Речная дельта — это треугольный рельеф, созданный отложением осадков , переносимых водами реки , где река сливается с водоемом с медленно текущей водой или со стоячей водой. [1] [2] Создание речной дельты происходит в устье реки , где река сливается с океаном , морем или эстуарием , в озеро , водохранилище или (реже) в другую реку, которая не может унести осадок, поставляемый питающей рекой. Этимологически термин « речная дельта» происходит от треугольной формы (Δ) заглавной греческой буквы « дельта» . В гидрологии размеры речной дельты определяются балансом между процессами водораздела, которые поставляют осадок , и процессами водораздела, которые перераспределяют, секвестрируют и экспортируют поставляемый осадок в принимающий бассейн. [3] [4]
Речные дельты важны для человеческой цивилизации , поскольку они являются крупными центрами сельскохозяйственного производства и населенными пунктами. [5] Они могут обеспечивать защиту береговой линии и могут влиять на снабжение питьевой водой. [6] Они также важны с экологической точки зрения , с различными сообществами видов в зависимости от их положения в ландшафте. В геологических временных масштабах они также являются важными поглотителями углерода . [7]
Речная дельта так названа, потому что форма дельты Нила приближается к треугольной заглавной греческой букве delta . Треугольная форма дельты Нила была известна зрителям классической афинской драмы ; трагедия Эсхила «Прометей прикованный » называет ее «треугольной Нилотской землей», хотя и не «дельтой». [8] Описание Геродотом Египта в его « Истории» упоминает дельту четырнадцать раз, как «Дельту, как ее называют ионийцы » , включая описание оттока ила в море и выпукло изогнутой стороны треугольника, обращенной к морю. [8] Несмотря на сравнения с другими речными системами дельт, Геродот не описывал их как «дельты». [8] Греческий историк Полибий сравнивал земли между реками Роной и Изер с дельтой Нила, называя обе островами, но не применяя слово дельта. [8] Согласно греческому географу Страбону , киник- философ Онесикрит из Астипалеи , который сопровождал завоевания Александра Македонского в Индии , сообщал, что Патален (дельта реки Инд ) была «дельтой» ( греч. коине : καλεῖ δὲ τὴν νῆσον δέλτα , романизировано: kalei de tēn nēson délta , букв. «он называет остров дельтой»). [8] В «Индике » римского автора Арриана говорится , что «дельта земли индейцев образована рекой Инд не в меньшей степени, чем в Египте». [8]
Как общее название рельефа в устье реки, слово «дельта» впервые упоминается в англоязычном мире в конце XVIII века в работе Эдварда Гиббона . [9]
Речные дельты образуются, когда река, несущая осадок, достигает водоема, такого как озеро, океан или водохранилище . Когда поток попадает в стоячую воду, он больше не ограничивается своим руслом и расширяется в ширину. Это расширение потока приводит к уменьшению скорости потока , что снижает способность потока переносить осадок . В результате осадок выпадает из потока и откладывается в виде аллювия , который накапливается, образуя речную дельту. [11] [12] Со временем этот единственный канал образует дельтовую долю (например, птичью лапку дельт рек Миссисипи или Урал ), вдавливая свое устье в стоячую воду. По мере продвижения дельтовой доли градиент речного русла становится ниже, поскольку речное русло длиннее, но имеет такое же изменение высоты (см. уклон ).
По мере уменьшения уклона русла реки уменьшается и величина касательного напряжения на дне, что приводит к отложению осадка в русле и подъему русла относительно поймы . Это дестабилизирует русло реки. Если река прорывает свои естественные дамбы (например, во время наводнения), она выливается в новое русло с более коротким путем к океану, тем самым получая более крутой и устойчивый уклон. [13] Обычно, когда река меняет русла таким образом, часть ее потока остается в заброшенном русле. Повторные события переключения русла создают зрелую дельту с распределительной сетью.
Другой способ формирования этих распределительных сетей — отложение устьевых баров (песчаных и/или гравийных отмелей в середине русла в устье реки). Когда эта средняя отмель откладывается в устье реки, поток направляется вокруг нее. Это приводит к дополнительному отложению на верхнем конце устьевой отмели, которая разделяет реку на два рукава. [14] [15] Хорошим примером результата этого процесса является дельта озера Вакс .
В обоих случаях процессы осадконакопления вызывают перераспределение осадконакопления из областей с высоким уровнем осадконакопления в области с низким уровнем осадконакопления. Это приводит к сглаживанию формы плана (или вида на карту) дельты, поскольку каналы перемещаются по ее поверхности и откладывают осадок. Поскольку осадок откладывается таким образом, форма этих дельт приближается к веерообразной. Чем чаще поток меняет направление, тем ближе форма развивается к идеальному веерообразному выносу, поскольку более быстрые изменения положения русла приводят к более равномерному отложению осадка на фронте дельты. Дельты рек Миссисипи и Урал с их птичьими лапками являются примерами рек, которые не извергаются достаточно часто, чтобы сформировать симметричную форму веера. Дельты аллювиальных конусов выноса , как видно из их названия, извергаются часто и более приближаются к идеальной форме веера выноса.
