Actiunea geologica a apelor curgatoare

Actiunea geologica a apelor curgatoare

Apele curgatoare sub forma de paraie, rauri si fluvii alcatuiesc reteaua hidrografica. Actiunea lor geologica depinde de viteza si debitul cursului de apa si se exercita prin eroziune, transport si sedimentare. In general, eroziunea domina in cursul superior al raului, transportul in cursul mijlociu si sedimentarea in cel inferior.

Eroziunea apelor curgatoare depinde de viteza de curgere si masa apei, conform relatiei:

E = mv²/2 ;

in care: E - energia cinetica sau forta vie a curentului de apa;

m - masa apei;

v - viteza apei.

Eroziunea fluviatila are loc in lungul albiei minore sau a patului raului, pe trei directii dominante: vertical, lateral si regresiv. Eroziunea verticala genereaza cursul unui rau.

Talvegul reprezinta linia care uneste punctele cele mai adanci de pe fundul patului unui rau.

Profilul longitudinal al unui rau reprezinta linia care uneste izvorul cu varsarea si apare ca rezultat al influentei mai multor factori: debitul de apa, structura geologica, pozitia nivelului de baza, panta initiala si timpul. El se exprima prin panta, adica prin diferenta de nivel dintre izvor si varsare, raportata la lungimea lui.

In lungul unui rau se pot distinge trei parti: portiunea torentiala (sau cursul superior), portiunea de echilibru (sau cursul mijlociu) si portiunea de aluvionare (sau cursul inferior) (fig. 31).

Fig. 31. Subdiviziunile cursului unui rau: a – sectorul superior; b – sectorul mijlociu; c – sectorul inferior; P-P’ – profilul longitudinal; H – inaltimea izvorului

Cursul superior se caracterizeaza prin pante repezi, viteza mare de curgere si eroziune foarte intensa. Profilul transversal al albiei este in forma de V.

La cursul mijlociu se realizeaza un echilibru intre eroziune si transport datorita scaderii pantei, albia se largeste prin eroziune laterala, iar profilul transversal al albiei se adanceste.

In cursul inferior panta este foarte mica, eroziunea verticala scade considerabil, scade si puterea de transport, iar raul depune o mare pate din aluviuni.

Linia pana la care un rau isi adanceste albia se numeste profil de echilibru sau curba de cadere normala, numita astfel deoarece se realizeaza un echilibru relativ intre eroziune, transport si sedimentare (fig. 32).

Cu cat abscisa profilului de echilibru va fi mai mica decat ordonata, cu atat raul va avea o actiune mai energica. Acest fapt este caracteristic raurilor de munte. Cu cat abscisa se lungeste in detrimentul ordonatei, cu atat mai mult cursul raului devine lenes, vaile se largesc mult, interfluviile se reduc la niste culmi domoale si raul intra in faza de batranete a dezvoltarii sale. Regiunea devine neteda si capata un aspect de peneplena (G. Raileanu, S. Pauliuc, 1969).

La varsarea raului, curba profilului de echilibru se afla in acelasi plan orizontal cu nivelul apei din bazinul colector. Altitudinea acestui punct de pe curba de echilibru este pentru raul respectiv limita eroziunii verticale, constituind baza de eroziune sau nivelul de baza. Orice curs de apa isi are deci nivelul sau de baza. Cu cat diferenta de altitudine dintre izvor si nivelul de baza va fi mai mare, cu atat eroziunea verticala va fi mai accentuata.

Nivelul marii, socotit nivel zero, este suprafata sub care apele curgatoare nu mai pot eroda. Marea Neagra reprezinta nivelul de baza pentru raurile din tara noastra.

La cursurile de apa, cand nivelul de baza coboara, eroziunea verticala isi mareste intensitatea. Eroziunea cauta sa restabileasca echilibrul zdruncinat prin adancirea albiei, care se face de la nivelul de baza spre izvor, adica in sens invers curgerii apei. Acest proces se numeste eroziune regresiva.

Prin eroziunea regresiva raul tinde sa-si largeasca bazinul de alimentare, deplasand cumpana apelor spre raul vecin cu care vine in concurenta. Raul care are nivelul de baza mai coborat va fi mai activ pe o suprafata mai mare si va patrunde in bazinul de alimentare al raului vecin. Intr-un stadiu mai avansat, acesta va fi captat de raul mai activ. Acest lucru s-a intamplat cu Jiul transilvanean, care la inceput era afluent al Streiului, dar prin deplasarea cumpenei apelor mai spre nord, Jiul transilvanean a fost captat de Jiu. Fenomenele de captare sunt foarte numeroase.

