Typy kanałów strumienia
W obrębie jednego strumienia możemy często rozpoznać trzy różne typy kanałów. Te unikalne typy kanałów rozwijają się w odpowiedzi na zmiany prędkości przepływu, tekstury osadów i spadku strumienia.
Kanały znajdujące się w górnym biegu wielu strumieni są zazwyczaj wąskie, a przepływ w nich odbywa się z dużą prędkością (Rysunek 10z-1). Duże prędkości przepływu w tych strumieniach wynikają ze stromego spadku i siły ciężkości. W tych systemach strumieniowych erozja jest bardzo aktywnym procesem, ponieważ koryto próbuje dostosować się do topografii terenu. Depozycja zachodzi głównie w okresach niskiego przepływu. W rezultacie depozyty na terenach zalewowych są bardzo ograniczone, a koryto strumienia jest bardzo przejściowe i płytkie.
Ryc. 10z-1: Górny bieg strumienia w Górach Skalistych, Kanada.
Strumienie o dużym obciążeniu osadami, w których dochodzi do nagłego zmniejszenia prędkości przepływu, mają zwykle typ koryta splatanego (Rysunek 10z-2). Ten typ koryta strumienia często występuje w dalszej części profilu strumienia, gdzie nachylenie zmienia się ze stromego na łagodne. W cieku warkoczowym kanał główny dzieli się na szereg mniejszych, wzajemnie powiązanych lub splecionych kanałów. Kanały warkoczowe są zwykle szerokie i płytkie, ponieważ materiał podłoża jest często gruboziarnisty (piaski i żwiry) i niespoisty.
Rysunek 10z-2: Kanał warkoczowy.
Kanały meandrujące tworzą się tam, gdzie strumienie płyną przez stosunkowo płaski krajobraz z szeroką powierzchnią zalewową (Rysunek 10z-3). Z technicznego punktu widzenia o strumieniu mówi się, że jest meandrujący, gdy stosunek rzeczywistej długości kanału do odległości w linii prostej między dwoma punktami w kanale strumienia jest większy niż 1,5. Kanały w tych strumieniach mają charakterystyczny kształt litery U i aktywnie migrują przez rozległe tereny zalewowe.
Ryc. 10z-3: Meandrujący kanał strumienia.
Cechy kanału strumienia
W obrębie kanału strumienia występują różnorodne złoża osadów i struktury. Wiele z tych cech zależy od złożonej interakcji między prędkością strumienia a wielkością osadów.
Strumienie niosące gruboziarniste osady rozwijają kraty piaszczyste i żwirowe. Tego typu pręty występują często w splecionych strumieniach, które są powszechne na obszarach wyniesionych (Rysunek 10z-4). Bary powstają w splecionych strumieniach z powodu zmniejszenia przepływu wody. Dwa warunki często powodują zmniejszenie odpływu: zmniejszenie spadku strumienia i/lub zmniejszenie przepływu po opadach atmosferycznych lub wiosennym topnieniu śniegu i lodu.
Ryc. 10z-4: Warkocz strumienia z prętami żwirowymi.
Pręty punktowe powstają tam, gdzie przepływ strumienia jest lokalnie zmniejszony z powodu tarcia i zmniejszonej głębokości wody (Rysunek 10z-5). W meandrującym strumieniu pręty punktowe występują zwykle po wewnętrznej stronie zakrętu kanału.
Rysunek 10z-5: Meandrujący kanał strumienia widziany z góry.
W strumieniach prostych osady w kształcie prętów mogą tworzyć się w odpowiedzi na falistość (czerwone strzałki Rysunek 10z-6) i przepływ spiralny. Rysunek 10z-6 poniżej przedstawia widok z góry na te osady i związane z nimi cechy.
Rysunek 10z-6: Widok z góry na cechy osadów występujących w typowym korycie prostego strumienia.
W tym prostym strumieniu pręty tworzą się w regionach strumienia oddalonych od tali. Ryfle, inny rodzaj gruboziarnistego osadu, rozwijają się poniżej linii brzegowej w miejscach, gdzie szybszy przepływ przemieszcza się pionowo w górę koryta. Pomiędzy żłobami znajdują się baseny, w których materiał jest wydobywany, gdy strefa maksymalnej prędkości strumienia zbliża się do jego koryta. Bezwzględne odstępy między tymi elementami różnią się w zależności od wielkości kanału. Jednakże względna odległość między jedną ryflą a następną jest średnio pięć do siedmiu razy większa od szerokości koryta (wyolbrzymione na diagramie). Obie te cechy mogą również występować w kanałach sinusoidalnych.
Wydmy i falowania są podstawowymi cechami osadów w strumieniach, których koryto składa się głównie z piasku i mułu. Wydmy są około 10 lub więcej centymetrów wysokości i są rozmieszczone metr lub więcej od siebie. Są one powszechne w strumieniach o większej prędkości. Łachy mają tylko kilka centymetrów wysokości i są rozmieszczone w odstępach kilkudziesięciu metrów i występują w wolno płynących strumieniach o drobnoziarnistym dnie. Obie te cechy przemieszczają się z czasem, migrując w dół strumienia. Materiał znajdujący się po łagodnie nachylonej stronie tych cech toczy się i przeskakuje w górę zbocza pod wpływem przepływu wody. Cząstki poruszają się w górę zbocza, aż osiągną szczyt cechy, a następnie lawinowo zjeżdżają w dół po bardziej stromej stronie i zbierają się u podstawy następnej wydmy lub fałdy. Proces ten powtarza się raz za razem, aż materiał dotrze do miejsca w dole strumienia, gdzie jest bardziej trwale osadzany.