Большинство крупных речных дельт впадают в интракратонные бассейны на задних краях пассивных окраин из-за того, что большинство крупных рек, таких как Миссисипи , Нил , Амазонка , Ганг , Инд , Янцзы и Хуанхэ , впадают вдоль пассивных континентальных окраин. [16] Это явление обусловлено в основном тремя факторами: топографией , площадью бассейна и высотой бассейна. [16] Топография вдоль пассивных окраин, как правило, более постепенная и широко распространенная на большей площади, что позволяет осадкам накапливаться и накапливаться с течением времени, образуя крупные речные дельты. Топография вдоль активных окраин, как правило, более крутая и менее распространенная, что приводит к тому, что осадки не имеют возможности накапливаться и накапливаться из-за того, что осадки перемещаются в крутой субдукционный желоб, а не на неглубокий континентальный шельф .
Существует множество других менее существенных факторов, которые могли бы объяснить, почему большинство речных дельт формируются вдоль пассивных окраин , а не активных окраин. Вдоль активных окраин орогенные последовательности вызывают тектоническую активность, которая приводит к образованию слишком крутых склонов, брекчированных пород и вулканической активности, что приводит к образованию дельты ближе к источнику осадка. [16] [17] Когда осадок не перемещается далеко от источника, осадки, которые накапливаются, являются более крупнозернистыми и более рыхло консолидированными, что затрудняет формирование дельты. Тектоническая активность на активных окраинах приводит к образованию речных дельт ближе к источнику осадка, что может повлиять на отрыв русла , переключение дельтовых долей и автоцикличность. [17] Речные дельты активных окраин, как правило, намного меньше и менее многочисленны, но могут переносить схожие объемы осадка. [16] Однако осадок никогда не накапливается в толстых последовательностях из-за перемещения и отложения осадка в глубоких субдукционных желобах. [16]
В устье реки изменение условий течения может привести к тому, что река сбросит любые переносимые ею осадки. Это отложение осадка может создать различные формы рельефа, такие как дельты, песчаные отмели, косы и каналы связи. Формы рельефа в устье реки радикально меняют геоморфологию и экосистему.
Дельты обычно классифицируются в соответствии с основным контролем над отложениями, который представляет собой комбинацию речных, волновых и приливных процессов, [18] [19] в зависимости от силы каждого из них. [20] Другими двумя факторами, которые играют важную роль, являются положение ландшафта и распределение размера зерна исходного осадка, поступающего в дельту из реки. [21]
Дельты с преобладанием речных вод находятся в районах с низким приливным диапазоном и низкой волновой энергией. [22] Там, где плотность речной воды почти равна плотности воды бассейна, дельта характеризуется гомопикнальным течением , при котором речная вода быстро смешивается с водой бассейна и резко сбрасывает большую часть своих отложений. Там, где плотность речной воды выше, чем у воды бассейна, как правило, из-за большого количества отложений, дельта характеризуется гиперпикнальным течением , при котором речная вода огибает дно бассейна как плотное течение , которое откладывает свои отложения в виде турбидитов . Когда речная вода менее плотная, чем вода бассейна, что типично для речных дельт на побережье океана, дельта характеризуется гипопикнальным течением , при котором речная вода медленно смешивается с более плотной водой бассейна и распространяется в виде поверхностного веера. Это позволяет мелким отложениям переноситься на значительное расстояние, прежде чем они осядут из суспензии. Слои в гипоцинальной дельте падают под очень небольшим углом, около 1 градуса. [22]
Дельты с преобладанием речных потоков далее отличаются относительной важностью инерции быстро текущей воды, важностью турбулентного трения о дно за пределами устья реки и плавучестью . Отток, в котором преобладает инерция, имеет тенденцию формировать дельты типа Гилберта. Отток, в котором преобладает турбулентное трение, склонен к разветвлению русла, в то время как отток с преобладанием плавучести создает длинные рукава с узкими подводными естественными дамбами и небольшим количеством разветвлений русла. [23]
Современная дельта реки Миссисипи является хорошим примером дельты с преобладанием речных вод, отток которой обусловлен плавучестью. Заброшенность русла была частой, и за последние 5000 лет активными были семь отдельных русел. Другие дельты с преобладанием речных вод включают дельту Маккензи и дельту Альта. [14]
Дельта Гилберта (названная в честь Гроува Карла Гилберта ) — это тип дельты с преобладанием речных вод [24] , образованной из грубых отложений, в отличие от пологих илистых дельт, таких как дельта Миссисипи. Например, горная река, откладывающая осадок в пресноводное озеро, образует такой тип дельты. [25] [26] Обычно это результат гомопикнального течения. [22] Такие дельты характеризуются трехкомпонентной структурой верхнего, переднего и нижнего слоев. Речная вода, поступающая в озеро, быстро откладывает свои более грубые отложения на подводной стороне дельты, образуя крутопадающие передние слои. Более мелкие отложения откладываются на дне озера за этим крутым склоном в виде более пологих нижних слоев. За фронтом дельты разветвленные каналы откладывают пологие слои верхнего слоя на дельтовой равнине. [27] [28]
В то время как некоторые авторы описывают как озерные, так и морские местоположения дельт Гилберта, [25] другие отмечают, что их образование более характерно для пресноводных озер, где речной воде легче и быстрее смешиваться с озерной водой (в отличие от случая впадения реки в море или соленое озеро, где менее плотная пресная вода, приносимая рекой, дольше остается на поверхности). [29] Сам Гилберт впервые описал этот тип дельты на озере Бонневиль в 1885 году. [29] В других местах подобные структуры встречаются, например, в устьях нескольких ручьев, впадающих в озеро Оканаган в Британской Колумбии и образующих заметные полуострова в Нарамате , Саммерленде и Пичленде .
