Ландшафт восточного побережья США сформировали водяные мельницы

Старая дамба в Пенсильвании. Она перегораживает долину, и к настоящему времени запруда за ней почти доверху заполнена осадком. Так формировался современный ландшафт равнин Среднеатлантических штатов США. Фото с сайта environment.newscientist.com

Американские геологи предложили новую теорию формирования речных долин в Среднеатлантических штатах США. Они доказали, что хозяйственная деятельность человека послужила важнейшим ландшафтообразующим фактором этого района. Современные речные долины и речные отложения сформировались в результате сведения лесов, увеличения эрозии почв и строительства бесчисленных дамб. В сумме дамбы и запруды на 70% контролировали речной сток, подняв уровень долин на 2–3 метра, существенно выровняв рельеф местности.

Роберт Уолтер (Robert Walter) и Дороти Мерритс (Dorothy Merritts), геологи с факультета землеведения и экологии Колледжа Франклина и Маршалла провели исследование речных долин атлантического побережья США. Им удалось показать, что именно человек сформировал современный ландшафт этого региона и именно человеческая деятельность ответственна за географию речных долин. И дело здесь вовсе не в глобальных проектах передела рек и морей, а в медленных, но неизбежных отдаленных последствиях мельчайших человеческих деяний. Местные действия суммируются, накапливаются и приобретают поистине геологический масштаб.

Уолтер и Мерритс обратили внимание на то, что берега рек выше на два-три метра, чем им полагалось бы быть, кроме того, они несут непомерно большое количество органики и неорганической взвеси, образуя наносы в Чесапикском заливе. В течение 5 лет Уолтер и Мерритс собирали данные по речным отложениям Мэриленда, Пенсильвании и Нью-Йорка (кстати, за эти пять лет они поженились). Исследовав около полутора сотен речных русел и примерно сотню скважин речных террас, ученые обрисовали обобщенную схему строения речных отложений в этом районе.

Для этих рек характерны высокие крутые берега. Дно реки подстилает материнская порода, ее перекрывает 50-сантиметровый слой необкатанного песка. На песке лежит темный слой примерно в метр толщиной. Он состоит из богатых органикой суглинков и илов, в которых обычны растительные остатки, листья, пыльца, мох, корни, пни, иногда даже со следами подрубки. Возраст слоя, по данным анализа изотопов свинца, составил от 11 тысяч до 300 лет.

Так выглядят типичные речные отложения в Среднеатлантических штатах. Сначала гравий, затем песок, затем темный слой с древней лесной органикой, выше мощный слой желтоватых суглинков, сформированный за последние 200-300 лет. Фото из обсуждаемой статьи в Science

Выше, как правило, находится 1-5-метровый слой бедных органикой тонкозернистых глин и суглинков светлого желтовато-коричневого цвета. В этом слое можно обнаружить гравийные линзы, обломки кирпичей, кусочки угля, опилки, дощечки и разного рода остатки предметов быта. Несмотря на то что мощность этого слоя довольно большая, он сформировался в течение всего лишь последних 300 лет.

Такая схема не вписывается в привычный идеальный образ равнинных речных отложений: невысокие берега, гравийное дно с отмелями и порогами, с тонкозернистыми пойменными отложения. Классическая идеальная схема формировалась под влиянием господствующей модели о поведении реки равнинного ландшафта. По этой схеме полагается, чтобы река размывала равнинные почвы, образовывала пойменные наносы при разливах, меняла свое русло при формировании наносов (так называемое меандрирование). Ни высоких берегов, ни мощных пойменных тонкозернистых отложений в этой схеме нет.

И вот ученые предложили свою схему формирования рек в этом районе. Важно, что они учли при этом деятельность человека.

