Krajina v kvartéru (podzimní semestr 2018) Řeky v kvartéru Daniel Nývlt (daniel.nyvlt@sci.muni.cz) Podélný profil řeky • Konkávní tvar podélného profilu - růst průtoku a zjemňování sedimentů po proudu. • Lom spádu – litologie, pokles erozní báze, tektonické pohyby. VELIKOST KORYTA  šířka koryta (w)  hloubka koryta (bankfull) (h) poměr w/h GRADIENT KORYTA konkávní profil řeky Averagelow-waterdepth(m) KORYTA TVAR KORYTA PARAMETRY DEFINUJÍCÍ TVAR KORYTA  Sinuosita (P)  Stupeň divočení - je míra rozdělení koryta říčními bary  Stupeň anastomozování - míra rozvětvení koryta na dílčí kanály oddělené nivou FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ CHARAKTER KORYTA  stabilita břehů – jílovité sedimenty odolnější než písčité  druh transportovaného materiálu – dominance dnových splavenin  tvorba lavic (barů)  vegetace – ovlivňuje stabilitu břehů  změny vodnosti – závisí na velikosti zdrojové oblasti a klimatu CHARAKTER PROUDĚNÍ • lineární proudění • turbulentní proudění • Proudnice - trajektorie proudu s největší rychlostí - její pozice vůči břehům ovlivňuje sedimentaci a erozi • Šroubovité (helikoidální) chování proudu - v meandrech HJULSTRÖMŮV DIAGRAM CHOVÁNÍ PROUDU NA SOUTOKU Kelvin-Helmholtzovy víry Výrazné turbulentní struktury na rozhraní dvou stékajících se proudů se silným erozním účinkem Vyplňování vzniklých depresí sedimentárními tělesy se strmými spádovými stranami. DYNAMIKA PROUDU Froudovo číslo: Fr = u / hg Fr  0,9 PODKRITICKÝ TOK Fr  0,9 NADKRITICKÝ TOK HYDRAULICKÝ SKOK – náhlý přechod nadkritického toku do podkritického SEDIMENTACE Z PROUDU Fr = 1 Fr = 0,9 200 h = 0,25–0,40 m Standing waves BEDFORMY SEDIMENTACE V KORYTECH – z hlediska zachování většina fluviálních sedimentů ukládaných v glaciálních podmínkách. SEDIMENTÁRNÍ TĚLESA ŘÍČNÍ LAVICE (BARY) – sedimentární makroformy Jesep (poinbar) Vnitrokorytové lavice (channel bars) JESEPY (chápáno jako sedimentární tělesa) • Boční akrece (LA – lateral accretion) sklon do 15°, směr sklonu kolmý na směr proudu • Zjemňování sedimentu směrem k břehu a po proudu • Zmenšování velikosti bedforem duny, čeřiny “scroll bars“ – typická topografie jesepu; periodické opakování migrace a agradace jesepu VNITROKORYTOVÉ LAVICE (BARY) -“dvojstranný jesep“, generelně však migruje po proudu  poproudová akrece (DA – downstream accretion) Specifika: • dochází k rozvětvení a spojení proudu • laterální akrece na obou stranách (za vysoké a padající hladiny) • zařezávání nových kanálů do povrchu lavic při klesání hladiny VERTIKÁLNÍ AKRECE - ukládání sedimentu na dně koryta ve svislém směru Předpoklad: • nízký gradient dna • výrazný růst akomodace nutící fluviální systém ukládat (agradovat) Střídání mělčin a tůní v řekách • Mělčiny (riffles) – mělká voda, hrubší sedimenty, větší rychlost proudění (peřeje) • Tůně (pools) – jemnozrnnější sedimenty, hluboká voda, pomalejší proudění • Vyšší vodních stavy – reverze → voda proudí rychleji v tůních, intenzivnější eroze • Rozestupy mělčin – 5 až 7 násobek šířky koryta DIVOČÍCÍ ŘEKY • gradient <0,5° • dominuje “bedload“ • výrazné výkyvy ve vodnosti • malá stabilita břehů Sedimentace v podobě lavic (barů) při okraji nebo uvnitř koryta (podélné, příčné a jazykovité lavice). Značné zrnitostní rozdíly díky rozkolísanosti průtoku. Typické např. pro proglaciální glacifluviální sedimentaci. Říční styly Dominuje štěrk Dominuje písek MEANDRUJÍCÍ ŘEKY • gradient ~0,01° • vysoká sinuosita P > 1,3 (1,5) • “suspended load“, “mixed load “ • sedimentace na jesepu – laterální akrece (sklon akrečních ploch do 15°) 1994 2000 Příklady laterální migrace meandrů změna toku řeky Chiry během posledního fenoménu El Niňo soustava větvících se a spojujících se koryt oddělených nivou • gradient <0,01° • “suspended load“ a “mixed load“ • laterálně stálé břehy • sedimentace vertikální akrecí na dně koryt • avulze - rychlé přeložení říčního toku do nového koryta. Základní předpoklad pro vyvolání avulze je zvýšení vodnosti vedoucí k plošné záplavě. Hlavními faktory jsou snižování sklonu aktivního koryta, zvyšování výškového rozdílu mezi korytem a nivou a snížení kapacity koryta pro transport vody. Styly avulzí: - vytvoření