Уже несколько лет выписываю газету, нахожу многие ее материалы интересными и полезными. Особенно люблю географические портреты разных районов мира, а также материалы по физической географии. И вот, когда у меня возник вопрос, я решил обратиться в редакцию любимой газеты. В географической литературе я не раз встречал упоминание о таком явлении, как бифуркация рек (разделение реки на две ветви, которые впоследствии не сливаются и текут в реки разных бассейнов). Однако нигде не объясняются причины этого явления и приводится один и тот же пример — бифуркация Ориноко на собственно Ориноко и реку Касикьяре — приток Риу-Негру. Прошу поподробнее рассказать об этом интересном и редком явлении.
С. КОЗЫРЕВ, ученик 11-го класса СШ № 4 г. Десногорск Смоленская обл.
На вопрос Сергея отвечает научный редактор газеты
К.С. ЛАЗАРЕВИЧ
Рис. 1. Бифуркация р. Ориноко
Реки сливаются, сходятся, мы привыкли к этому и считаем это естественным. Почему же им не разойтись в разные стороны? Почему, упоминая о разделении рек, приводят всегда один и тот же пример? Говорят о реке Касикьяре (рис. 1). С Гвианского нагорья (на картах часто пишут также «плоскогорье») течет река Ориноко. В верховьях от нее отделяется влево боковое русло, куда уходит примерно треть всей воды, и образуется река Касикьяре, которая впадает в реку Гуайния, принадлежащую бассейну р. Риу-Негру, левого притока Амазонки. Неужели нет других примеров разделения рек? Явление это, называемое бифуркацией (от латинского bifurcus — раздвоенный), действительно очень редкое. Никто не мешает потоку, встретившему на пути препятствие, обойти его сразу с двух сторон. Но никогда не бывает, чтобы получившиеся два расходящихся потока были совершенно одинаковы по мощности, чтобы породы, по которым они текут, были одинаково легко (или трудно) размываемы. Один из потоков неизбежно углубится раньше, и вся вода уйдет в него, а русло второго останется сухим.Бифуркация всегда связана с перестройкой речной сети, происходящей часто в форме перехвата одной реки верховьями другой. На рисунке 2 показан пример такого перехвата для горной реки, причем уклоны рек значительно преувеличены. Стоит верховьям подходящей сбоку долины подобраться к руслу спокойно текущей слева направо реки, как вся ее вода почти мгновенно ухнет в боковую долину. На равнинах, да обычно и в горах, все происходит гораздо спокойнее, медленнее, некоторое время поток идет в две стороны.
Рис. 2. Перехват реки: а — намечающийся; б — осуществившийся. По В.Г. Бондарчуку
Мы видим раздваивающуюся реку Ориноко, от которой отходит Касикьяре, в тот геологически очень короткий период, когда это раздвоение существует. Но скоро оно перестанет существовать. Когда? Через десятки, сотни, может быть, через тысячу-другую лет; вряд ли больше. В Касикьяре уходит лишь треть той воды, которую несут верховья Ориноко, так что, казалось бы, вопрос решен: отомрет именно Касикьяре. Но не так все просто. У нас нет данных о том, какой уклон в этом месте у Ориноко и с каким уклоном уходит от нее Касикьяре. Если уклон Касикьяре существенно больше, то именно она будет углубляться быстрее и окончательно перехватит верховья Ориноко, которые, не сдвигаясь с места, окажутся уже в бассейне Амазонки. Если очень тщательно поискать по крупномасштабным картам, такие примеры удастся найти; чаще это будет разъединение двух рек, относящихся к одной речной системе, то есть река расходится, а потом рано или поздно сходится опять. Мы уже писали об озере, из которого вытекают две реки — одна в Норвежское море, другая — в пролив Скагеррак 1 ; выходит, что ручьи, впадающие в это озеро (они очень малы, ни на одной из имеющихся у нас карт их нет), тоже раздваиваются.