В дельтах, где преобладают волны, перенос осадка, вызванный волнами, контролирует форму дельты, и большая часть осадка, вытекающего из устья реки, отклоняется вдоль береговой линии. [18] Связь между волнами и речными дельтами довольно изменчива и в значительной степени зависит от глубоководных волновых режимов принимающего бассейна. При высокой волновой энергии вблизи берега и более крутом склоне вдали от берега волны сделают речные дельты более гладкими. Волны также могут быть ответственны за перенос осадка от дельты реки, заставляя дельту отступать. [6] Для дельт, которые формируются дальше вверх по течению в эстуарии, существуют сложные, но количественно измеримые связи между ветрами, приливами, речным стоком и уровнями воды в дельте. [30] [31]
Эрозия также является важным контролем в дельтах, где преобладают приливы, таких как дельта Ганга , которая может быть в основном подводной, с выступающими песчаными отмелями и хребтами. Это имеет тенденцию создавать «дендритную» структуру. [32] Приливные дельты ведут себя иначе, чем дельты, где преобладают реки и волны, которые, как правило, имеют несколько основных рукавов. Как только рукав, где преобладают волны или реки, заиливается, он забрасывается, и в другом месте образуется новое русло. В приливной дельте новые рукава образуются во время, когда вокруг много воды, например, во время наводнений или штормовых нагонов . Эти рукава медленно заиливаются с более или менее постоянной скоростью, пока не выдыхаются. [32]
Приливная пресноводная дельта [33] представляет собой осадочное отложение, образованное на границе между горным потоком и эстуарием, в регионе, известном как «субэстуарий». [34] Затопленные прибрежные речные долины, которые были затоплены повышением уровня моря в позднем плейстоцене и последующем голоцене , как правило, имеют дендритные эстуарии со множеством притоков. Каждый приток имитирует этот градиент солености от своего солоноватого соединения с главным эстуарием до пресного потока, питающего голову приливного распространения. В результате притоки считаются «субэстуариями». Происхождение и эволюция приливной пресноводной дельты включает процессы, типичные для всех дельт [4], а также процессы, уникальные для приливной пресноводной обстановки. [35] [36] Сочетание процессов, которые создают приливную пресноводную дельту, приводит к особой морфологии и уникальным экологическим характеристикам. Многие приливные пресноводные дельты, которые существуют сегодня, напрямую вызваны началом или изменением исторического землепользования, особенно вырубкой лесов , интенсивным сельским хозяйством и урбанизацией . [37] Эти идеи хорошо иллюстрируются многими приливными пресноводными дельтами, выступающими в Чесапикский залив вдоль восточного побережья Соединенных Штатов. Исследования показали, что накапливающиеся отложения в этом эстуарии происходят из-за вырубки лесов после европейского поселения, сельского хозяйства и городского развития. [38] [39] [40]
Другие реки, особенно те, что находятся на побережьях со значительным приливным диапазоном , не образуют дельты, а впадают в море в форме эстуария . Известными примерами являются залив Святого Лаврентия и эстуарий Тежу .
