Modul 5: Các trình địa chất ngoại sinh Bài 3: Thủy 3.2.1 Hoạt động địa chất nước lục địa Nước từ khí rơi xuống mặt đất, dạng mưa tuyết, phần thấm sâu xuống đất, trở thành nguồn cung cấp chủ yếu cho loại nước ngầm, phần bị bốc quay trở lại khí quyển, phần thứ ba chảy bề mặt Trái Đất theo mạng sông suối Nước chảy bề mặt đất có ba hoạt động địa chất rõ rệt xói mịn đất đá đường chảy, vận chuyển vật liệu xói mịn sau tích tụ vật liệu vùng trũng a Hoạt động xói mịn vận chuyển Khi trời mưa, nước chảy mặt đất từ chỗ cao xuống chỗ thấp, theo nhiều thứ nên thường đục ngàu Thơng thường nước mưa xói mịn lơi theo hạt đất nhỏ; nước mưa chảy thành dòng, thường mang màu sắc hạt đất mà theo Mưa lớn dịng nước chảy mặt đất nhanh khả xói mịn đất lớn Tốc độ dịng nước chảy khả xói mịn đất phụ thuộc vào độ dốc bề mặt nơi dòng nước chảy qua chỗ dốc thoải, dòng nước chảy chậm, đào rãnh nơng khả xói mịn hạn chế, độ vẩn đục nước không lớn Những chỗ dốc nước chảy nhanh, đào khoét mặt đất sâu lôi nhiều hạt đất vụn hơn; hạt vụn có kích thước lớn nước thường đục Hoạt động dịng nước mưa chảy mặt đất có hai tác dụng chủ yếu xói mịn vận chuyển hạt vụn xói mịn sinh Sự tích tụ vật liệu Từ dòng chảy nhỏ thế, nước tập trung thành dòng chảy ngày lớn hơn, thành khe rãnh, mương xói, thành ngịi, thành suối, thành sông con, sông trước đổ vào hồ lớn hay biển Như vậy, hồ biển nơi thu nhận vật liệu sơng ngịi chuyển tới Ngoài vật liệu thể rắn phù sa, cịn có nhiều chất hồ tan nước Những vật liệu lắng đọng bề mặt đáy Q trình tích tụ vật liệu tác dụng thứ ba dòng nước chảy mặt đất b Sự hình thành hoạt động địa chất mương xói Bề mặt Trái Đất khơng phẳng, chỗ cao chỗ thấp nhấp nhơ Đó điều kiện để hình thành dòng chảy mặt đất trời đổ mưa tuyết tan Nước chảy từ chỗ cao xuống chỗ thấp, dồn thành dòng, đào khoét đất đá nơi chúng chảy qua để tạo thành khe rãnh mặt đất Trên sườn đồi, hai bên thung lũng sông, dọc bờ biển v.v , chỗ đất đá mềm khơng có cối che phủ, có sau vài mùa mưa từ khe rãnh ban đầu hình thành mương xói Q trình hình thành phát triển mương xói trải qua số giai đoạn sau (H 1) Giai đoạn đầu, dòng nước xuất sườn dốc mưa, tạo thành khe rãnh nông (khoảng 0,5 m) Lúc mặt cắt dọc mương xói phụ thuộc vào địa hình sườn dốc ban đầu Giai đoạn tiếp theo, khe rãnh kể hội lưu chỗ trũng, tạo nên rạch nước lớn hơn, bắt đầu đào khoét sườn dốc cách mãnh liệt trời mưa to Sau mưa Hình Sơ đồ biểu thị trình phát triển mương xói A1, B1- Hình vẽ phối lớn, rạch nước trở thành sâu hơn, rộng cảnh A2, B2- Bình đồ với đường đồng tiến dần phía đỉnh sườn dốc mức cao tính mét (Gorchkov Yakomchova, 1976) tạo thành thác đầu nguồn Trong giai đoạn mặt cắt dọc mương xói khác biệt với sườn dốc nơi qua Phần cửa mương có thác, nhơ cao gốc xói mịn (là nơi nước mương xói đổ vào mưa) Giai đoạn thứ ba mương xói tiếp tục phá huỷ bờ sức cản đất đá bờ lòng mương cân với động dòng nước chảy mương, cửa mương xói đạt tới gốc xói