Водоносность рек прежде всего зависит от количества выпадающих осадков. Поэтому известный русский географ, профессор А. И. Воейков говорил, что «реки являются продуктом климата». Теперь, однако, мы считаем, что на водоносность рек влияет не только климат, но и строение земной поверхности, от которого зависит величина бассейна реки и сток.
Земная кора всё время находится в движении. В результате этого движения во многих областях Земли за последние сотни миллионов лет суша и море несколько раз сменяли друг друга. Известно, например, что в том месте, где находится Москва, по крайней мере три раза было море. И конечно, десятки и сотни миллионов лет назад на Земле были совершенно другие реки. Современные нам реки тоже изменяются — миллионы лет назад они были не такими, как теперь.
Кроме колебаний земной коры, на формирование рек могут влиять изменения уровня океана. Например, во время последнего оледенения (около 20 000 лет назад) из общего кругооборота воды на долгое время были выключены громадные количества льда, и в результате уровень мирового океана понизился (он был на 100 м ниже, чем теперь). Благодаря этому должны были увеличиться скорости течения рек и углубиться их русла.
В озеро Байкал впадают две крупные реки: Верхняя Ангара и Селенга, а из Байкала вытекает Ангара (см. рис. 1). Есть предположение, что раньше Ангара, наоборот, впадала в Байкал и уровень озера Байкал был значительно выше, чем теперь. Об этом у жителей Прибайкалья есть интересное предание. Когда-то Байкал и Ангара жили дружно, но после рассорились. Однажды ночью Ангара решила убежать от Байкала. Байкал хотел её догнать, но не смог и бросил в неё камень. Этот камень зовут «шаманский камень». Он лежит в Ангаре недалеко от Байкала. Его хорошо видно с поезда, идущего по берегу Ангары.
Поворот течения рек может быть вызван геологическими процессами, вызывающими значительное изменение уровня отдельных участков земной коры. Такие процессы могут совершаться в течение целых геологических эпох. Но и в более короткие промежутки времени реки не остаются без изменений.
Основная причина постоянных изменений рек — деятельность самой воды. Река всё время размывает встречающиеся на пути горные породы. Крепость горных пород неодинакова, и поток воды пролагает себе дорогу в тех местах, где находятся породы, легко размываемые.
Волга ниже устья Камы сначала идёт довольно ровно по направлению к югу, а затем, встречая Жигулёвские горы, делает крутой поворот к востоку и образует Самарскую Луку (см. карту). Река здесь обошла главный массив и прорезала горы в той части, где лежат известняки, образовав так называемые Жигулёвские ворота. На правом берегу Волги находятся теперь Жигулёвские горы, а на левом — Соколовы горы. В этом районе и строится сейчас грандиозная Куйбышевская плотина и гидростанция. Река прорезала Жигулёвскую гряду давно, около миллиона лет назад. Тогда истоком своим она имела Каму. Выше того места, где стоит Казань, была возвышенность. Она называлась Казанским барьером. Не доходя до этой возвышенности, Верхняя Волга поворачивала в то время на юг, к современному бассейну Дона. Её истоком была, по-видимому, Свияга, а может быть, и Сура, которые теперь текут навстречу течению Волги. Река Вятка, примерно в то же время, впадала не в Каму, а в Ветлугу. Затем произошло опускание Казанского барьера. Верхняя Волга соединилась с Нижней Волгой и приняла своё современное очертание.
Все реки текут в продольных углублениях, которые мы называем долинами. Основные части долины — дно и склоны. Воды, выпадающие в виде осадков, стекают по склонам долины ко дну её, где и располагается русло реки.
Склоны основной речной долины могут размываться, и тогда на них развиваются боковые долины — долины, по дну которых текут притоки реки, или же мелкие долины — суходолы (овраги), по которым вода течёт только весной или после сильных дождей летом.
Из-за неровностей земной коры и неодинаковой крепости горных пород долины никогда не имеют прямого направления. Они всегда изгибаются. Русло реки также не идёт прямо — оно блуждает по дну долины.
Если в каком-нибудь участке русла грунт слаб, река легко размывает его и отлагает наносы у противоположного берега. Образуется изгиб русла. Размыв в изгибе усиливается от действия центробежной силы воды, то есть той силы, которая проявляется, например, при движении трамвая по закруглению или при крутом повороте автомобиля. В результате русло образует петлю (рис. 3, а ). Такие петли на реке называются излучинами или меандрами (по имени впадающей в Эгейское море реки Меандр, имеющей очень извилистое русло). На рисунке 4 показана одна из излучин на реке Лене. Что же происходит дальше?
Рис. 3. Движение реки вдоль долины: а — излучина, б — старица, в — схема передвижения реки вдоль долины.
Рис. 4. Излучина на Лене.
Русло размывается всё больше и больше, и петля увеличивается. Начало и конец петли сближаются. Перешеек сужается, и, наконец, речной поток прорывает его. Получается два рукава. С течением времени в концевых частях петли отлагаются наносы. Они преграждают потоку путь в излучину. Петля превращается в так называемую «старицу» (рис. 3, б ).
На этом процесс не останавливается. После прорыва перешейка путь потока сократился, а следовательно, увеличился уклон, возросла скорость течения. И снова в случайном месте, может быть там, где уже есть маленький изгиб (рис. 3, в ), начинается интенсивный размыв берега. Опять возникает излучина, и опять через некоторое время образуется старица.