průvalových vějířů - reokupace starších koryt - avulze s. s. ANASTOMOZNÍ ŘEKY LOWER SASKATCHEWAN RIVER FACIÁLNÍ MODELY ARCHITEKTURNÍ PRVKY Sedimentace různých typů fluviálních sedimentů během kvartéru Klimatická a tektonická podmíněnost fluviální eroze/agradace v mírných zeměpisných šířkách. Vznik fluviální terasy během kvartérního klimatického cyklu Fáze 1: zářez (přechod glaciál-interglaciál, vysoké průtoky díky tání permafrostu) Fáze 2: agradace (přechod glaciálinterglaciál, především na dolních tocích, převážně meandrující toky) Fáze 3: přelivová sedimentace (interglaciál, tvorba nivy, stabilizace údolních den, přelivové sedimenty díky srážkám, nedostatek hrubého materiálu, zachovává se výjimečně) Fáze 4: eroze (přechod interglaciál-glaciál, díky krátkému trvání interglaciálu nedostatečný čas pro tektonický výzdvih, proto nedochází k sedimentaci) Fáze 5: hlavní agradace (přechod interglaciál-glaciál, anaglaciální fáze, množství materiálu, snížení vegetačního krytu, divočící toky) Fáze 6: minimální aktivita (glaciál, pleniglaciál, malá fluviální aktivita díky nedostatku vody - vázána v permafrostu, regolit fixován) Říční terasy Každá akumulace představuje původní údolní dno dřívějšího toku. Terasa vznikne teprve hloubkovým zářezem po uložení předchozího štěrkového tělesa. Termín říční terasa používat pouze v morfologickém smyslu, je tvořena říčními písky a štěrky. Každá akumulace má svoji bázi a povrch – důležité pro morfostratigrafii. U nás používané termíny: údolní terasa – těleso uložené během viselského glaciálu, do něhož je zaříznutá holocenní říční niva s přelivovými sedimenty; hlavní terasa – těleso uložené během staršího sálského období (zřejmě více méně výrazných cyklů), dobře mapovatelné na většině našich řek; vysoké terasy – terasy starší než hlavní terasa. Terasy – akumulační – erozní (skalní, snížené akumulační) Terasové systémy U evropských řek se vyvíjejí od pliocénu. Jejich vývoj je kontrolován změnou globální erozní báze, tektonicky a klimaticky. K zásadní změnám došlo přibližně na hranici pliocén/pleistocén a okolo hranice spodního a středního pleistocénu. Terasové systémy Vznikají opakováním erozních a akumulačních fází v daném údolí. Morfostratigrafické členění fluviálních teras. Vztah k jiným kvartérním sedimentům. Klasicky studované terasové systémy u nás: Vltava (Záruba 1943), Svratka (Kukla 1975), Ohře (Tyráček, 1995). Souborný přehled (Balatka a Sládek 1962, Tyráček 2001, Balatka a Kalvoda 2008, Tyráček a Havlíček 2009). Říční terasy vnitřních Čech Říční terasy severních a severozápadních Čech Terasové systémy řek západní Evropy Terasové systémy řek západní Evropy SEDIMENTACE NA NIVĚ (mimokorytová sedimentace) niva – periodicky zaplavovaná oblast okolo říčních koryt (floodplain, floodbasin), v rámci kvartérního klimatického cyklu se klasická niva u nás vyskytuje v interglaciálních, příp. v nejteplejších interstadiálních podmínkách. Dílčí sedimentární prostředí:  Agradační valy, břehy (levées) (písčitý materiál, planární laminace, čeřinové zvrstvení, sedimenty zjemňují směrem od koryta, primární struktury deformovány kořínky)  Průvalové vějíře (crevasse splays) (písčitý materiál překrývající nivní hlíny, poproudová akrece, čeřinové zvrstvení)  Niva s.s. - močály, mokřady, slatiniště… (sedimentace z plošných pomalých proudů, tenké vrstvy písku až jílu  nivní hlíny, pozitivní gradace, laminace, čeřiny, často šplhavé, výsušné praskliny, půdy)  Příříční jezera (odškrcené meandry, slepá ramena, sníženiny na nivě, dočasné nebo stálé, jemně laminované silty až jíly) Niva jako interglaciální fenomén střední Evropy Dominance přelivové jemnozrnné sedimentace  nivní hlíny, ukládány od staršího holocénu, především ve vlhčích obdobích, během posledních ~1–2 ka nová intenzívní fáze přelivové říční sedimentace vázaná na antropogenně způsobené povodně odlesněním povodí. Při významných povodních (1997, 2002) časté průvaly do prostoru nivy a ukládání hrubozrnných sedimentů. Kvartérní změny říční sítě Evropy Eridanos – největší evropská řeka pliocénu a spodního pleistocénu odvodňující celé dnešní Baltské moře a ústící do Severního moře rozsáhlou