Выпадающая на землю дождевая вода просачивается в почву или стекает по поверхности в виде небольших временных струй и ручейков. Соединяясь, они образуют постоянные ручьи. Постоянные водотоки часто начинаются и от родников – выходов на поверхность просочившейся в землю воды. Дают им начало и тающие ледники. Истоки рек и ручьев чаще всего лежат в горах или в холмистой местности; под действием силы тяжести реки врезаются в поверхность и вырабатывают свои долины.
Эрозия и транспортировка наносов
Камни и песок, образованные при разрушении горных пород, переносятся водой вниз по течению и откладываются в низовьях реки. Основная работа рек заключается в эрозии, транспортировке наносов и их аккумуляции. В соответствии с этим и для большинства рек можно выделить три участка: верхнее течение, где преобладает эрозия, среднее, где в основном происходит перенос, и нижнее, где откладывается переносимый материал.
Водные потоки эродируют двумя путями: химическим и физическим. Растворенные в воде слабые кислоты, угольная и гумидная, помогают растворять известняки и другие породы. Способность водного потока производить механическую эрозию зависит от скорости его течения. При нормальном течении физическая эрозия у многих рек незначительна, но во время паводка течение становится бурным, в водотоке образуются завихрения, что приводит к резким изменениям давления воды на горную породу. Временами давление так мало, что на некоторых участках дна реки создается вакуум; при образовании водоворота в этот вакуум с шумом устремляется вода (вспомните журчание ручья). При этом часть породы как бы засасывается водой и уносится. Несомые водой обломки, ударяясь о стенки и дно русла, обдирают их. В процессе переноса обломки истираются, уменьшаясь в размерах: валуны из верховий реки в низовьях превращаются в песок. Чем быстрее поток, тем более крупные обломки он переносит. Быстрые потоки способны перенести и большее количество материала. Вот почему во время паводков эрозия и перенос протекают активнее. Тончайшие частички, поддерживаемые турбулентным движением воды, переносятся во взвешенном состоянии. Песок подхватывается со дна водоворотами и, прежде чем снова упасть на дно, переносится на некоторое расстояние. Более крупный материал просто перекатывается по дну.
Накопление осадков
Когда уклон реки становится меньше, часть наносов осаждается. При резком изменении уклона, а значит, и скорости течения, как это бывает, например, при выходе реки из гор на равнину, почти весь материал осаждается, образуя аллювиальный конус выноса. Но чаще материал откладывается по пути, по мере того как замедляется течение. В первую очередь оседает более крупный материал.
Во время паводка вода в реке движется с разной скоростью. В русле течение быстрее, чем в пойме, где песок с илом оседают, образуя вдоль берега русла гряды – прирусловые валы.
На ключевом рисунке изображен продольный профиль реки; для наглядности масштаб по вертикали на нем увеличен. Теоретически профиль является частью гиперболы, которая в истоках круче, а ниже, ближе к устью выполаживается. Гипербола – это та кривая равновесия, к которой каждая река стремится привести уклон своего русла, врезаясь и унося материал в верховьях и откладывая его по мере снижения скорости течения в низовьях. Однако это идеальная кривая, а на практике на нее влияет множество факторов; плавность продольного профиля значительно нарушают, например, различный состав горных пород в дне реки и добавочное поступление воды из притоков.
Течение реки
В своем верхнем течении дно потока нередко сложено коренными породами, и лишь местами покрыто небольшим слоем гальки. Здесь поток обладает большой эродирующей способностью и уносит весь попадающий в русло обломочный материал, кроме самых больших глыб. Долина в верховьях имеет крутые борта, образующие V-образный поперечный профиль; здесь обычны пороги, перекаты, водопады и воронки, или котлы. Эти формы образуются вследствие неравномерного размывания пород: мягкие податливые породы в русле размываются быстрее, чем твердые. Вот почему при пересечении рекой выходов твердых пород образуются быстрины, примером которых могут служить Нильские пороги; на месте выхода в более мягкие, легко поддающиеся размыву породы образуется водопад.
В среднем течении большинство неровностей уже срезано, и река свободно течет в совершенно ровном русле. Но поток еще достаточно силен, чтобы переносить основную часть материала, поступающего из верховьев. Река здесь уже не врезается в коренные породы и течет преимущественно в собственных наносах.
В низовьях уклон реки становится небольшим, часто менее 10 см на 1 км, и появляется широкая пойма. Река течет медленно и не может перемещать крупные обломки, но большие реки и здесь переносят огромное количество мелкозернистого материала. Так, Миссисипи ежегодно проносит мимо Нового Орлеана около 500 млн. т песка и ила. Река здесь меандирует в мощной толще своих наносов. При выходе реки в море переносимый ею материал откладывается возле устья. В некоторых районах он уносится сильными приливно-отливными течениями, и тогда река оканчивается эстуарием. Если осадков поступает больше, чем уносится морем, образуется дельта.