Powierzchnia zalewowa
Obok kanałów strumieniowych znajdują się stosunkowo płaskie obszary znane jako obszary zalewowe (Rysunek 10z-7). Tereny zalewowe powstają, gdy strumienie przekraczają swoje wały, rozprowadzając podczas powodzi wyładowania i zawieszone osady na powierzchni lądu. Wały to grzbiety znajdujące się wzdłuż boków koryta strumienia, zbudowane z piasku lub żwiru. Wały mają średnicę od pół do czterech razy większą od szerokości kanału. Po cofnięciu się wód powodziowych prędkość strumienia ulega zmniejszeniu, co powoduje osadzanie się aluwiów. Powtarzające się w czasie cykle powodziowe mogą prowadzić do osadzania się wielu kolejnych warstw materiału aluwialnego. Osady z terenów zalewowych mogą podnosić wysokość koryta strumienia. Proces ten nazywany jest degradacją.
Rysunek 10z-7: Poniższe zdjęcie Landsat 5 wykonane we wrześniu 1992 r. przedstawia odcinek rzeki Missouri w Rocheport, Missouri. Skośna perspektywa tego obrazu jest skierowana na zachód lub w górę rzeki. Obraz ten został wzbogacony kolorystycznie i zmodyfikowany, aby pokazać wyolbrzymioną rzeźbę topograficzną. Gleba i zaorana ziemia są czerwone, roślinność zielona, a woda ciemnoniebieska. Płaska równina zalewowa rzeki widoczna jest w centrum obrazu. Ze względu na porę roku, większość pól uprawnych położonych na bogatych i żyznych glebach równiny zalewowej jest zaorana i pozbawiona roślinności. (Źródło: NASA Scientific Visualization Studio).
Rozlewiska mogą również zawierać osady zdeponowane w wyniku bocznej migracji koryta rzeki. Proces ten jest powszechny zarówno w kanałach splatanych, jak i meandrujących. Kanały warkoczowe wytwarzają poziome depozyty piasku w okresach zmniejszonego przepływu. W meandrujących strumieniach migracja koryta prowadzi do pionowego osadzania się osadów z prętów punktowych. Zarówno osady z kanałów warkoczowych, jak i meandrujących są bardziej gruboziarniste niż materiały naniesione przez powódź.
Na obszarze zalewowym można znaleźć szereg innych cech geomorficznych. Między wałami występują wąskie szczeliny zwane szczelinami. Umożliwiają one przemieszczanie się wody na równinę zalewową i z powrotem podczas powodzi. Wgłębienia topograficzne znajdują się w rozproszeniu na terenie zalewowym. Ze względu na swoje położenie depresje zawierają jedne z najdrobniejszych osadów na terenie zalewowym. Jeziora szczawnicowe to opuszczone kanały powstałe w wyniku odcięcia meandrów od reszty koryta na skutek erozji bocznej strumienia.
Fany aluwialne i delty
Strumienie wpływające do wód stojących zwykle tworzą deltę (rysunek 10z-8 i 10z-9). Delta to ciało osadu, które zawiera liczne warstwy poziome i pionowe. Delty powstają, gdy ładunek osadów niesiony przez strumień zostaje zdeponowany z powodu nagłego zmniejszenia prędkości strumienia. Na powierzchni większości delt znajdują się niewielkie kanały, które odprowadzają wodę i osady z dala od głównego koryta rzeki. Te małe kanały działają również w celu rozprowadzenia ładunku osadów ze strumienia na powierzchni delty. Niektóre delty, takie jak Nil, mają kształt trójkąta. Strumienie, takie jak Missisipi, które mają dużą zawartość osadów i uchodzą do stosunkowo spokojnych wód, powodują powstawanie delt w kształcie ptasiej stopy.
Rysunek 10z-8: Delta Nilu (Źródło: NASA).
Rysunek 10z-9: Delta Missisipi w kształcie ptasiej stopy (Źródło: NASA).
Większość delt zawiera trzy różne typy osadów: złoża przednie, górne i dolne. Złoża typu foreset tworzą główną część delt. Osadzają się one na zewnętrznej krawędzi delty pod kątem od 5 do 25 stopni. Bardziej strome kąty powstają w przypadku osadów drobniejszych. Na szczycie osadów przednich znajdują się prawie poziome osady górne. Łoża te mają różną wielkość ziaren i powstały z osadów małych kanałów przesuwnych występujących na powierzchni delty. Przed i pod osadami przednimi znajdują się osady denne. Złoża te składają się z drobnego mułu i gliny. Bottom set beds are formed when the finest material is carried out to sea by stream flow.
An alluvial fan is a large fan-shaped deposit of sediment on which a braided stream flows over (10z-10). Wachlarze aluwialne powstają, gdy strumienie niosące duży ładunek zmniejszają swoją prędkość podczas wychodzenia z górzystego terenu na prawie poziomą równinę. Wentylator powstaje, gdy splecione strumienie przesuwają się po powierzchni tego elementu, osadzając osady i zmieniając swój bieg. Poniższy obraz przedstawia kilka wachlarzy aluwialnych, które powstały z powodu nagłej zmiany wysokości.
