В геоморфологии точка перегиба или точка пересечения — это часть реки или канала , где наблюдается резкое изменение уклона русла , например, водопад или озеро . Точки перегиба отражают различные условия и процессы на реке, часто вызванные предыдущей эрозией из-за оледенения или дисперсии в литологии . В модели цикла эрозии точки перегиба продвигаются на один цикл вверх по течению или вглубь суши, заменяя более старый цикл. [1] Точка перегиба, которая возникает в верхней части (самой дальней части вверх по течению) канала, называется вырезом . [2] Вырезы, приводящие к направленной вверх эрозии, являются признаками нестабильных расширяющихся дренажных структур, таких как активно размываемые овраги. [3]
Точки перегиба также встречаются на других планетарных телах, которые ранее имели или в настоящее время имеют поверхностные жидкости, а именно на Марсе [4] и Титане . [5] На Марсе точки перегиба имеют общую высоту, которая предполагает общий уровень моря для бывшего марсианского океана . [4] На Титане горные долины, прилегающие к современным углеводородным морям, демонстрируют свидетельства точек перегиба и недавнего изменения уровня моря . [5]
Точки перегиба формируются под влиянием тектоники, истории климата и/или литологии. [6] Например, подъем вдоль разлома, по которому течет река, часто приводит к необычно крутому уклону вдоль русла, известному как зона перегиба . Оледенение, приводящее к образованию висячей долины , часто является главными местами для точек перегиба. Если литология породы различается, например, сланец среди магматических пород, эрозия будет происходить более устойчиво в более мягкой породе, чем в окружающей, более жесткой породе.
Базовый уровень — это высота поверхности водоема, в который в конечном итоге впадает река, обычно в океан. Падение базового уровня вызывает реакцию речной системы, которая врезается в ландшафт. Этот разрез начинается с образования точки перегиба, и его миграция вверх по течению в значительной степени зависит от площади водосбора (и, следовательно, от расхода реки), материала, через который он прорезается, и того, насколько большим было падение базового уровня. [7]
К точкам перегиба относятся как водопады, так и некоторые озера. Эти особенности обычны для рек с достаточным уклоном , т. е. достаточным изменением высоты над уровнем моря по всей длине, чтобы способствовать деградации .
Изменения в стабильности подстилающей породы влияют на развитие реки, проходящей через коренные породы, поскольку воды размывают различные типы пород с разной скоростью. Водопад Виктория на реке Замбези является ярким примером этого. Ущелья, видимые на спутниковых снимках, иллюстрируют эрозионные процессы, лежащие в основе образования водопадов. Здесь большая часть поверхностной породы представляет собой массивный базальтовый порог с большими трещинами, заполненными легко выветриваемым песчаником, которые видны благодаря течению Замбези по суше. Ущелья ниже по течению от водопадов, через которые она протекает, со временем были размыты водой.
По всей Новой Зеландии тектонические подъемы и сбросы активно способствуют возникновению и спаду точек перегиба. Система реки Вайпуа на Северном острове была изучена и использована для создания математических моделей для прогнозирования поведения точек перегиба. [8] Исследование показало прямую корреляцию между площадью водосбора вверх по течению и скоростью миграции, что дало смоделированные данные, близко приближающиеся к собранным данным. Система реки Вайпуа врезается в осадки , по большей части, в отличие от коренной породы .
Резкие изменения уклона обычны для рек, протекающих через сильно изрезанный ландшафт, оставшийся после отступления ледников . Этому способствуют ледниковые долины , а также изостатический отскок, возникающий в результате удаления массы ледникового льда.
Ниагарский водопад на границе США и Канады является характерным примером точки обрыва. Водопады замедлили миграцию примерно с 1 м в год по состоянию на 1900 год до современных 10 см в год. [9] Водопады, особенно Подкова , чрезвычайно крутые и вызваны оледенением . Великие озера сами по себе лежат в углублениях, оставленных ледниками, поскольку земная кора все еще восстанавливается .