progradující deltou. Před 0,8–1,0 Ma přestala fungovat jako hlavní drenáž a největší řekou ústící do severního moře se stával paleo-Rýn, s Temží jako přítokem. Zahrazení Rýna spolu s vodou odvodňující Střední Evropu a čelo Severoevropského ledovcového štítu během vrcholných glaciálů středního pleistocénu vytvořilo rozsáhlé ledovcem hrazené jezero v prostoru dnešního Severního moře. Opakovaný přetok vody z tohoto jezera do zálivu La Manche způsobil erozní vznik Doverské úžiny a převedl drenáž budoucích řek odvodňujících sz. část Evropy směrem do zálivu La Manche a do Biskajského zálivu za vzniku Channel River (Fleuve Manche). Kvartérní změny říční sítě Evropy Střední Evropa a čelo Severoevropského ledovcového štítu bylo během vrcholných středopleistocenních glaciálů odvodňováno společnou „Velkou“ řekou za vzniku širokého terminoglaciálního koryta. Její pozůstatky tvoří několik generací východozápadních úseků Visly, Odry a Labe a tato řeka směřovala do prostou dnešní jižní části Severního moře, v mladší části středního pleistocénu do kanálu La Manche. Channel River (Fleuve Manche) Detailní batymetrie průlivu La Manche a okraje Biskajského zálivu jasně prokazuje fluviální erozně-akumulační původ paleoúdolí na pevninském šelfu. Tato řeka fungovala během většiny glaciálních období od počátku středního pleistocénu s hlavními zdrojnicemi: Visla, Odra, Labe, Rýn, Meuse, Temže, Somme a Seina. K dalšímu čtení: That’s all for this term, folks… Antoine P., Lautridou J.-P., Laurent M. (2000): Long-term fluvial archives in NW France: response of the Seine and Somme rivers to tectonic movements, climatic variations and sea-level changes. Geomorphology 33, 183–207. Badura J., Jary Z., Smalley I. (2013): Sources of loess material for deposits in Poland and parts of Central Europe: The lost Big River. Quaternary International 296, 15–22. Balatka B., Kalvoda J. (2008): Evolution of Quaternary river terraces related to the uplift of the central part of the Bohemian Massif. Geografie 113, 205–222. Balatka B., Sládek J. (1962): Říční terasy v Českých zemích. 578 pp. Geofond, Praha. Berger W.H. (1999): The 100-kyr ice-age cycle: internal oscillation or inclinational forcing? International Journal of Earth Sciences 88, 305–316. Bridgland D.R. (2000): River terrace systems in north-west Europe: an archive of environmental change, uplift and early human occupation. Quaternary Science Reviews 19, 1293–1303. Cohen K.M., Gibbard P.L., Weerts H.J.T. (2014): North Sea palaeogeographical reconstructions for the last 1 Ma. Netherlands Jounral of Geosciences 93, 7–29. Gibbard P.L., Lewin J. (2009): River incision and terrace formation in the Late Cenozoic of Europe. Tectonophysics 474, 41–55. Gupta S., Collier J.S., Palmer-Felgate A., Potter G. (2007): Catastrophic flooding origin of shelf valley systém in the English Channel. Nature 448, 342–346. Lewin J., Gibbard PL (2010): Quaternary river terraces in England: Forms, sediments and processes. Geomorphology 120, 293–311. Starkel L. (2003): Climatically controlled terraces in uplifting mountain areas. Quaternary Science Reviews 22, 2189–2198. Toucanne S. et al. (2009): A 1.2 Ma record of glaciation and fluvial discharge from the West European Atlantic margin. Quaternary Science Reviews 28, 2974–2981. Tyráček J. (1995): Stratigraphy of the Ohře River terraces in the Most Basin. J. Geol. Sci., Anthropozoic 22, 141–157. Tyráček J. (2001): Upper Cenozoic fluvial history in the Bohemian Massif. Quaternary International 79, 37–53. Tyráček J., Havlíček P. (2009): The fluvial record in the Czech Republic: A review in the context of IGCP 518. Global and Planetary Change 68, 311–325. Vandenberghe J. (1995): Timescales, climate and river development. Quaternary Science Reviews 14, 631–638. Vandenberghe J. (2001): A typology of Pleistocene cold-based rivers. Quaternary International 79, 111–121. Vandenberghe J. (2008): The fluvial cycle at cold–warm–cold transition in lowland regions: A refinement of theory. Geomorphology 98, 275–284. Záruba Q. (1943): Podélný profil vltavskými terasami mezi Kamýkem a Veltrusy. Rozpravy České akademie věd, II. třída 52/1942, 9, 1–39.