mịn Khi mặt cắt dọc theo mương Hình Đường cong mặt cắt cân đạt cân bằng, gọi mặt cắt cân dọc mương xói dọc Đường cong tiệm cận với mặt phẳng đứng đầu nguồn với mặt phẳng ngang cuối nguồn (H 2) Mương xói mở rộng lịng, đá hai bên sườn tiếp tục bị bóc mịn, mương xói bắt đầu tắt dần Thác đầu nguồn giảm dốc, mương xói đạt độ dài tối đa, xói mịn sâu giảm Độ dốc hai bên sườn mương xói đạt tới góc cân tự nhiên, có cối che phủ, có lắng đọng trầm tích đáy mương Mương xói thường có nước chảy mưa; đáy mương xói đạt tới mực nước ngầm lịng mương có nước chảy thường xun, mương xói biến thành suối Mương xói phá huỷ đất đá xảy theo qui luật từ chỗ thấp đến chỗ cao, tức phá huỷ dật lùi phía đỉnh dốc đạt mặt cắt cân dọc Nơi thấp mương xói, tức nơi khởi đầu xói mịn, gọi gốc xói mịn Trong trình phát triển tiếp theo, mương A xói kéo dài ra, trở thành khe cạn Đáy khe cạn chưa đạt mực nước ngầm, nên khe khơng thường xun có nước Khác với mương xói, khe cạn có rạch nước chảy tạm thời (H 3) B Nhìn bình đồ thấy dịng tạm thời gồm ba phần: 1) Bồn thu Hình Giản đồ dòng tạm thời nước bao gồm nhiều nhánh mương giai đoạn phát triển mạnh mẽ nơi hoạt A- Mặt cắt dọc, B- Bình đồ 1- Bồn thu động xói mịn thể mạnh nhất; 2) Rạch nước, 2- Rạch nước chảy, 3- Nón phóng vật (Gorchkov & Yakouchova, 1967) chảy nơi có dịng nước chảy lượng mưa đủ lớn phận đảm nhận việc chuyên chở vật liệu bồn thu nước phá huỷ bờ mà có; 3) Cửa dịng tạm thời nơi tíc h tụ vật liệu vụn rạch chảy mang tới, thường có dạng nón nên cịn có tên nón phóng vật Trong nón phóng vật vật trầm tích phân bố theo độ hạt, hạt lớn đọng lại gần gốc xói mịn, hạt nhỏ vận chuyển xa Trầm tích nón phóng vật có tên lũ tích (proluvi) Tác dụng phá huỷ mương xói lớn, đặc biệt nơi đất trống, đồi trọc; nơi lượng đất đá bị dịng nước mặt trơi lớn tới 60 lần so với nơi có thảm thực vật che phủ Để tránh thiệt hại to lớn xói mịn đất đai, biện pháp hữu hiệu bảo vệ rừng, rừng đầu nguồn; tích cực trồng cây, phủ xanh đất trống đồi trọc Có giữ gìn đất đề phịng lụt lội mùa mưa, giữ nước cho mùa kiệt, lượng nước mưa đáng kể hệ rễ giữ lại A B thấm xuống đất thành nước ngầm nguồn dự trữ bổ sung nước cho F E C sông suối, mùa khơ cạn c Mạng sơng suối Mương xói phơi thai sơng suối; từ mương xói có nước D Hình Mặt cắt ngang sơng F- Vị trí có dịng chảy mạnh (Sarughin, 1962) chảy mưa, hình thành hệ thống mương xói dịng tạm thời cạn kiệt vào mùa khô, đầy nước vào mùa mưa hay mùa tuyết tan Quá trình phát triển dẫn tới hình thành hệ thống sông suối mặt đất Hoạt động phá huỷ, vận chuyển trầm tích mương xói diễn hệ thống sơng suối quy mô lớn nhiều Sông nuôi dưỡng nhiều nguồn khác nước rơi xuống từ khí (mưa, tuyết), nước băng, tuyết tan, nước ngầm; có sơng bắt nguồn từ hồ nước Thoạt nhìn tưởng chừng nước sơng chảy với tốc độ đều, song Nghiên cứu mặt cắt ngang qua sông (gọi mặt cắt sinh hoạt sông), người ta thấy tốc độ dịng nước khơng giống điểm khác (H 4) Nơi có