Такой процесс в широких долинах повторяется многократно. Одни старицы налагаются на другие. Старицы, как недавно образованные, так и древние, уже сильно сглаженные, обычно отчётливо видны с самолёта. На рисунке 5 показан вид с самолёта на старицы в долине реки Витим.
Рис. 5. Старицы в долине Витима (фотография с самолёта).
Иногда говорят, что реки отходят от городов. Это действительно бывает, но через некоторое время река возвращается на старое место (рис. 3, в ). На реках равнинных, например на Волге, возврат главного русла на старое место бывает через 25–100 лет, а на реках, сильно блуждающих, с неустойчивым руслом, как, например, на Аму-Дарье, — через 6–10 лет.
Река, тысячелетиями блуждая по дну долины, образует в долине ступени или террасы.
На рисунке 6 дана схема образования террас в долине равнинной реки. Постепенно размывая дно долины, река идёт сначала по одной стороне долины (рис. 6, а ), затем переходит на другую (рис. 6, б ), потом снова возвращается в прежнее русло (рис. 6, в ), всё время углубляя его и оставляя на склонах ступени.
Рис. 6. Схема образования террас.
Член-корреспондент Академии наук СССР М. А. Великанов в 1950 году поставил в лаборатории Академии наук интересные опыты. В широком и длинном лотке был насыпан ровный слой песка толщиной в 60 см. В песке проделывалась пологая ложбина. По ней была пущена вода. Она текла от 10 до 30 суток. Сначала вода текла ровно. Затем начинался подмыв берегов, русло искривлялось, поток блуждал по своей песчаной долине, прорезая её дно, и, наконец, появлялись террасы! Так в лаборатории был повторен процесс, который в природе идёт тысячелетиями. Эти опыты были засняты на киноплёнку. За формированием русла и террас можно проследить теперь в течение нескольких минут.
На левом берегу Днепра у Киева можно найти до шести террас с разностью уровней около 100 м. Эти террасы очень широки; третья терраса, например, имеет ширину около 100 км. На Куре у Тбилиси имеется шесть террас с разностью уровней в 250 м.
Нижняя терраса, заливающаяся весенней водой, называется поймой.
Поймы могут быть разной ширины. Это зависит от мощности речного потока и от геологического строения долины. Например на Верхней Волге ширина поймы колеблется в пределах от 0,5 до 5 км, а на Средней Волге — от 3 до 8 км. На участке Сталинград — Астрахань находится Волго-Ахтубинская пойма; ширина её — от 30 до 60 км. На реке Оке у Каширы ширина поймы всего 1 км, у Рязани — почти 15 км; на Амуре — от 0,2 до 15 км.
Представим себе теперь, что водяной поток начинает прорезать породу, по которой он течёт. Зарождается речная долина. Этот период в жизни реки называется юностью. Продолжается он многие тысячелетия. В такой стадии находится в настоящее время Волга в верхнем течении, до устья Камы (ей всего 20 000 лет), а также река Лена в верховьях, прорезающая Байкальский хребет (рис. 7). Схематически юность реки изображена и на рисунке 8, а, где стрелка показывает направление прорезания хребта.
Рис. 7. Верховье Лены
Если горные породы крепки, река может прорезать в хребте коридор или, как его называют, каньон, глубиной в сотни метров при почти отвесных склонах (например, река Колорадо в Северной Америке). Если же горные породы размываются сравнительно легко, склоны долины с течением времени становятся всё более и более отлогими.
Если река прорезает дно долины, это значит, что уклон реки значителен. Но река может прорезать дно только до некоторого предела. Рано или поздно наступает момент, когда уклон реки становится настолько малым, скорость течения настолько уменьшается, что река перестаёт прорезать долину. Начинается отложение наносов (см. стр. 19). Вследствие этого долина реки повышается, наращивается. Это — старение реки (рис. 8, б — стрелками показано направление наращивания долины).
Рис. 8. Схема жизни реки.
При старении река мелеет, образует островки, разветвляется на отдельные потоки. Наиболее сильный поток называется главным руслом, остальные — рукавами.
Но вот колебания поверхности земной коры приводят к тому, что опускается нижняя долина реки или поднимаются верховья. Тогда уклон и скорость течения увеличиваются и прорезание начинается вновь. Такое явление в жизни реки называют омоложением (рис. 8, в ).
Волга испытала омоложение около 100 000 лет назад. Древняя Волга направлялась от Сталинграда к югу через цепь Сарпинских озёр и устье её было на 250 км южнее современного. Около 100 000 лет назад русло Волги из-за большого отложения наносов обновилось и переместилось. То же самое около ста лет назад произошло с рекой Хуанхэ (см. стр. 21).
Старение и омоложение рек — это два процесса, которые могут чередоваться друг с другом многократно.
Нужно сказать, что размываются не только долины рек, но и водоразделы. Размыв водораздела приводит к тому, что одна река может захватить приток другой реки. Известен, например, захват Северной Двиной через свой приток реки Пинега, которая раньше самостоятельно впадала в Белое море (рис. 9). Буг таким же образом захватил верховья Березины. Рейн через свой приток, возможно, захватит верховья Дуная.
Рис. 9. Перехват Пинеги Северной Двиной.