Рис. 3. Пинега и окружающие ее реки — современное состояние
Географический энциклопедический словарь (1988) в качестве другого примера бифуркации приводит реки Пинега и Кулой на севере Европейской России (рис. 3). Едва ли можно с этим согласиться. Раньше текли более или менее параллельно друг другу три реки — одну мы знаем сейчас как Северную Двину, другую как Мезень; третья текла между ними и впадала в Мезенскую губу Белого моря. Затем верховья одного из правых притоков Северной Двины подобрались с запада к этой реке и перехватили ее, основной сток пошел по этому притоку; эту реку, впадающую в Двину, мы знаем теперь под именем Пинега. А оставшийся нижний отрезок стал самостоятельной, довольно маленькой рекой, которая под именем Кулой впадает в Мезенскую губу. Между долинами Пинеги и Кулоя прослеживается понижение, хорошо видное с воздуха. Там на карте отмечен «канал Кулой» (хотя кому он нужен как искусственное сооружение, неясно). Возможно, по нему и идет в половодье часть вод Пинеги, но постоянного водотока там нет. Бифуркация некоторое время существовала, но сейчас ее нет, гидрологическая связь между долинами рек отмерла. На северо-востоке Швеции есть ручей, который раздваивается, его воды уходят в реки Каликоэльвен и Турнеэльвен, впадающие в Ботнический залив порознь (рис. 4). Довольно много примеров раздвоения рек можно найти в Карелии. Из Энгозера (южнее ст. Лоухи) вытекают две реки, Калга и Воньга, впадающие в Белое море тоже порознь.
Рис. 4. Раздваивающийся ручей на севере Швеции
Из Тикшеозера в Нотозеро (юго-западнее Кандалакшской губы Белого моря) текут две реки — Винча и Пудос. Река Тунгуда (западнее Беломорска) раздваивается, обходит с двух сторон довольно солидную возвышенность и сходится вновь. Река Водла на юго-востоке Карелии образуется от слияния Вамы и Сухой Водлы, вытекающих из Водлозера. Все эти явления мы встретили в пределах Балтийского щита, потому что речная сеть там очень молода, не разработана, она образовалась после схода ледника (10 тысяч лет назад или немного раньше), а твердые кристаллические породы слабо поддаются эрозии. Есть сведения о том, что небольшая речка на Полярном Урале раздваивается — часть воды идет в реку Щучью (бассейн Оби), а часть — в верховья Усы, притока Печоры, но карта масштаба 1 : 500 000 не подтверждает этого. Точно так же не удалось подтвердить наличие бифуркации в Саянах и в бассейне Амура, на его левобережье ниже Хабаровска. Очень возможно ветвление водотоков в карстовых областях, например в Крыму. Но там это явление не только неустойчиво, возможны сезонные и суточные изменения направления потоков, уходы их под землю, появление на поверхности вновь. Поэтому в карстовой сети водотоков примеры бифуркации лучше не искать. В исторических трудах встречаются упоминания о былом соединении рек разных бассейнов. Так, пишут о стоке из озера Маныч-Гудило одновременно в сторону Азовского моря и в сторону Каспия. Сейчас стока вообще нет, озеро Маныч-Гудило соленое. Геродот упоминает некую реку Герр, которая «вытекает из Борисфена» (Днепра), но трудно установить, насколько это достоверно, где этот Герр находился и куда впадал. Интересный случай раздвоения русла наблюдался в Иссык-Кульской котловине (рис. 5).
Рис. 5. Бифуркация, существовавшая в Иссык-Кульской котловине
Река Чу течет на восток, входит в пределы котловины, затем резко сворачивает к западу и образует Боомское ущелье, отделяющее восточную оконечность Киргизского хребта от западной оконечности хребта Кюнгей-Ала-Тоо. Видимо, из-за большого количества наносов, которое несет река, в пределах котловины образовалась небольшая возвышенность (конус выноса, или внутренняя дельта) Кызыл-Омпул, которая заставила часть вод реки Чу свернуть вправо, в Иссык-Куль. Это русло называлось протокой Кутемалды. Но к середине ХХ в. эта протока уже была сухой, сейчас все воды Чу идут в Боомское ущелье. Разделение русла в пределах долины (обычно в пределах поймы), образование островов, отмелей — явление обычное. Русло как разделилось, так через сотню-другую метров (редко через километры) соединится снова, ни о каком перебросе воды из одного бассейна в другой нет и речи. Такое ветвление иногда обозначают словом фуркация. Не считается бифуркацией и разделение русла на рукава в пределах дельты: ответвление Ахтубы от Волги близ Волгограда, образование Большой и Малой Невы, Большой и Малой Невки в Петербурге.