Реки восточного побережья зародились в голоценовую эпоху, после отступления ледника. Ледник оставил в наследство грубопесчаные слои, перекрывающие материнскую породу. В голоцене равнины атлантического побережья были покрыты болотистыми лесами и кустарниковым зарослями. Не случайно здесь находят комплекс растительных остатков, характерный для болот и влажных низин. В лесах текли мелкие ручьи и протоки, они легко меняли направление или из-за лесного опада или из-за бобровых плотин.

После прихода поселенцев началась постепенная расчистка лесов под сельскохозяйственные угодья. Сведение лесов сопровождалось активной эрозией почв. С развитием сельского хозяйства и деревообрабатывающей промышленности человеку понадобились мельничные колеса. Примерно 300 лет назад жители принялись сооружать дамбы. И чем быстрее развивалась хозяйственная деятельность, тем больше сооружалось речных дамб. И вот к середине XIX века в районе восточного побережья действовало множество дамб. Они располагались через каждые 2,5-5 км по руслу речек.

Расположение 1025 дамб в трех округах на юго-востоке штата Пенсильвания в середине XIX века. Видно, как их много и как плотно они расположены вдоль речек. Рис. из обсуждаемой статьи в Science

Дамбы регулировали сток 70% (!) протяженности всех речных русел в районе. Средняя высота дамб была от 2,5 до 3,7 м. Именно на эту высоту и поднималась вода в речках. Подсчеты показывают, что при таком повышении уровня воды скорость течения реки вверх на 1-3 км от дамбы снижается на 60%, соответственно увеличивается скорость осадконакопления. Это влияние прослеживается и в речных притоках. Очевидно, что при активной эрозии почв после сведения лесов, в медленно текущих запрудах и притоках быстро накапливались осадки, выравнивая неровности рельефа. Река мелела, меняла русло, переместившаяся запруда выравнивала новое место. Выше дамб из-за нового гидрорежима исчезла прежде обильная там рыба.

В ходе исследований удалось доказать роль запруд в формировании речных отложений. Выше дамб на два-три километра слой тонкозернистого желтоватого осадка истончался, то есть у дамбы его мощность была самой большой, а выше по течению, с углом падения русла, становилась всё меньше и меньше. И так повторялось от одной дамбы к другой на всём протяжении реки. В результате речные долины оказались поднятыми на 2-3 метра от своего первоначального «законного» уровня.

Во второй половине XIX века и в XX веке из-за технической революции нужда в мельничной силе резко пошла на убыль, дамбы разрушались, сейчас их оставляют зачастую для декоративных целей. После разрушения старой системы регуляции рек, уровень воды снизился, берега стали более высокими, а течение более быстрым. Теперь это уже не множество мелких меандрирующих речушек, а быстрые реки, текущие между крутых глинисто-песчаных берегов. Быстрым течением размыло слои старых голоценовых отложений, оставшихся в наследство от лесного ландшафта. И теперь речная вода насыщена азотом и фосфором.

Ученые не только представляют доказательства новой концепции формирования речных долин, но отмечают и практическую пользу от своего открытия. Они предполагают, что следует изменить технологию защиты речных берегов от эрозии. Ведь старые технологии заключаются в укреплении берегов крупными камнями и стенками с тем, чтобы берега приняли свой первоначальный облик. Нужно сказать, что новых технологий предложено в статье не было.

Геологам и экологам данное исследование интересно скорее не с точки зрения эффективной траты денег налогоплательщиков, а с позиций ясного примера глобального влияния человеческой деятельности на строение нашей планеты. Подчеркну, что речь идет всего о трех-четырех поколениях поселенцев восточного побережья США — что же, интересно, выяснится, если начать тщательно разбираться со всей миллионолетней историей человечества...

Источник: Robert C. Walter, Dorothy J. Merritts. Natural Streams and the Legacy of Water-Powered Mills // Science. 2008. V. 319. P. 299–304.

См. также:
So-called Natural Meandering Streams Are Actually the Legacy of Colonial Milldams — пресс-релиз Колледжа Франклина и Маршалла.

Елена Наймарк

Последние новости: Геология, Елена Наймарк