В редких случаях дельта реки расположена внутри большой долины и называется перевернутой речной дельтой . Иногда река разделяется на несколько рукавов во внутренней области, только чтобы снова объединиться и продолжить путь к морю. Такая область называется внутренней дельтой и часто встречается на бывших ложах озер. Термин был впервые введен Александром фон Гумбольдтом для среднего течения реки Ориноко , которое он посетил в 1800 году. [41] Другие известные примеры включают внутреннюю дельту Нигера , [42] дельту Мира-Атабаски , [43] дельту реки Сакраменто-Сан-Хоакин , [44] и дельту Систана в Иране. [45] У Дуная есть один в долине на словацко-венгерской границе между Братиславой и Ижей . [46]
В некоторых случаях река, впадающая в плоскую засушливую местность, разделяется на каналы, которые испаряются по мере продвижения в пустыню. Дельта Окаванго в Ботсване является одним из примеров. [47] См. бессточный бассейн .
Общий термин «мегадельта» можно использовать для описания очень крупных дельт азиатских рек, таких как Янцзы , Жемчужная , Красная , Меконг , Иравади , Ганг-Брахмапутра и Инд . [48] [49]
Формирование дельты является сложным, многократным и пересекающим во времени, но в простой дельте можно выделить три основных типа слоистости: нижние слои, передние/передние слои и верхние слои. Эта трехчастная структура может быть замечена в небольшом масштабе по поперечной слоистости . [25] [50]
Человеческая деятельность как в дельтах, так и в речных бассейнах выше дельт может радикально изменить среду дельт. [53] Изменения в землепользовании выше по течению , такие как методы ведения сельского хозяйства против эрозии и гидрологическое строительство, такое как строительство плотин в бассейнах, питающих дельты, сократили поступление речных наносов во многие дельты за последние десятилетия. [54] Это изменение означает, что доступно меньше наносов для поддержания рельефа дельты и компенсации эрозии и повышения уровня моря , в результате чего некоторые дельты начинают терять земли. [54] Прогнозируется, что снижение поступления речных наносов продолжится в ближайшие десятилетия. [55]
Обширная антропогенная деятельность в дельтах также мешает геоморфологическим и экологическим процессам дельты. [56] Люди, живущие в дельтах, часто строят защитные сооружения от наводнений , которые предотвращают седиментацию от наводнений в дельтах, и, следовательно, отложение осадка не может компенсировать просадку и эрозию . В дополнение к вмешательству в намыв дельты , откачка грунтовых вод , [57] нефти и газа , [58] и строительство инфраструктуры ускоряют просадку , увеличивая относительный подъем уровня моря. Антропогенная деятельность также может дестабилизировать речные русла из-за добычи песка , [59] и вызывать вторжение соленой воды . [60] Существуют мелкомасштабные усилия по исправлению этих проблем, улучшению среды дельты и повышению экологической устойчивости с помощью стратегий улучшения седиментации .
Хотя почти все дельты в той или иной степени подверглись воздействию человека, дельты Нила и реки Колорадо являются одними из самых экстремальных примеров опустошения, вызванного дельтами строительством плотин и отводом воды. [61] [62]
Исторические документы показывают, что во времена Римской империи и Малого ледникового периода (времена, когда наблюдалось значительное антропогенное давление) в дельтах происходило значительное накопление осадков. Промышленная революция только усилила влияние человека на рост и отступление дельты. [63]
Древние дельты приносят пользу экономике благодаря хорошо отсортированному песку и гравию . Песок и гравий часто добываются в этих старых дельтах и используются в бетоне для автомагистралей , зданий, тротуаров и ландшафтного дизайна. Только в Соединенных Штатах производится более 1 миллиарда тонн песка и гравия. [64] Не все карьеры по добыче песка и гравия являются бывшими дельтами, но в тех, которые таковыми являются, большая часть сортировки уже выполняется силой воды.
Городские районы и человеческое жилье, как правило, располагаются в низинах вблизи доступа к воде для транспортировки и санитарии . [65] Это делает дельты обычным местом процветания цивилизаций из-за доступа к равнинной земле для сельского хозяйства, пресной воде для санитарии и орошения и доступа к морю для торговли. Дельты часто являются местом обширной промышленной и коммерческой деятельности, а сельскохозяйственные земли часто находятся в конфликте. Некоторые из крупнейших региональных экономик мира расположены в дельтах, таких как дельта реки Чжуцзян , дельта реки Янцзы , европейские страны Бенилюкса и район Большого Токио .
Дельта Ганга -Брахмапутры , охватывающая большую часть Бангладеш и Западной Бенгалии и впадающая в Бенгальский залив , является крупнейшей дельтой в мире. [66]
Дельта реки Селенга в российской Республике Бурятия является крупнейшей дельтой , впадающей в пресноводный водоем, в данном случае в озеро Байкал .
Исследователи обнаружили ряд примеров дельт, которые образовались в марсианских озерах . Обнаружение дельт является важным признаком того, что на Марсе когда-то было большое количество воды. Дельты были обнаружены в широком географическом диапазоне. Ниже приведены фотографии некоторых из них. [67]