Большинство из вас знакомы с концепцией речных притоков, которые питают большую реку, Есть редкие ситуации, когда река разделяется на более мелкие потоки. Это явление называется бифуркацией.
В результате бифуркации образуются потоки, называемые рукавами.
Бифуркация рек в гидрологии
Бифуркация рек в области физической географии — гидрологические точки, в которых один поток реки разделяется на два или несколько рукавов.
Существуют три основных типа бифуркации рек:
1) В первом, после бифуркации, происходит слияние потоков снова в одно основное русло реки. Примером служит ситуация в Африке, с делением реки Нигер в дельте и других плетеных реках. Некоторые водопады также в короткий период становятся причиной бифурцирующих объектов, такие, как Ниагарский водопад, где Козий остров делит поток воды. 2) Когда рукавами делится приток в одном бассейне. Все прибрежные дельты являются примерами такого рода. В этом случае медленная скорость потока реки и большое количество осадков вызывают ветвление и создается много аллювиальных островов. 3) Третий тип представляет собой редкое природное явление. Разделенных потоков сток в различные бассейны, и они не «встречаться» друг с другом. Это самый любопытный тип.
Это гидрологическое «любопытство» имеет короткий геологический период существования. Как правило, это происходит, когда поток реки достигает водосбора с плоскими рельефами топографии. Рано или поздно равновесие нарушается из-за эрозии или тектонического смещения. Затем, один из потоков исчезает. Кроме того, в некоторых случаях бифуркация рек появляется лишь сезонно или случайно, когда скорость речного стока выше основного русла реки и не может «держать» воду. Есть примеры искусственных бифуркаций рек.
Немецкий эрудит и великий географ Александр фон Гумбольдт вместе с французским ботаником Эме Жак Александр Бонплан, исследовал водораздел между водосбором реки Ориноко и Амазонки в 1800 году. Задача была частью большой научной работы, которая состоялась в Гвианском плоскогорье.
Примеры бифуркации рек
Рукава реки Россонь в европейской части России «сливаются» в водосборе реки Нарва и реки Луга. Echimamish река в провинции Манитоба, Канада, разделяется и «присоединяется к» Hayes-реке и реке Гудзон. Река Турне на границе между Финляндией и Швецией имеет четыре бифуркации в водосборе. Примеры можно найти в Скандинавии, Карелии, Сибири и Канаде. Их локализацию можно было бы легко нанести на карту, но пейзажи в этих регионах покрыты ледниковым щитом последнего континентального оледенения. В результате этого массированного давления льда, рельеф выравнивается и у районов, богатых водой, есть большие гидрологические и топографические «шансы» для формирования бифуркаций.
Другое «соответствующее» место для этого явления есть у бывших внутренних морей и озер, как в случае с Центральной Азией. В настоящее время некоторые из крупнейших рек бессточного бассейна расположены в этой части мира. Реки в этих областях могут легко менять свои русла, а в случаях обильных осадков они могут переполняться, и создавать на краткосрочный период бифуркации.
Бифуркация рек в прошлом
В прошлом случаи бифуркации рек были зарегистрированы в регионе вокруг Каспийского моря и Аральского моря. Там реки Амударьи сезонного раздваиваются и могут распространять свои воды в обоих внутренних морях. Такого рода мероприятия не были записаны после того, как произошла экологическая катастрофа с Аральским морем.
Кроме того, в этой части Евразии, граница реки Чу между Республикой Казахстан и Кыргызстан разделили свои воды в ущелье стрелы и озера Иссык-Куль. Позднее связи исчезли, в связи с чрезмерным использованием воды для орошения и накопления осадков, которые блокировали этот маленький ручеек.
Горы Северного Кавказа в России, воды небольшой реки Калаус используются для подключения системы рек Восточной реки Маныч (бассейн Каспийского моря) и Западный Маныч (Азовское море бассейн). Бифуркация была сезонной, но она полностью исчезла, когда река Калаус была перегорожена плотиной.