Водопад Брайдлвейл в долине Йосемити , Калифорния, падает с края висячей долины .
.jpg/1280px-Dry_Falls_(Washington).jpg)
Свидетельство о точке перегиба в геологическом прошлом может сохраняться в форме коренной породы под любыми последующими отложениями, а также в осадочных отложениях, неизмененных человеком или другой деятельностью. Озера обычно заполняются осадком с течением времени, но водопады часто размываются. Существует несколько очевидных, сухих примеров доисторических точек перегиба, которые все еще видны сегодня.
Dry Falls , обрыв длиной 3,5 мили в центре Вашингтона , является примером древнего knickpoint. Геологические данные убедительно свидетельствуют о том, что вода, которая образовала этот объект, текла по Channeled Scablands , вырываясь из ледникового озера Миссула во время события, известного как Missoula Floods , и впадала в ущелье реки Колумбия .
На реке Верхний Камберленд , штат Теннесси , существует ряд гидрологически заброшенных пещер , которые все еще содержат речные отложения. Эти пещеры были предметом попытки измерить скорость миграции точек перегиба вдоль реки, а также приблизительно оценить сток реки с течением времени. [10] В карстовой топографии падение уровня реки влияет не только на ее русло ; поскольку вода больше не течет на определенном уровне, пещеры и уровень грунтовых вод локально понизятся до нового уровня.
Можно увидеть, что крупные стоки в океаны по всему миру продолжались по суше, которая когда-то была обнажена, будь то из-за тектонического оседания, повышения уровня моря или других факторов. Батиметрические изображения доступны для большей части западного побережья Соединенных Штатов, и в частности, дно океана недалеко от берегов рек на северо-западе Тихого океана демонстрирует такие подводные особенности.
В некоторых местах в этих затопленных речных руслах и долинах все еще сохранились точки перегиба. Исследование, проведенное в Средиземноморском бассейне [7], было сосредоточено на таких особенностях. Здесь врезание было вызвано закрытием Средиземного моря в конце миоцена . Это внезапное отсутствие притока океанской воды позволило бассейну уменьшиться в объеме и увеличить соленость , и в результате падения уровня поверхности многие из рек, которые сегодня впадают в Средиземное море, начали врезаться. [7]
Как и во многих крупных водопадах, точки перегиба мигрируют вверх по течению из-за эрозии коренной породы [11], оставляя за собой глубокие каналы и заброшенные поймы , которые затем становятся террасами . Отступление точек перегиба легко продемонстрировать в некоторых местах, затронутых постледниковым изостатическим откликом и относительным падением уровня моря, например, в Шотландии . В других районах датирование открытых террас коренной породы более согласуется с пространственно однородным разрезом и сохранением зоны перегиба примерно в одном и том же месте.
Река, приобретшая или потерявшая потенциальную энергию из-за изменения уклона , затем продолжит устранять критические точки в своей системе либо путем эрозии (в случае водопадов: приобретённая потенциальная энергия), либо путём отложения осадков (в случае озер: потерянная потенциальная энергия) для того, чтобы река вновь обрела свой плавный вогнутый ступенчатый профиль.
Скорость миграции точек перегиба в случае водопадов обычно колеблется от 1 мм до 10 см в год, с некоторыми исключительными значениями. [7]
Распространение точки перегиба обычно моделируется с помощью полуэмпирического закона мощности потока , где размер водосборного бассейна используется в качестве прокси для расхода , который, в свою очередь, имеет положительную нелинейную корреляцию со скоростью миграции точки перегиба. Для решения закона мощности потока были предложены как аналитические [12] , так и численные решения [13] .
Точки перегиба и зоны перегиба могут быть полуавтоматически извлечены из цифровых моделей рельефа в программном обеспечении Географической информационной системы (т. е. ArcGIS ). Проблема большинства существующих методов заключается в том, что они часто субъективны и требуют длительной обработки данных. Решением этих проблем является инструмент, разработанный для ArcGIS, называемый Knickzone Extraction Tool (KET), который значительно автоматизирует процесс извлечения. [14]
