При дальнейшем изучении этого вопроса были учтены значения максимальных расходов, при которых начинает наблюдаться устойчивое превышение левосторонней поймы над правосторонней [5]. Анализ соотношения ширины право- и левосторонних пойм показал, что отчетливое одностороннее смещение русел рек начинает проявляться на реках Русской равнины при максимальных расходах в среднем около 600 м3/с (табл. 1).
Преобладание левосторонних комплексов пойменных террас над правобережными начинается несколько выше по течению, чем для поймы [6–8].
Наблюдается большой разброс значений расходов, необходимых для начала устойчивого смещения русла вправо, что связано с влиянием местных факторов – тектоно-литологических, геоморфологических и других, которые в одних случаях усиливают, а в других – ослабляют эффект Кориолисова ускорения (табл. 2).
Устойчивое превышение левой поймы над правой говорит о том, что и в современных условиях наблюдается одностороннее смешение русел рек под действием закона Бэра – Бабине.
Надежными признаками планетарного типа можно считать:
1) приуроченность крутого склона к правому берегу;
2) положение палеоврезов левее современных русел рек;
3) максимальные (половодные или паводковые) расходы потока порядка 600–800 м3/с.
В ХХ в. получило развитие климатическое обоснование асимметрии. Сюда относятся все гипотезы, которые объясняют асимметрию речных долин влиянием преобладающих ветров, инсоляции, распределением дождя и снега. Главной причиной асимметрии малых эрозионных форм И.С. Щукин (1960) считает инсоляцию. Впервые мысль о влиянии инсоляции на выработку асимметрии склонов речных долин высказали В.В. Докучаев, затем Н.А. Димо, А.Л. Архангельский, С.С. Неуструев [9, 10].
Сейчас существует два принципиально различных подхода к объяснению механизма выработки климатической асимметрии на Русской равнине. Одна группа исследователей территории Русской равнины (Н.А. Димо, А.Л. Архангельсквй, В.Н. Сементовский, В.Ф. Перов, И.С. Щукин) связывают асимметрию с современными условиями и объясняют большую крутизну склонов южной и западной экспозиций высокой активностью склоновых процессов на них. Однако такое объяснение является неверным по существу, ибо активные склоновые процессы могут только выполаживать склон, но не поддерживать и тем более увеличивать его крутизну. Другая группа исследователей этого же региона (С.С. Неуструев, Н.А. Мазарович, А.П. Дедков, Ю.В. Бабанов, Г.П. Бутаков) связывает формирование климатической асимметрии с перигляциальными условиями плейстоцена. Они первыми увидели основную причину асимметрии склонов долин как результат процессов, действующих в иных климатических условиях, т.е. внесли в эту гипотезу палеоклиматический аспект. Наблюдающаяся в настоящее время асимметрия в умеренных широтах является реликтовой [11].
Таблица 1
Максимальные расходы, достаточные для смещения
|
Река |
Максимальные расходы, м3/с |
Река |
Максимальные расходы, м3/с |
|
Ик |
600 |
Свияга |
800 |
|
Алатырь |
350 |
Пьяна |
720 |
|
Кама |
650 |
Пижма |
750 |
|
Б. Черемшан |
350 |
Обва |
600 |
Таблица 2
Связь величины смещения русла за плиоцен-четвертичное время со средними максимальными расходами (в скобках – % обеспеченности)
|
Река, участок |
Величина смещения, км |
Максимальные расходы, тыс. м3/с |
|
р. Волга |
||
|
устье р. Суры |
13,5 |
|
|
устье р. Свияги |
16,0 |
5,6 |
|
выше р. Камы |
27,5 |
(18,0) |
|
ниже р. Камы |
77,5 |
(42,5) |
|
г. Ульяновск |
150,0 |
(43,0) |
|
Жигули |
3,7 |
|
|
г. Сызрань |
130,0 |
|
|
г. Волгоград |
150,0 |
12,0 |
|
р. Кама |
||
|
устье р. Вятки |
5,0 |
(25,7) |
|
г. Наб. Челны |
4,0 |
4,5 |
|
устье р. Белой |
23,0 |
4,4 |
|
р. Вятка |
||
|
г. Мамадыш |
9,5 |
(7,0) |
|
г. Вятские Поляны |
8,0 |
1,3 (6,5) |
|
ниже г. Советска |
0,0 |
1,0 (5,0) |
|
р. Свияга |
||
|
устье |
10,0 |
0,07 (0,8) |
|
р. Карала |
6,7 |
0,04 (0,6) |
|
г. Ульяновск |
6,2 |
0,02 (0,3) |
|
р. Самара |
||
|
г. Самара |
12,0 |
(3,9) |
|
устье р. Кинель |
6,0 |
(1,0) |
|
р. Ик |
||
|
с. Нагайбаково |
6,0 |
(1,0) |
|
пос. Московка |
4,0 |
(0,6) |
Эти взгляды получили дальнейшее развитие и уточнение в работах А.Н. Мазаровича (1927, 1930) [5, 11, 12]. Он отнес процессы формирования несимметричных склонов к концу ледниковых эпох, а наибольшую их активность – ко времени отступления днепровского оледенения. По его мнению, образование асимметричных склонов речных долин связано с делювиальными процессами. В результате неравномерности в освещении и нагревании у подножья крутого склона скапливается большое количество обломков, снесенных потоками, возникающими ежегодно от быстрого таяния снега [9, 13]. На противоположном склоне происходит постоянное нарастание делювиального чехла, отражающегося на расположении водотока в русле, который прижимается в зависимости от этого нарастания к крутому склону, подмывая его, делая его более крутым.