Связанные с деятельностью человека бифуркации рек
С 1930-х годов в Советской России была разработана странная идея сибирского разворота рек. Некоторые политики и инженеры ввели понятие «бесполезного направления» рек Сибирского края в Северный Ледовитый океан. Они хотели, чтобы эти реки текли в населенные пункты Центральной Азии: была разработана система каналов и искусственных бифуркаций в целях обеспечения дополнительных поставок орошения. К счастью, идея не удалось — экологическая катастрофа была предотвращена.
Бифуркация озёр
Если приток озера участвует в двух разных системах рек или их бассейнов, это может быть названо бифуркацией озер. В этом случае, есть шанс для сезонного или техногенного вида бифуркации. Иногда это вызвано стоячей волной в некоторых озерах.
Послеледниковый регион Сибири, Скандинавии и Канады предоставляет соответствующие условия для формирования такого типа озер. В прибрежных районах многие озера (лагуны и лиманы) могут дойти до моря более чем на отток. Как правило, эти объекты являются небольшими и не могут быть гидрологически значительными.
На границе между Аргентиной и Чили в Патагонии, есть гигантское озеро, его притоки и в Атлантическом океане и в Тихом океане. Это озеро Буэнос-Айрес (Аргентина) и Генеральный Carrera (в Чили). Стоки Озера достигают Тихого океана на западе через реку Бейкер. Тем не менее, есть и спорадический поток от того же озера, который возглавляет восток, называется Fénix Чико. Он достигает реки Десеадо и в конце концов присоединяется к Атлантическому океану.
Будущее бифуркаций
Трудно предсказать, где и когда река может проявить бифуркации в будущем. Продолжающийся процесс изменения климата и таяния ледниковых щитов раскроет некоторые «новые» места для потенциальных бифуркаций. Разнообразие нашей динамичной Земли всегда может удивить нас некоторыми радикальными геологическими событиями, которые могут либо «разрушить» или «создать» новые бифуркации.
* Бессточный бассейн — бассейн без связи с Мировым океаном, изолированная система дренажа. Пустынные районы Центральной Азии, Австралии и Африки являются классическими примерами.
** Сейши — стоячая волна в закрытом или частично закрытом водоеме. Сейши и сейшевые связанные явления наблюдались на озерах, водохранилищах, бухт, гаваней и морей. Основной предпосылкой для формирования сейши для водоема, по меньшей мере частично ограничено, чтобы создавать стоячую волну.
Вообще-то нет ничего особенного в том, что реки на своем пути от истока до устья иногда делятся на несколько отдельных рукавов. Для горных рек, перегруженных каменным материалом, это даже правило. Только там протоки вскоре вновь соединяются в единое русло, как это полагается обычной реке. Разделение рек на рукава часто происходит и в дельтах.
Каждая крупная река, впадающая в море в зоне слабых приливов, разделяется на множество протоков. Вблизи устья, где уровень воды чуть выше уровня моря, уклон реки и соответственно скорость течения невелики. Для того чтобы водная масса, собранная рекой со всего бассейна, успевала стекать в море, ближе к побережью водный поток разделяется на множество рукавов. Выше по течению уклон, как правило, больше, и поток умещается в русле. Хотя река и там иногда разветвляется, но все же крайне редко такое разделение сохраняется до устья. Для этого должны совпасть несколько обстоятельств.
У Ориноко для этого уже в верхнем и среднем течении возникают две важнейшие предпосылки. Эта так называемая «белая» река, в отличие, например, от Риу-Негру, течет по сравнительно плоской местности, попеременно пересекая мягкие и твердые породы, что приводит к образованию чередующихся широких долин и узких теснин.
В светлой воде «белых» рек (отсюда и название) содержится большое количество песка и ила, которые перемещаются течением. Особенно много наносов скапливается на узких участках русла, где скорость течения, а значит, энергия потока увеличивается, как при прохождении через сопло. Подобное «сопло» находится чуть выше того места, где Касикьяре ответвляется от Ориноко. Ниже теснины скорость течения и способность к переносу материала быстро убывают.
«Ослабленная» река откладывала часть переносимого материала, который осаждался в ее русле, образуя песчаные отмели. В итоге на реке образовалась преграда, разделившая единый прежде водоток на две реки.
