Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Селевой канал с отложениями, оставшимися после штормов 2010 года в Ладакхе , северо-западные индийские Гималаи. Борта канала образуют грубые валунные дамбы. На дне канала лежат плохо отсортированные породы.
Селевой поток в Сен-Жюльен-Мон-Дени , Франция , июль 2013 г.
Шрамы, образовавшиеся в результате селей в Вентуре, большой Лос-Анджелес, зимой 1983 года. Фотография была сделана в течение нескольких месяцев после селей. [1]

Селевые потоки - это геологическое явление, при котором насыщенные водой массы почвы и фрагменты горных пород устремляются вниз по склонам гор, вливаются в русла ручьев , увлекают объекты на своем пути и образуют толстые илистые отложения на дне долин. Обычно они имеют объемную плотность, сравнимую с плотностью каменных лавин и других типов оползней (примерно 2000 кг на кубический метр), но из-за широко распространенного разжижения отложений, вызванного высоким давлением поровой жидкости , они могут течь почти так же плавно, как вода. [2]Селевые потоки, спускающиеся по крутым каналам, обычно достигают скорости, превышающей 10 м / с (36 км / ч), хотя некоторые крупные потоки могут достигать гораздо большей скорости. Селевые потоки объемом до 100 000 кубических метров часто возникают в горных регионах по всему миру. Объемы крупнейших доисторических потоков превышали 1 миллиард кубических метров (то есть 1 кубический километр). Из-за высокой концентрации наносов и их подвижности селевые потоки могут быть очень разрушительными.

Известные стихийные бедствия двадцатого века, связанные с селевыми потоками, привели к гибели более 20 000 человек в Армеро , Колумбия, в 1985 году и десятков тысяч человек в штате Варгас , Венесуэла, в 1999 году.

Особенности и поведение [ править ]

Селевые потоки имеют объемную концентрацию наносов, превышающую примерно от 40 до 50%, а остальная часть объема потока состоит из воды. По определению, «мусор» включает зерна отложений различной формы и размера, обычно от микроскопических частиц глины до огромных валунов . В сообщениях средств массовой информации часто используется термин « селевой поток» для описания селевых потоков, но настоящие селевые потоки состоят в основном из зерен меньшего размера, чем песок . На земной поверхности сели встречаются гораздо реже, чем селевые потоки. Однако подводные сели распространены на окраинах подводных континентов , где они могут вызывать мутные течения.. Селевые потоки в лесных районах могут содержать большое количество древесного мусора, такого как бревна и пни. Водные паводки с высоким содержанием наносов с концентрацией твердых веществ в диапазоне от 10 до 40% ведут себя несколько иначе, чем селевые потоки, и известны как гиперконцентрированные наводнения. [3] Нормальные водотоки содержат еще более низкие концентрации наносов.

Селевые потоки могут быть вызваны интенсивными дождями или таянием снегов, прорывом плотин или наводнениями, вызванными прорывом ледников, или оползнями, которые могут быть связаны или не быть связаны с сильными дождями или землетрясениями. Во всех случаях главные условия, необходимые для инициирования селевого потока, включают наличие склонов крутизной более 25 градусов.наличие обильного рыхлого осадка, почвы или выветрившейся породы и достаточного количества воды, чтобы привести этот рыхлый материал в состояние почти полного насыщения (с заполнением всего порового пространства). Как показывает опыт южной Калифорнии, селевые потоки могут быть более частыми после лесных и кустарниковых пожаров. Они представляют значительную опасность во многих крутых горных районах и привлекают особое внимание в Японии, Китае, Тайване, США, Канаде, Новой Зеландии, на Филиппинах, в Европейских Альпах, России и Казахстане. В Японии большой селевой поток или оползень называют ямацунами (山 津 波), буквально горное цунами .

Отложения древних селевых потоков на перевале Рестинг-Спрингс, Калифорния

Селевые потоки ускоряются под действием силы тяжести и имеют тенденцию следовать по крутым горным каналам, которые выходят на аллювиальные конусы или поймы . Передняя часть, или «голова» нагона селей, часто содержит большое количество грубого материала, такого как валуны и бревна, которые создают большое трение . За головкой потока с высоким коэффициентом трения следует тело потока с низким коэффициентом трения, в основном сжиженное тело потока, которое содержит более высокий процент песка , ила.и глина. Эти мелкие отложения помогают удерживать высокое давление поровой жидкости, что увеличивает подвижность селей. В некоторых случаях за телом потока следует более водянистый хвост, который переходит в сверхконцентрированный поток. Селевые потоки имеют тенденцию перемещаться сериями импульсов или дискретных всплесков, при этом каждый импульс или всплеск имеет отличительную головку, тело и хвост.

Сел в Ладакхе, вызванный штормом в 2010 году. Плохая сортировка и дамб. На заднем плане виден крутой водосбор.