tốc độ dịng chảy lớn phần nằm chỗ sâu lòng sông, thấp mặt nước sông chút (điểm F) Càng gần đáy, tốc độ dòng nước nhỏ, nhiên mặt đáy sâu tốc độ lớn (A-B), nơi đáy nơng, tốc độ dịng nước nhỏ (C-D) Ngồi tốc độ dịng nước cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Động dòng nước chảy qua tiết diện biểu thị W  mv2 , m khối lượng nước chảy qua tiết diện đó, v tốc cơng thức độ trung bình dịng nước Qua ta thấy rõ, động dịng sơng vị trí phụ thuộc nhiều vào tốc độ dòng nước, thứ đến lưu lượng nước qua vị trí Tốc độ dịng chảy đoạn sông phụ thuộc vào độ nghiêng đáy sơng Đoạn sơng có đáy dốc tốc độ dịng nước lớn Lưu lượng nước sơng phụ thuộc vào lượng nước mà sông thu nhận được, điều lại phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện khí hậu nơi dịng sơng chảy qua Sức chuyển tải vật liệu vụn dòng nước lớn động lớn Như khả vận chuyển dịng nước cao đoạn sơng có độ dốc lớn, đặc biệt vào mùa mưa Trong giai đoạn này, nước sơng theo nhiều loại hạt vụn có kích thước khác Người ta tính tốn kích thước cực đại hạt vụn mà dòng nước với động định đi, kích thước cực tiểu hạt vụn mà dịng nước khơng thể vận chuyển mà để lắng đọng lại Sau mùa mưa lũ, động dòng nước giảm đáng kể, cuội sỏi vật liệu khác tạm thời bị tích tụ số vị trí để tới mùa lũ lại tiếp tục hành trình xi dịng - Các thời kỳ phát triển sơng Mỗi sơng có xu hướng tạo cho mặt cắt cân dọc Quá trình phát triển chúng thường trải qua số thời kỳ 1) Thời kỳ trẻ Trong thời kỳ mặt cắt cân dọc sơng chưa hồn thành Lịng sơng gồm đoạn dốc thoải xen kẽ Nơi lịng sơng có độ dốc lớn thường xuất ghềnh, thác, nước đổ chảy xiết, chỗ lịng sơng A B C M D E F K L thoải tốc độ dòng nước giảm rõ Hình Mặt cắt dọc đáy sông Khi sông trẻ: (A, B, C, D, E, F, K) Khi trưởng thành: (AML) rệt Tác dụng xói mịn, đào sâu lịng (Sarughin, 1962) sơng tiếp diễn, đặc biệt chỗ có độ dốc lớn Kết vị trí thác lui dần phía thượng nguồn, mặt cắt cân dọc đoạn sơng hình thành (H 5) Thung lũng sơng có dạng chữ V dạng khe hẻm Q trình xói mịn sâu cịn xảy tồn sông chưa tạo mặt cắt cân dọc 2) Thời kỳ trưởng thành Thời kỳ tương đối ngắn, mặt cắt cân dọc sơng hồn thành Tốc độ dịng nước giảm cách có quy luật từ thượng lưu đến cửa sông, phù hợp với quy luật giảm dần độ dốc lịng sơng Trong thời kỳ phần trung lưu sơng chấm dứt tác dụng xói mịn sâu Tác dụng tiếp diễn phần thượng lưu sơng có xu hướng vươn dài phía thượng nguồn Phần trung lưu đảm nhiệm việc chuyển tải vật liệu vụn chính, cịn phần hạ lưu - tích đọng vật liệu vụn (H 5) 3) Thời kỳ già Trong thời kỳ tác dụng xói mịn sâu cịn thể phần thượng lưu, trung hạ lưu tác dụng xói mịn bờ (xói mịn bên) xảy mạnh mẽ, thung lũng sơng có dạng chữ U trở nên rộng Các khúc uốn hình thành tượng trầm tích trở thành phổ biến Nhờ khúc uốn mà dịng sơng kéo dài, tốc độ dòng nước giảm nhiều, phần hạ lưu Chúng ta xem xét hình thành khúc uốn dịng sơng (H 6) Do ảnh hưởng nhiều yếu tố địa hình ban đầu, cấu tạo địa