O vale fluviatila are urmatoarele elemente componente: albia minora, albia majora, terasele si versantii.

v Albia minora este reprezentata prin portiunea raului sau canalul ocupat permanent de apa. Albia minora este, deci, fasia vaii in care raul isi exercita si consuma intreaga lui forta in cea mai mare parte a anului. Dezvoltarea ei depinde de clima, panta, natura rocii si alti factori. Ea da personalitate raului.

v Albia majora (lunca) este reprezentata de suprafata ocupata de ape numai periodic in timpul viiturilor. Ea se realizeaza prin eroziunea laterala si prin largirea albiei prin procesul de meandrare. Albia majora sau lunca se acopera cu apa numai in timpul viiturilor si prin sedimentarea acestora ea se inalta.

Evolutia unui rau depinde de natura petrografica si structura geologica a regiunii pe care o strabate. Profilul transversal si longitudinal al vaii va fi influentat de natura litologica a rocilor din care este alcatuita regiunea. Astfel, in rocile moi si permeabile (cum sunt nisipurile, argilele nisipoase, gresiile nisipoase sau loessul) eroziunea avanseaza lent datorita infiltrarii apei. Valea se largeste mult, dar nu atat prin eroziune laterala cat prin daramarea malurilor, formandu-si cu timpul un profil transversal in forma de U, cu maluri inalte si asimetrice.

In zonele cu roci moi si impermeabile (cum sunt argilele si marnele), datorita faptului ca apa patrunde greu, eroziunea in plan vertical este mai evidenta, iar valea isi formeaza un profil transversal in forma de V foarte deschis. Prin inmuiere si surparea malurilor, ulterior profilul transversal tinde spre forma de U. Astfel de vai se intalnesc frecvent in zona cu depozite mio-pliocene si cuaternare din Podisul Getic, Podisul Moldovei si din nord-vestul Podisului Transilvaniei.

In zonele cu alternante de roci moi cu roci compacte si dure, insolubile si impermeabile, atat profilul longitudinal cat si cel transversal al raului prezinta discontinuitati si forme foarte variate. La limita dintre cele doua tipuri de roci moi si dure se va crea, la un moment dat, o diferenta de nivel care se accentueaza cu timpul, formandu-se dicontinuitati de panta numite repezisuri. Alteori, rocile mai dure formeaza adevarate praguri, iar repetarea lor pe distante mici duce la aparitia de cataracte. Astfel de fenomene apar pe raul Lotru (Cataractele Lotrului), in Defileul Dunarii la Portile de Fier, pe Bistrita moldoveneasca la Toancele, pe Mures etc.

Cascadele sunt dicontinuitati in profilul longitudinal al unor rauri. Ele sunt, de fapt, niste praguri cu inaltime mult mai mare. La noi in tara sunt binecunoscute cascada Duruitoarea formata pe conglomeratele de Ceahlau, cascada Urlatoarea formata pe conglomeratele de Bucegi, cascada Iedutului pe Valea Iadului formata pe calcare mezozoice.

In rocile foarte dure, cum sunt roci magmatice (granitele, granodioritele, bazaltele, andezitele), metamorfice (gnaisele) sau unele sedimentare (calcare), apele exercita o eroziune cu deosebire pe verticala, formand vai inguste cu pereti inalti si abrupti, denumite chei. Cele mai cunoscute chei din Romania sunt: Cheile Bicazului (sapate in calcare mezozoice, de Stramberg), Cheile Dambovicioarei, Cheile Tatarului si Zanoagei si Cheile Oarzei (de pe Valea Ialomitei), Cheile Turzii (sapate tot in calcare de Stamberg), Cheile Crisului Repede (de la Vadul Crisului sapate in calcare triasice), Cheile Oltetului (sapate tot in calcare), Cheile Gilortului, Cheile Nerei, Cheile Minisului si ale Carasului (sapate in calcare jurasice si cretacice). Muresul, in zona Toplita, formeaza adevarate chei in aglomerate vulcanice si andezite.

Vaile inguste, extinse pe distante mari de zeci si sute de kilometri, care strabat portiuni cu chei, repezisuri si cataracte, poarta denumirea de defileuri. Ele apar pe Valea Jiului, in zona alcatuita din roci vechi (granite, granodiorite, sisturi cristaline). Defileurile lungi de sute de kilometri, cu vai stramte si intortochiate se numesc canioane (dupa terminologia spaniola). Cel mai cunoscut este canionul Colorado, lung de 320 km si adanc de 900-1800 m. Defileul Dunarii, dintre Bazias si Drobeta Turnu Severin, are o lungime de 150 km. Bine cunoscute sunt si defileul Oltului (intre Turnu Rosu si Calimanesti), defileul Jiului (intre Livezeni si Bumbesti) etc.