Реки – это естественные водные потоки, текущие в выработанном ими углублении, русле, и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их территории их бассейнов. Под «речным бассейном» обычно понимается площадь, ограниченная водораздельной линией, сток с которой идет в главную реку и ее притоки. Реки имеют исток – место, где начинается река (озеро, родник) и устье – место в котором река впадает в другую реку, озеро, море (устья могут быть «слепые» или «сухие»). Главная река и ее притоки образуют речную систему. Между речными бассейнами проходит граница – водораздел. Совокупность всех водотоков и водоемов территории называется гидрографическая сеть.
К важнейшим характеристикам реки относятся ее водоносность, структура стока по источникам питания, тип водного режима, длина реки, площадь водосбора, уклон и падение реки, ширина и глубина русла, площадь поперечного сечения, скорость течения воды, ее температура, химический состав воды и др.
Все реки разделяются на горные реки с быстрым течением, текущие в узких долинах, и равнинные – с характерным медленным течением и широкими террасированными долинами.
По источникам питания рек и распределение их стока по сезонам выделяют 38 типов водного режима.
Реки характеризуются весьма неравномерным распределением стока во времени. Основные фазы водного режима рек – это половодья, паводки и межень.
Естественная минерализация большинства рек сравнительно невелика – обычно менее 200 мг/л. Их вода была бы вполне пригодна для питья, если бы не была загрязнена отходами хозяйственной деятельности.
Река – естественный постоянный водный поток, текущий в выработанном им углублении – русле. В свою очередь, русло является лишь частью речной долины – линейно вытянутого понижения, по дну которого в соответствии с уклоном ложа течет река. У горных рек днище долины практически полностью занято руслом реки, у равнинных рек оно занято руслом и поймой. Русла чаще всего имеют извилистую форму, однако крупные реки и реки предгорий могут разветвляться на рукава. Реже встречаются русла относительно прямолинейной формы.
Каждая река имеет исток – место, где река берет начало, где русло реки приобретает отчетливо выраженное очертание и в нем наблюдается течение. Реки могут брать начало из родников, от ледников, из озера. Иногда говорят, что реки образуются также и при слиянии двух других рек. На самом деле так может возникнуть новый речной топоним, т. е. новое название, тогда как составляющие реки, как бы они ни назывались, имеют типичные истоки. Пример: реки Бия и Катунь дают начало Оби. Амур начинается от места слияния рек Шилка и Аргунь.
Устье – место, где река впадает в другую реку, озеро или море. У реки может быть «сухое устье», т. е. она может оканчиваться «слепым концом», если в низовьях очень малы уклоны территории, по которой течет река, велики затраты воды на испарение, фильтрацию в грунт или на орошение (реки Чу Тарим, Мургаб и др.).
Гидрографическая сеть – совокупность водотоков и водоемов суши естественного происхождения (рек, озер, болот) и водохранилищ в пределах какой-либо территории. Речная сеть – совокупность рек, находящихся в пределах этой территории; она часть гидрографической сети.
Речная сеть состоит из речных систем.
Речная система – главная река с притоками. Например, значительную часть Европейской России занимает речная система Волги с притоками. Обычно главной считается самая длинная и многоводная река. Но целый ряд названий главных рек укрепился исторически, главной рекой становилась та, которую люди знали раньше и лучше. Например, Волга уступает по длине и Оке, и Каме от своего истока до слияния с ними; Миссури длиннее и полноводное главной реки Миссисипи. По одной из классификаций притоки главной реки называют притоками первого порядка, их притоки – притоками второго порядка и т. д. По другой классификации (американского гидролога Хортона) рекой первой порядка (элементарной рекой) считается река без притоков, реки второго порядка образуются при слиянии двух рек первого порядка, реки третьего порядка – при слиянии двух рек второго порядка и т. д. Таким образом, чем больше номер порядка реки, тем более сложный характер имеет речная система. Существуют и другие подходы к классификации рек.
Водораздел – линия на земной поверхности, разделяющая сток атмосферных осадков по двум противоположно направленным склонам. Весь земной шар можно разделить на две основные покатости, по которым воды стекают с континентов: 1) в Атлантический и Северный Ледовитый океаны; 2) в Тихий и Индийский океаны. Между этими двумя покатостями проходит Мировой водораздел, или Главный водораздел Земли. Водоразделы между периферийными областями и областями внутреннего стока называются внутренними водоразделами. Водоразделы океанов и морей разделяют области суши, сток с которых направлен в разные океаны или моря. Речные водоразделы – линии раздела речных систем. Водоразделы лучше выражены в горах, нежели на равнинах.