chất, thành phần đất đá nơi dịng sơng qua, nên sơng thường có độ cong Hình Sơ đồ thành tạo khúc uốn sơng định Đoạn sơng hình nước chảy từ tây sang đơng, với a - Bình đồ; b - Mặt cắt ngang thung lũng sông tốc độ lớn dọc theo RM: Mực nước sông vào mùa lũ, P-O: Mực nước hướng AB, BC, CD, DE Tại sơng mùa khơ - Trầm tích thung lũng sơng (bồi tích); - Đá gốc (Sarugin,1962) điểm B, C, D bờ sông chịu sức va đập dòng nước vật liệu vụn dòng nước chuyển tải, bờ sông chỗ bị xói mịn lở dần mảng, trở thành dốc đứng lui dần Ngược lại, phía bờ đối diện, tốc độ dòng nước nhỏ, động dịng khơng đủ để chuyển tải hết vật liệu vụn nên chúng tích đọng lại Những bãi ngầm bao gồm cuội, sỏi, cát, bùn hình thành, gọi bồi tích (alluvi), ngày lớn nhơ cao mặt nước vào mùa nước cạn, bãi bồi Bề mặt bãi bồi thường nghiêng phía dịng sơng bị ngập nước vào mùa mưa lũ Cát sỏi bãi bồi thường có thớ lớp xiên, chứa vỏ động vật Chân bụng, Chân rìu di tích thực vật Bồi tích tầng chứa nước tốt, nhờ mà sông cung cấp nước vào mùa khô hạn.Do nước chảy qua bãi bồi thường bị cản chậm lại nhiều so với nước chảy dịng sơng nên vật liệu mịn tích tụ lại Đất bãi bồi (đất phù sa) thường màu mỡ, có cỏ mọc xanh tốt, đất canh tác giá trị nông dân Câu "con sông bên lở bên bồi" phản ánh thực trạng bồi lở hai bên bờ sông Bằng cách đó, sau thời gian, từ đoạn sông cong ban đầu xuất khúc uốn thực thụ (đường ngắt quãng hình 6) Các khúc uốn không chuyển dịch hai bên sơng mà cịn chuyển dịch phía theo dịng nước Các chỗ bờ sơng nhơ ban đầu bị cắt xén, nhường chỗ cho thung lũng sơng rộng sâu, khúc uốn Hình Sơ đồ phát triển khúc uốn sơng (A) hình thành hồ sót (B) a- Pha uốn khúc đầu tiên, bTuần tự pha tiếp sau, HS- Hồ sót (Theo E Haug) dịng sơng ngày phình rộng (H 7A) Vào mùa nước lên thung lũng sơng ngập nước, có thời kỳ nước dâng rút gần hết, nước sơng xẻ lạch qua lớp bồi tích cịn chưa cố kết chặt chẽ để chảy thẳng từ khúc sông sang khúc sông khác Dần dần lạch nước trở thành dịng chảy sơng, lối vào khúc uốn bị lấp kín Khi khúc uốn bắt đầu bị tách biệt với dịng sơng, nước trở thành tù hãm Đó hồ sót, cịn gọi hồ móng ngựa hay hồ hình cung hình dạng ban đầu chúng (H 7B) Về sau, hồ kể biến dạng nhiều nguyên nhân, khơng khó nhận nguồn gốc "sót" chúng Hồ Bán Nguyệt thị xã Hưng Yên, hồ Tây Hà Nội hồ sót sơng Hồng - Chu kỳ xói mịn, hình thành thềm sơng Khi đạt mặt cắt cân dọc, sơng hồn thành chu kỳ xói mịn Sau bước vào thời kỳ già với hình thành khúc uốn bãi bồi Tuy nhiên, chuyển động vỏ Trái Đất làm cho mặt cân bị phá huỷ, mà trình phá vỡ mặt cắt cân dọc nguyên nhân khiến cho sông trẻ lại Một chu kỳ xói mịn khác lại bắt đầu, sơng lại đào sâu lòng vận chuyển vật liệu vụn xi dịng Ngun nhân khiến sơng trẻ lại gốc xói mịn hạ thấp, có thay đổi khí hậu khiến lượng mưa tăng lên vùng sơng chảy qua, lưu vực sơng có vùng nâng cao v.v Tuỳ thuộc vào nguyên nhân Hình Mặt cắt ngang qua thung lũng với thềm sơng A Dịng sơng B - Đồng