Tab. 2. Clasificarea vailor

In raport cu structura geologica a regiunii pe care o strabat, vaile pot fi vai in strate orizontale si vai in strate cutate.

Vaile in strate orizontale sunt cele care strabat zonele de podis sau campie cu substrate geologice orizontale. Ele au profil in forma de U larg cu malurile simetrice, asa cum sunt cele mai multe vai din Podisul Moldovei.

In raport cu directia de inaintare a raurilor si directia de asezare a stratelor, vaile in strate cutate pot fi vai longitudinale (care sunt paralele cu directia stratelor, asa cum este valea Lotrului de la izvoare pana la varsare, valea Tarcaului, cursul superior al Bistritei moldovenesti) si vai transversale.

Vaile longitudinale pot fi:

- vai monoclinale de flanc sau subsecvente, cand sunt dirijate pe directia cutei situate pe un flanc al cutei, care au profil asimetric, cu un mal cu o panta lina si cel opus abrupt datorita eroziunii apei in sensul inclinarii stratelor (ex. valea Jiului intre Campul lui Neag si Livezeni, cursul superior al vailor Anina si Caras);

- vai de sinclinal si anticlinal, cand cursul se instaleaza chiar pe sarniera unor cute (ex. valea Somesului intre Jibou si Benesat este vale de anticlinal).

Vaile transversale sunt acelea la care directia raului face un unghi apropiat de 90⁰ cu directia stratelor. In functie de sensul inclinarii stratelor fata de directia raului, vaile transversale pot fi consecvente (cand apa curge in sensul inclinarii stratelor), obsecvente (cand cursul apelor este dirijat in sens contrar inclinarii stratelor) si diagonale (cand apele curg sub un unghi mai mare de 90⁰ fata de sensul inclinarii stratelor.)

Evolutia vailor este strans legata de dezvoltarea paleogeografica a regiunii strabatute. In raport cu aceasta evolutie vaile pot fi impartite in doua categorii: vai de strabatere si vai tectonice.

Vaile de strabatere sunt acelea care strabat anumite regiuni foarte dificile fie prin faliere, fie prin captare, fie prin iezire (barare).

Vaile tectonice isi datoreaza traseul lor actual structurii geologice a regiunii si, in mod deosebit, unor accidente tectonice.

Eroziunea laterala a apei, caracteristica cursului mijlociu si inferior al unui rau, determina atat largirea vaii cat si devierea cursului de apa si formarea meandrelor, care nu sunt altceva decat cotituri repetate pe traseul raurilor. Prin strangularea unor meandre se ajunge la retezarea sau taierea unor bucle si stabilirea unui traseu mai direct al raului. Vechea albie cu meandre ramane parasita, constituind asa numitele belciuge sau verigi, care cu timpul seaca si primesc apa numai la viituri. In Romania, meandre si belciuge se intalnesc pe raurile Somes si Mures in Campia Transilvaniei, in lungul Oltului si Jiului, in Campia Romana, in lungul Siretului etc.

Actiunea de transport a raurilor. Apele curgatoare transporta material aluvionar, in solutie si suspensie si prin tarare. Totalitatea materialului aluvionar solid ce trece prin sectiunea unui rau in unitatea de timp constituie debitul solid al raului.

Raurile din Europa transporta saruri in solutie a caror concentratie este de cca 1/6000 din greutatea volumetrica de apa. Cel mai important transport este cel mecanic, in suspensie si prin tarare. Puterea de transport a unui rau se exprima prin presiunea pe care o exercita curentul apei pe o suprafata de 1 m², orientata perpendicular pe directia de curgere. Puterea de transport se calculeaza cu relatia:

P = ρทhทl [kg/m²],

in care: P - puterea de transport;

ρ - densitatea apei ( = 1);

h - adancimea in metri a curentului de apa;

l - inclinarea relativa a oglinzii apei, in ‰.

Spre exemplu, un fluviu cu adancimea de 10 m si o panta de 0,2 ‰ are o putere de transport de 2 kg/m², in timp ce un torent cu adancimea de 1 m si o panta de 250 ‰ are o putere mare de transport de 250 kg/m². Deci, puterea de transport a apelor repezi de munte este mai mare decat a fluviilor cu un curs lent.