Очень редко на аккумулятивных равнинах водоразделы вообще провести невозможно, так как масса воды одной реки делится на две части, направляющиеся в разные речные системы. Такое явление раздвоения течения называется бифуркацией реки. Яркий пример бифуркации – раздвоение реки Ориноко в верхнем течении: одна из них. за которой сохраняется название Ориноко, течет в Атлантический океан, другая – Касикьяре течет в реку Риу-Негру, приток Амазонки. Встречаются бифуркации рек, текущих по Приморским низменностям северо-востока России между устьями Индигирки и Колымы. Уникальный случай бифуркации демонстрирует Онега в нижнем течении, разделяясь на два рукава огромным островом, сложенным коренными породами. Рукава расходятся на расстояние до 20 км и близ устья сходятся снова.
Каждая река обладает определенными морфометрическими характеристиками.
Длина реки – протяженность русла реки от истока до устья.
Извилистость реки определяется коэффициентом извилистости русла реки (К) – отношением длины реки по руслу (l) к длине реки по дну долины (L). K=l/L. Коэффициент извилистости обычно рассчитывается для отдельных участков рек.
Продольный профиль реки характеризуется продольным профилем дна русла (он всегда имеет вид волнистой линии) и водной поверхности (более плавная линия). Падение реки – высотная разница между истоком и устьем реки или разность высот двух точек водной поверхности по длине реки (h м).
Уклон реки – отношение величины падения реки к длине реки (l) или к длине определенного участка реки (i=h/l). Уклон реки – величина безразмерная. Его значения очень малы, особенно на равнинных реках. Так, уклон Оки в среднем течении составляет всего 0,00009, поэтому часто уклон заменяют километрическим падением – величиной, физически идентичной уклону, но выражающейся в м/км. Километрическое падение Оки равно 0,09 м/км.
Продольные профили рек в зависимости от свойств пород, слагающих их русла, и уклонов различны. У большинства равнинных рек, протекающих по рыхлым отложениям, он имеет вид вогнутой кривой, выполаживающейся к устью. У горных рек продольный профиль русла обычно ступенчатый, причем ступени связаны с неодинаковой размываемостью пород, слагающих русло. В местах выходов трудноразмываемых пород наблюдаются изломы профиля в виде порогов или отвесных уступов, к которым приурочены соответственно быстрины или водопады. Пороги бывают и на равнинных реках, например знаменитые Днепровские пороги, образовавшиеся при пересечении Днепром кристаллических выступов Украинского щита. Дли рек, вытекающих из озер, типичны выпуклые или выпукло-вогнутые продольные профили.
Водным сечением реки называется поперечное сечение русла, заполненного водой.
Живое сечение реки – площадь поперечного сечения потока. Та часть площади водного сечения, где течение практически отсутствует, называется мертвым пространством.
Элементами водного сечении реки являются: его площадь (ω); ширина русла (В); максимальная глубина (hмакс), средняя глубина, которая высчитывается по формуле hсред = ω/В; смоченный периметр (Р) – длина подводного контура реки от уреза одного берега до уреза другого берега; гидравлический радиус (R) – отношение площади водного сечения к смоченному периметру: R= ω/P. Гидравлический радиус характеризует форму русла в поперечном разрезе: у равнинных рек он почти равен средней глубине. Ширина реки и максимальная глубина определяются непосредственными измерениями. По уклонам, скоростям потока и общему гидрологическому режиму в реках можно выделить три участка течения: верхнее, среднее и нижнее.
Участки верхнего течения у многих рек горные, и даже у равнинных рок они чаще всего располагаются на возвышенностях. Здесь большие скорости течения, обычны каменистое дно, пороги, быстрины, иногда водопады, низкая температура воды. Горные реки имеют подобный характер почти на всем протяжении, исключая места пересечения ими межгорных впадин. На участках среднего течения равнинных рек скорости течения меньше, русло сложено песком, гравием, галькой. В нижних течениях реки отличаются малыми скоростями течения, длительными половодьями, мелкими наносами, низкими берегами.