ngập nước vào mùa mưa lũ I - Thềm bậc một; II - Thềm bậc hai cụ thể mà sông trẻ lại theo (Gorchkov & Yakuchova, 1967) cách khác nhau, trẻ lại tồn phần, có trẻ lại phận Một chu kỳ xói mịn khởi đầu tăng cường xói mịn sâu từ cửa sơng hay từ khúc theo hướng ngược nguồn Cuối cùng, mặt cắt cân dọc chu kỳ xói mịn sau thiết lập, sơng lại bước vào thời kỳ già với khúc uốn bãi bồi Các bãi bồi chu kỳ trước trở thành khô cạn kể mùa mưa lũ, có vị trí cao so với bãi bồi gọi thềm sông Như vậy, sơng trải qua nhiều chu kỳ xói mịn có nhiều thềm sơng, bậc thềm cao có tuổi cổ Thềm sơng bãi bồi gọi thềm bậc một, lên cao thềm bậc hai, bậc ba v.v thường ký hiệu chữ số La Mã (H 8) Lớp bồi tích mặt bậc thềm cổ nhiều trường hợp bị bóc mịn hết, làm lộ lớp đá gốc bên Loại thềm gọi thềm bóc mịn để phân biệt với thềm tích tụ loại thềm giữ lại lớp phù sa cổ Việc nghiên cứu thềm sông cho phép lập mặt cắt cân dọc sơng vào chu kỳ xói mịn khác nhau, qua tìm hiểu ngun nhân dẫn đến trẻ lại sông chu kỳ Thường trầm tích thềm có chứa khoáng sản (sa khoáng) nên việc nghiên cứu thềm sơng có ý nghĩa thực tiễn lớn - Miền cửa sông Các sông thường đổ vào biển hay hồ nước lớn Miền cửa sông, nơi sông hội nhập với biển hồ đa dạng, song quy hai loại cửa sơng dạng châu tam giác (delta) cửa sông dạng phễu (estuary) Châu tam giác là miền đất thường có dạng tam giác sông lấn biển phù sa Miền đất đồng châu thổ nghiêng phía biển bị nhánh sơng xẻ lối chảy qua Đồng Bắc Bộ, đồng Nam Bộ châu tam giác sơng Hồng sơng Cửu Long (Mê Cơng) Tồn diện tích châu tam giác trước bị biển bao phủ Các vật liệu bồi tích vận chuyển đến tận cửa sông Tại đây, chúng lắng đọng tạo thành lớp nghiêng phía biển, song song với mặt đáy khu vực ven bờ Nếu lượng phù sa sông đưa biển nhiều chênh lệch độ mặn nước sơng nước biển lớn q trình hình thành châu tam giác nhanh Bãi bồi tích lớn dần, tiến phía biển, đến mức độ lại trở ngại cho việc nước phù sa sơng Khi sơng đào lịng để nước, mà vùng châu tam giác hình thành thường có tượng sơng đổi dịng chia thành nhiều nhánh trước đổ vào biển (H A) Trên đồng Nam Bộ trước chín nhánh sơng (Cửu Long) thuộc phần cuối sông Mê Công cắt qua chia khu vực thành "hòn đảo" riêng rẽ Vào mùa nước lớn đồng cửa sông thường bị ngập, nước rút để lại lớp phù sa màu mỡ bề mặt Các lớp nằm ngang thoải so với lớp bồi tích hình thành vào giai đoạn trước (H A) Trong kỳ lũ lớn sơng đổi dòng, đào hẳn nhánh để dồn nước biển Trong mùa lũ năm 1852 sơng Hồng Hà (Trung Quốc) vốn chảy biển phía nam bán đảo Sơn Đơng, chuyển hẳn dịng lên phía bắc bán đảo này, cách cửa sông cũ 480 km, quét qua đồng Hoa Bắc khiến cho triệu người thiệt mạng Đến năm 1887 lại đổi dịng lần làm triệu người chết A Châu tam giác nơi có tương tác giưã sơng biển, thường đồng thấp, lầy lội Trong trầm tích châu tam giác người ta gặp di tích động vật, thực vật nước lẫn nước mặn, có di tích xương động vật có xương sống Trong phạm vi châu tam giác sơng