Речные системы представляли собой сплетенные русла или блуждающие реки — непротяженные мелководные потоки с многочисленными барами — осередками, протянувшимися вдоль русел, которые разделялись на множество часто «сплетавшихся» (сливавшихся) и расходившихся вновь рукавов. Сплетенные русловые системы возникали только там, где намечался заметный уклон поверхности, и постоянно мигрировали на больших площадях вдоль морского побережья, оставляя после себя нагромождения песчаных, гравийных и галечных линз, состоявших из слабо окатанных обломков. Немного похожие реки существуют сейчас в горной местности, где не развит растительный покров, но они не занимают обширные площади и достаточно долговременны благодаря подпитке атмосферными осадками, тающими ледниками и подземными водами. Основными источниками докембрийской речной воды служили вулканические поступления. И если отложения современных блуждающих рек представляют собой вытянутые вдоль русла тела, то ширина протерозойских речных наслоений, поскольку оформленных берегов у сплетенных русел не было, нередко превосходит длину и тем более глубину (в 20–1000 раз). Кроме того, в таких отложениях редко встречается косая слоистость, обычная в любых современных русловых осадках. Наносы ископаемой блуждающей реки (Сонья) возрастом 800 млн лет известны, например, в индийском Раджастхане, где площадь всей речной системы занимала не менее 1800 км2.
Ситуация с реками не сильно менялась вплоть до начала девонского периода (около 410 млн лет назад), когда у плаунов появились настоящие разветвленные корневидные выросты, отходившие вглубь почвы, чтобы дотянуться до влажных слоев. С такими приспособлениями уже можно было обосноваться на относительно безводных участках и cкрепить подвижный грунт, «прошив» его корневой системой. Если корни занимают 18–20 % пронизанного ими грунта, то прочность на разрыв этого естественного «армированного бетона» усиливается в тысячи (!) раз. (Кстати, открывший железобетон французский садовник Жозеф Монье подсмотрел структуру этого материала именно у растений.) Так у временных потоков начали оформляться стабильные берега, а вода вместо того, чтобы растекаться по всей доступной поверхности, стала прорабатывать русла, пока еще относительно широкие и кратковременные. Когда же к середине каменноугольного периода (330–315 млн лет назад) древовидные семенные растения с мощной корневой системой до нескольких метров глубиной сделали берега еще прочнее, сложилась протяженная и долговременная разветвленная речная сеть (рис. 26.1е).
В это время сработало еще одно растительное ноу-хау — сосудистая система, подводящая воду к многочисленным устьицам на огромных листовых пластинах. Если до внедрения сосудистых растений климат на суше был преимущественно сухой и ни геологические явления, ни прежние наземные сообщества изменить его не могли, то 380–360 млн лет назад атмосферный углекислый газ и водяной пар стали прокачиваться через органы растений, причем по нескольку раз в год. Это явление называется эвапотранспирацией (от лат. evaporo — испарять, tran- через и spiratio — дыхание). Да и как могло быть иначе, если давление всего в одной из нескольких миллиардов клеток большого дерева превышает давление в любой жидкостной системе, созданной человеком? Да что там человеком — давление в них нагнетается выше, чем на морских глубинах. Испаряясь через устьица, водяной пар повисал облаками, а ветры со взморья гнали их в глубь континентов, доселе не знавших дождей. Ныне почти половина годовых осадков, а в лесистой местности — 80–90 % (в целом около 6,2×107 м3 воды) возвращается в атмосферу через растения благодаря эвапотранспирации, а компьютерное симулирование показывает, что без этого процесса внутренние области континентов были бы намного суше и на 20 °C теплее в летнее время, что вело бы к опустыниванию. Эвапотранспирация также способствовала смягчению климата, поскольку водяной пар является одним из парниковых газов.
Суша становилась все более орошаемой. Вместо бурных потоков потекли величавые реки с усмиренным прибрежной растительностью течением и обширным водосборным бассейном. Однако деревья не только укрепляли берега: после сезонных половодий, смывавших существенные участки леса, в каменноугольных реках стали появляться завалы из древовидных плаунов, кордаитов, других деревьев, и вокруг завалов намывались валы и острова. Намывные острова и косы в свою очередь обрастали лесом и превращались в долговременные преграды. Создавая барьеры в виде крепких бортов и лесистых островов, растения заставили реки меандрировать — образовывать плавные излучины — и пробивать себе новые проходы, размывы и перехваты между соседними излучинами. Отложения таких рек выглядят как сложная система из косослоистых линз, состоящих из зерен различной размерности, от галечников до аргиллитов, доля которых особенно велика, с градационными циклами (зернистость пласта закономерно уменьшается от его подошвы к кровле), с промоинами, заполненными осадками другого состава (рис. 27.1). Появились насыщенные влагой, периодически затопляемые поймы с вытянувшимися вдоль них галерейными лесами. Время от времени размывы богатых органическим веществом пойменных отложений приводили к формированию черноводий — насыщенных растворенным и взвешенным органическим веществом вод, плавно стекавших в близлежащие моря. Когда взвесь оседала в спокойных приречных условиях, получался плодородный слой для роста еще более пышной растительности.
Моделирование эффекта влияния наземной растительности на формирование речной сети в лабораторных бассейнах показывает, что примерно так оно и было: быстро идущие в рост зеленые насаждения (в таких опытах используется скороспелая люцерна) превращают текучую мелкую сплетенную сеть в плавный глубокий меандрирующий поток менее чем за шесть суток. Причем растения становятся руководящей и направляющей силой уже к концу вторых суток. Дело в том, что для образования излучин скорость отступления размываемого, внешнего, борта должна уравновешиваться скоростью наступления противоположного намываемого, внутреннего. И если бы не растения, укрепляющие размываемую сторону, то русло просто бы расширялось, вновь и вновь превращаясь в «докембрийскую» сплетенную сеть, независимо от слагающих берег отложений (глина, песок или галька). Побочным результатом образования самоподдерживающегося меандрирующего русла является появление в нем намывных участков — островов и речных кос. Перенос результатов эксперимента, с учетом масштабирования, на реальную местность предполагает формирование излучин у реки шириной 40 м и глубиной 1,5 м за период от пяти до семи лет.
Да и седиментологические свидетельства весьма красноречивы, что показывает изучение 178 кембрийско-девонских ископаемых рек: остатки корневой системы становятся обычными с уровня 410 млн лет, промышленные залежи каменного угля (признак существования лесов) — с 390 млн лет, лесных завалов — с 330 млн лет; конечно, преобразуются и речные (аллювиальные) отложения — возрастает доля пойменных илов и глин (отчасти являвшихся результатом длительного переноса частиц, отчасти — биохимического разложения минералов) и тонкозернистых песчаников, тогда как грубозернистых и особенно аркозовых песчаников (с плохо окатанными песчинками) становится меньше. Одна из причин снижения доли богатых калием аркозов как раз заключается в том, что растения и грибы в буквальном смысле целенаправленно изымают этот элемент из калиевого полевого шпата, разрушая минерал. Возрастает и мощность речных отложений, которые принимают вид линзовидных нагромождений, поскольку накапливаются значительное время (рис. 27.1). Это и означает, что реки жили дольше и текли дальше, превращая крупные угловатые песчинки в мелкие, хорошо окатанные зерна и илистые частицы и осаждая все это в виде мощных пластов.