В Западной Европе значительно позже пришли к выводу о реликтовом характере климатической асимметрии речных долин (Poser, 1948; Tricart, 1950). Эти исследователи выделили два типа плейстоценовой климатической асимметрии: первый – холодный – с крутым склоном, обращенным на север и восток, второй – теплый – с крутым склоном южной и западной экспозиции [9, 14, 15].
В 1955 г. Е.А. Пресняков при изучении асимметрии речных долин в Восточной Сибири выделил две зоны – северную и южную, различающиеся направленностью развития асимметрии. Формирование асимметрии он связал с современными условиями. В обоих случаях более пологий склон тот, который более увлажнен и на котором период весенних и осенних замерзаний и оттаиваний длителен. В северной зоне более крутым будет склон северной экспозиции, так как получает минимальное количество тепла и практически не оттаивает [5, 16]. В южной зоне из-за медленного оттаивания на склоне северной экспозиции наблюдаются более активные склоновые процессы, отжимающие русло в противоположную сторону. Здесь же в меридиональных долинах пологим будет склон восточной экспозиции, склон утреннего освещения, так как большая часть тепла поглощается на испарение ночной влаги и на прогревание почвы и влаги [17, 18].
По данным П.Ф. Грависа (1969) на территории Восточной Сибири распространение асимметричных долин, как северного так и южного типа, зависит от условий развития склоновых процессов. В случае повсеместного сильного увлажнения сезонно талых пород солифлюкция происходит интенсивнее на глубине оттаивающих склонов южной и западной экспозиции; они выполаживаются и развивается асимметрия северного типа. При асимметрии южного типа, в условиях недостаточного увлажнения, солифлюкция развита на склонах северной и восточной экспозиции.
А.П. Дедков (2008) считает, что реликтовая перигляциальная асимметрия склонов характерная для Поволжья – это также результат неравномерного развития на неодинаково прогреваемых склонах процессов солифлюкции. На затененных склонах благоприятные условия для развития солифлюкции, а на хорошо прогреваемых склонах развивается эрозия.
На основе количественного анализа причин и степени выраженности асимметрии склонов речных долин для территории дальнего Востока А.М. Коротким и Г.П. Скрыльником (1979) была вскрыта закономерность изменения асимметрии в меридиональном направлении. Ими выделены две модификации асимметрии, как в северном, так и в южном типах. Во внутриконтинентальных районах склоны западной экспозиции положе склонов восточной экспозиции. В прибрежных районах склоны восточной экспозиции положе склонов западной. По данным А.М. Короткого и Г.П. Скрыльника граница между двумя этими модификациями проходит на севере по хребту Пэкульной, затем по Пенженскому хребту и в Приморье по хребту Сихотэ-Алинь [19].
Анализ опубликованных материалов по Северной Америке позволяет сделать вывод, что и там наблюдаются как северный, так и южный типы асимметрии склонов речных долин. По данным Френча (1972) на островах Канадского архипелага крутыми являются склоны северной и западной экспозиции, а на северо-западе Аляски – 50 % крутых склонов обращены на север и только 12,5 % на юг. Южный тип описан в бассейне реки Маккензи, где крутыми являются склоны, обращенные на юг [20].