thường uốn khúc quanh co, có nhiều hồ móng ngựa, nhiều đầm lầy, cù lao sơng bãi ngầm Bản thân châu tam giác có phần ngầm biển mà theo thời gian B Hình Sơ đồ biểu thị hai dạng miền cửa sông chủ yếu A: Miền cửa sông dạng châu tam giác B: Miền cửa sông dạng phễu (Mũi tên hướng dịng sơng đổ biển) (Gorchkov & Yakuchova, 1967) nhô lên khỏi mặt nước tiếp tục phù sa bồi đắp; cách châu tam giác tiến dần biển Châu tam giác sông Hồng năm lấn biển khoảng 100 m Năm 1883 thị trấn Phát Diệm cảng sát biển, sâu đất liền tới gần 15 km Cửa sơng dạng phễu có dạng vịnh dài, hẹp, ăn sâu vào phía đất liền (H B) Vịnh hình thành sụt lún chung miền cửa sông, khiến cho phần thung lũng sông miền hạ lưu bị biển lấn vào Chính đáy cửa sông dạng phễu thường gặp vết tích bậc thềm sơng Sự sụt lún miền cửa sông nguyên nhân khiến cho sông trẻ lại phần sơng q trình xói mịn sâu tăng cường, cung cấp lượng phù sa đáng kể Những vật liệu đưa tới trầm đọng trước hết cửa tam giác, phần vận chuyển tiếp tới biển Đáy cửa sông dạng phễu bị lấp đầy dần trình sụt lún chấm dứt Trong cửa tam giác hình thành bãi ngầm cù lao cửa sông Tác dụng đồng thời dòng vật liệu đưa từ cửa tam giác Hình 10 Sơ đồ hình thành vịnh cửa sơng dịng biển gần bờ hình thành (mũi tên hướng dịng chảy) lươn cát, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thành tạo vịnh cửa sơng (H 10) Khi cửa sông dạng phễu biển bị "đê ngầm" ngăn cách, nước phía vịnh cửa sơng thường có độ mặn thấp nhiều so với nước biển phía ngồi Do vậy, nhiều sinh vật biển vượt qua lươn đất vào vịnh, khơng thích nghi với độ mặn thấp bị chết hàng loạt bị chơn vùi tầng trầm tích đáy vịnh Sau diễn q trình phân giải xác chết điều kiện thiếu oxy đáy vịnh, khiến cho nước vịnh trở thành môi trường ô nhiễm vịnh trở thành bẫy tiêu diệt ngày nhiều sinh vật sa vào Đó điều kiện để tạo thành bùn sapropel; từ loại bùn sau thành tạo tầng đá phiến cháy đá phiến bitum Các cửa sông dạng phễu tồn chừng điều kiện thành tạo chúng chưa bị biến Nhìn chung, cửa sơng dạng phễu lớn người ta thấy lượng phù sa sông không nhiều, miền cửa sông tiếp tục bị sụt lún, vùng biển cửa sông sâu vật liệu vụn sơng đưa thường bị dịng biển ven bờ xa Cửa sông dạng phễu điển hình thấy sơng Amazon, Xen, Elbe, Obi, Ienitxei Miền 10 cửa sông Bạch Đằng nước ta mang nhiều tính chất cửa sông dạng phễu 11 ... mạnh mẽ nơi hoạt A- Mặt cắt dọc, B- Bình đồ 1- Bồn thu động xói mịn thể mạnh nhất; 2) Rạch nước, 2- Rạch nước chảy, 3- Nón phóng vật (Gorchkov & Yakouchova, 1967) chảy nơi có dịng nước chảy lượng... sơng bắt nguồn từ hồ nước Thoạt nhìn tưởng chừng nước sơng chảy với tốc độ đều, song Nghiên cứu mặt cắt ngang qua sông (gọi mặt cắt sinh hoạt sơng), người ta thấy tốc độ dịng nước không giống điểm... tầng chứa nước tốt, nhờ mà sông cung cấp nước vào mùa khô hạn.Do nước chảy qua bãi bồi thường bị cản chậm lại nhiều so với nước chảy dịng sơng nên vật liệu mịn tích tụ lại Đất bãi bồi (đất phù