Diametrul fragmentelor solide care pot fi transportate de un rau variaza in raport cu viteza acestuia. Astfel, in timp ce particulele de dimensiunile argilei si prafului, care formeaza malurile, pot fi transportate de ape a caror viteza este de 0,07 m/s, nisipul grosier este transportat de ape cu viteza de 0,20 m/s, bolovanisul cu volum de 50 cm³ de ape cu viteza de 2,26 m/s, iar bolovanisul cu volum de 510 cm³ numai de ape a caror viteza depaseste 11,69 m/s.

Malul si nisipul foarte fin sunt transportate in suspensie, iar nisipul grosier, pietrisul si bolovanisul prin tarare si rostogolire. In timpul transportului, aceste materiale sufera o rotunjire si o macinare treptata. In general, cantitatea materialului transportat in suspensie este de 10 pana la 15 ori mai mare decat cantitatea de material transportat prin tarare.

Cantitatea de material solid transportat de catre rauri este determinata nu atat de debitul raului cat de originea apelor care alimenteaza raul (care depinde de structura geologica a bazinului de receptie), de panta si natura litologica a regiunilor strabatute de rau.

Materialul transportat de apele curgatoare este depus sub forma de depozite aluviale sau aluviuni.

Depunerea materialelor se face in ordinea dimensiunilor lor, astfel primele depuse sunt: elementele cu diametre mari, bolovanisul, pietrisul, apoi nisipul si malul. De cele mai multe ori materialul aluvionar este nesortat datorita viiturilor mari si variatiilor de debit. Ca rezultat al depunerilor de catre rauri are loc inaltarea patului raurilor si formarea unor sesurilor aluvionare, ostroave, grinduri, delte si terase.

Inaltarea patului si formarea sesurilor aluvionare are loc cu deosebire in cursul inferior al raului. Acest fenomen se observa la unele rauri din Campia Romana (Olt, Dambovita) sau din Transilvania (Mures, Somes etc.). In acest fel raul isi largeste albia majora, adica suprafata de depunere a aluviunilor.

Canalul ocupat in mod permanent de apa se numeste albie minora, iar suprafata ocupata de catre ape in timpul viiturilor albie majora (fig. 33).

Fig. 33. Inaltarea patului raului (dupa A. Holmes)

Pe suprafata sesului aluvionar se depun, in perioadele de viituri, sedimente nisipo-argiloase a caror grosime este mai mare in sectoarele in care inundatia este mai indelungata.

Grosimea depozitelor aluvionare depuse de principalele rauri din Europa variaza intre 8 si 20 m. Aceasta grosime se calculeaza ca diferenta de nivel intre talpa albiei si nivelul maxim al viiturilor. In general, cu cat se ridica mai mult nivelul apelor in timpul viiturilor, cu atat mai inalt este sesul aluvionar.

Pe fundul albiei unui rau, acolo unde panta este mica, viteza apei se reduce si incepe sa se depuna pietris, nisip sau chiar mal. Cu timpul, materialul se aduna in cantitate mai mare si formeaza, in mijlocul albiei, o forma de acumulare numita ostrov. Asemenea ostroave apar pe Dunare, Olt, Somes, Mures etc. (Ostrovul Mare, Ostrovul Corbului, Ostrovul Calimanesti etc.).

Grindurile fluviatile sunt acumulari de mal, nisip si pietris sub forma unor coame paralele pe marginea albiei minore si ele apar cu deosebire pe raurile care strabat regiuni de stepa sau silvostepa.

Deltele sunt forme de acumulare fluvio-marina prin depunerea de aluviuni la punctul de varsare al raului in mare sub forma unui con de dejectie.

Suprafetele dintre vai poarta denumirea de interfluvii. Cu cat reteaua hidrografica este mai densa si mai adanca, cu atat interfluviile sunt mai dese si mai inalte (fig. 34).

Evolutia lor sta sub influenta eroziunii verticale si laterale, cat si a proceselor de panta sub a caror actiune se ajunge la ingustarea lor si la intersectia versantilor. Cand interfluviile sunt mai late, constituie portiuni mai stabile.

v Versantii reprezinta suprafetele externe, marginale ale vailor, depresiunilor si interfluviilor. Versantul este o suprafata inclinata cu media pantelor mai mare de 2-3⁰, care face legatura intre interfluviu si vale sau depresiune.

Elementele unui versant sunt: fruntea sau lungimea (L), latimea (l), inaltimea (H), panta (α); muchea (m - care face legatura intre versant si interfluviu) si piciorul versantului sau baza de eroziune (p) (fig. 34 B).