Детальное количественное изучение степени выраженности асимметрии на востоке Русской равнины показывают закономерные ее изменения. Максимальная ее резкость наблюдается в полосе 54 °–58 ° с.ш. На север и на юг от этой зоны резкость уменьшается в 2–3 раза. До 60 ° с.ш. южный тип асимметрии отчетливо преобладает. В более северных районах (бассейн Cысолы, Лузы, верхнее и среднее течение Вычегды) возрастает доля симметричных долин с крутым склоном, обращенным на север. Доля последних составляет 40–60 %. Южный тип асимметрии характерен для Среднерусской и Волыно-Подольской возвышенности. В бассейне реки Москвы уже преобладает северный тип асимметрии [21]. Таким образом, зональность асимметрии характерна не только для крупных, как было отмечено еще С.С. Воскресенским (1947), но и для средних и даже малых рек. Эта зональность является отражением зональности склоновых процессов, как современных, так и плейстоценовых.
Анализ строения речных долин в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке (Короткий, Скрыльник, 1979) позволяет высказать предположение, что и в этих регионах асимметрия является реликтовой [22].
На этих склонах имеются толщи позднее, а местами и среднеплейстоценовых делювиальных и солифлюкционных образований.
Глобальный анализ климатической асимметрии позволяет выделить два её типа (северный и южный или холодный и теплый), а внутри них два варианта. Типы обусловлены приходом солнечной радиации и характерны для широтно-ориентированных долин. Варианты выделяются по экспозиции крутого склона в меридиональных долинах. Их существование обусловлено уже не радиацией, а направлением приноса осадков. Хорошо увлажненные склоны развиваются быстрее и становятся пологими [23, 24]. Для всего Северного полушария выделяются два источника влаги – Атлантический и Тихий океаны. Это позволяет уточнить выделенные А.М. Коротким и Г.П. Скрыльником (1979) модификации асимметрии меридиональных долин. Их континентальная модификация, по сути, также является океанической, но обусловленной воздушными массами с Атлантического океана. Другая модификация, названная ими океанической, отражает климатическое воздействие Тихого океана. Поэтому данные модификации асимметрии меридиональных долин более верно будет называть атлантической и тихоокеанской. Аналогичные модификации наблюдаются и в Северной Америке.
Таблица 3
Экспозиция крутых и пологих склонов в разных типах и вариантах климатической асимметрии
|
Тип асимметрии |
Наклон склона |
Варианты |
|
|
Атлантический |
Тихоокеанский |
||
|
Северный |
крутые пологие |
С, СВ, В, В, ЮЗ, 3 |
С, СЗ, 3 Ю, ЮВ, В |
|
Южный |
крутые пологие |
Ю, ЮЗ, З С, СВ, В |
Ю, ЮВ, В С, СЗ, 3 |
Господство в Евразии западного переноса воздушных масс обусловливает территориальное преобладание атлантического варианта. Граница между атлантическим и тихоокеанским вариантами на востоке Евразии довольно точно установлена А.М. Коротким и Г.П. Скрыльником (1979) [20, 25].
Анализ опубликованных материалов по Северной Америке позволяет сделать вывод, что там тоже наблюдаются как северный и южный типы, так и атлантическая и тихоокеанская модификации асимметрии склонов речных долин [26]. Там преобладает атлантический вариант, а тихоокеанский характерен для узкой полосы, ограниченной с востока горами.
В общем виде существующие типы и варианты климатической асимметрии склонов речных долин можно представить в виде табл. 3.
Таким образом, количественное изучение причин формирования асимметрии речных долин показывает, что климатическая имеет глобальное распространение, как и обусловленная проявлением закона Бэра – Бабине. Для широтно-ориентированных долин основной причиной возникновения асимметрии является инсоляция. Для меридиональных же долин, кроме инсоляции, ведущее значение приобретает характер увлажнения склонового материала. Отсюда следует, что этот тип асимметрии более правильно называть не инсоляционным, как это часто встречается, а климатическим. Характерными признаками асимметрии климатического типа являются:
1) четкая экспозиционная приуроченность крутого склона;
2) малые расходы рек;
3) молодость долин;
4) различная мощность чехла склоновых отложений.
В зависимости от экспозиции крутого склона широтно-ориентированных долин выделяются северный и южный типы асимметрии. В зависимости от экспозиции крутого склона меридиональных долин в южном и северном типах существуют еще варианты: атлантический и тихоокеанский.