Fig. 34. Morfologia interfluviilor si versantilor: A – fragmentarea reliefului (T - talveg; I - interfluviu) in diferite faze (1, 2, 3); B – elementele unui versant: fr - fruntea; m - muchea; p - piciorul; H - inaltimea; L - lungimea; l - latimea; α - unghiul de panta / inclinarea

Dupa forma profilului longitudinal se deosebesc versanti simpli si versanti compusi (fig. 35 A, B).

Versantii simpli prezinta o serie evolutiva incepand cu versantul drept, rectiliniu, convex si in final concav (fig. 35 A).

Versantii compusi se formeaza, de obicei, in zone cu roci diferite si au profil in trepte alternand sectoarele drepte, rectilinii, convexe si concave (fig. 35 B).

La formarea versantilor contribuie atat agentii geologici interni cat si cei externi. Drept rezultat iau nastere versantii tectonici, magmatici, de eroziune si de acumulare. Ridicarea lantului carpatic, in urma miscarilor orogenice, a dus la aparitia unui versant nordic inspre Campia Romana si unul sudic spre Depresiunea Transilvaniei. Agentii geologici externi (ghetari, apa etc.) au contribuit la indesirea continua a cursurilor de apa si la aparitia a numerosi versanti de eroziune, astfel incat cele doua cline ale Carpatilor s-au transormat intr-o regiune de versanti cu inclinari si expozitii variate.

Fig. 35. Tipuri de versanti si evolutia lor (in parte dupa R. Small): A – versanti simpli: a - abrupt; b - drept; c - convex; d - concav; e - modul cum evolueaza (er - eroziune; ac - acumulare); f - diferite portiuni de versant evoluat (cv - concav; r - rectiliniu; cx - convex); B – versant compus: C – evolutia versantilor si interfluviilor dupa W. Davis (in 1 – raportul dintre H si L pe masura scaderii altitudinii interfluviilor); D – evolutia versantilor dupa W. Penck ( ec - faza de echilibru; ds - faza descendenta; in 2 - raportul dintre H si L pe masura retragerii paralele a versantilor); E – evolutia versantilor si interfluviilor dupa L.C. King (in 3 - retragerea paralela unghiulara a versantilor si cresterea treptata a sedimentelor p, p’, p”); F – evolutia versantilor dupa A. Wood; NB – nivel de baza.    Sagetile indica directia principala de evolutie a reliefului

In evolutia unui versant se recunosc faze ascendente si descendente.

Dupa W. Davis, in faza ascendenta se formeaza versanti tectonici drepti, iar in faza descendenta sub actiunea retelei hidrologice, se creeaza versanti rectilinii, apoi convecsi - concavi, reducandu-se inaltimea interfluviilor (fig. 35 C).

Dupa W. Penck, in faza ascendenta se formeaza versanti convecsi, in faza de echilibru relativ cand denudarea echilibreaza ridicarile tectonice rezulta versantii rectilinii, iar in faza descendenta cand dominanta este denudarea versantii devin concavi (fig. 35 D).

In regiunile aride, dupa L.S. King, evolutia versantilor este numai descendenta, astfel incat prin retragerea paralela a versantilor (fig. 35 E) are loc o scadere a altitudinii masivelor muntoase pana la formarea pediplenelor.

In evolutia versantilor joaca un rol important natura si proprietatile rocilor (duritatea, rezistenta la alterare, stratificatia etc.), intensitatea miscarilor neotectonice, ritmul si intensitatea proceselor de modelare, in functie de conditiile climatice in care se afla la un moment dat regiunea respectiva.

Intrucat procesele care au loc pe versant nu se manifesta uniform, s-a incercat separarea in cadrul suprafetei versantului a noua sectoare functionale (B.I. Delrymple, J.R. Blong si I.A. Conacher, citati de I. Mac, 1986) si anume:

interfluviul – cu predominarea proceselor eluviale;

suprafata de distributie – cu fenomene de scurgere laterala;

suprafata convexa – pe care are loc organizarea eroziunii liniare si areale;

povarnisul – unde au loc prabusiri si alunecari de teren;

mijlocul versantilor – caracterizat prin maxima mobilitate morfodinamica;

glacisul – zona de depozitare a materialelor deluvio-coluviale;

lunca sau unitatea aluvio-proluviala;

malurile albiei minore;

fundul albiei minore – unde domina transportul si eroziunea albiei (fig. 36).

In functie de conditiile locale, unele din aceste unitati pot lipsi iar altele se pot repeta in cadrul aceluiasi versant.

Fig. 36. Modelul cu sectoarele versantului si procesele geomorfologice corespunzatoare (I. Mac, 1986)