Селевые отложения легко распознаются в поле. Они составляют значительную часть многих конусов выноса наносов и конусов обломков на крутых склонах гор. Полностью обнаженные отложения обычно имеют лопастную форму с обильными валунами мордами, а боковые границы отложений и троп селей обычно отмечены наличием обильных валунов боковых дамб . Эти естественные дамбы образуются, когда относительно подвижные, жидкие, мелкозернистые обломки в теле обломков отталкиваются от крупных обломков с высоким коэффициентом трения, которые собираются в головках отводов мусора в результате сегрегации по размеру зерен (знакомое явление в механике гранул). Боковые дамбы могут ограничивать пути последующих селей, а наличие более старых дамб позволяет получить некоторое представление о величине предыдущих селевых потоков в конкретной области. Посредством датировки деревьев, растущих на таких отложениях, можно приблизительно оценить частоту разрушительных селевых потоков. Это важная информация для освоения земель в районах, где часто встречаются селевые потоки. Древние селевые отложения, обнаженные только в обнажениях , труднее распознать, но обычно для них характерно наложение зерен с сильно различающимися формами и размерами. Эта плохая сортировка зерен наносов отличает сельные отложения от большинства отложений, отложенных водой.

Типы [ править ]

Другим геологическим потокам, которые можно охарактеризовать как селевые потоки, обычно дают более конкретные названия. К ним относятся:

Лахар [ править ]

Основная статья: лахар

А лахар - это селевой поток, каким-то образом связанный с вулканической активностью , либо непосредственно в результате извержения, либо косвенно в результате обрушения рыхлого материала на склонах вулкана. Спровоцировать лахар могут различные явления, включая таяние ледникового льда, интенсивные осадки рыхлого пирокластического материала или прорыв озера, которое ранее было перекрыто пирокластическими или ледниковыми отложениями. Слово лахар имеет индонезийское происхождение, но в настоящее время оно обычно используется геологами во всем мире для описания потоков вулканогенных селей. Почти все крупнейшие и самые разрушительные селевые потоки на Земле - это лахары, которые берут начало на вулканах. Примером может служить лахар, затопивший город Армеро в Колумбии.

Jökulhlaup [ править ]

Основная статья: Йёкулхлауп

Йоукюльхлёйп является ледяной вспышкой наводнения. Йокульхлауп - это исландское слово, и в Исландии многие ледниковые прорывы вызваны извержениями подледниковых вулканов. (Исландия расположена на вершине Срединно-Атлантического хребта, который образован цепью в основном подводных вулканов). В других местах более частой причиной йёкулхлаупов является прорыв озер, заваленных льдом или мореной . Такие события прорыва часто вызываются внезапным отколом ледникового льда в озеро, которое затем вызывает волну смещения, прорывающую морену или ледяную плотину. Внизу от точки прорыва, jökulhlaup может значительно увеличиться в размере за счет уносарыхлого осадка из долины, по которой он движется. Обильный унос может привести к тому, что наводнение превратится в селевой поток. Расстояния проезда могут превышать 100 км.

Теории и модели селевых потоков [ править ]

Для моделирования свойств, кинематики и динамики селей использовалось множество различных подходов . Некоторые из них перечислены здесь.

  • Реологические модели, применяемые к селевым потокам, рассматривают селевые потоки как однофазные однородные материалы (примеры включают: Бингхэмовский , вязкопластический , дилатантный флюид типа Бэгнольда , тиксотропный и т. Д.)
  • Волна прорыва плотины, например, Hunt, [4] Chanson et al. [5]
  • Катящаяся волна, например, Такахаши, [6] Дэвис [7]
  • Прогрессивная волна [8]
  • Разновидность переводящей каменной дамбы [9]

Двухфазный [ править ]

Теория смешения , первоначально предложенная Айверсоном [2], а затем принятая и модифицированная другими, рассматривает потоки селей как двухфазные смеси твердое тело-жидкость.

В реальных двухфазных (обломочных) массовых потоках существует сильная связь между твердым телом и передачей импульса жидкости , когда нормальное напряжение твердого тела уменьшается за счет плавучести , что, в свою очередь, уменьшает сопротивление трения , увеличивает градиент давления и снижает перетащите твердый компонент. Плавучесть является важным аспектом двухфазного обломочного потока, поскольку она увеличивает подвижность потока (увеличенные расстояния перемещения) за счет снижения сопротивления трения в смеси . Плавучесть присутствует, пока в смеси есть жидкость. [10]Это уменьшает твердое нормальное напряжение, твердые боковые нормальные напряжения, а также базальное напряжение сдвига (таким образом, сопротивление трения) на коэффициенте ( ), где плотность соотношение между жидкостью и твердыми фазами. Эффект существенный, когда отношение плотностей ( ) велико (например, в естественном селевом потоке).

Если поток имеет нейтральную плавучесть, то есть (см., Например, Bagnold, [11] 1954), масса обломков псевдоожижается и перемещается на большие расстояния. Это может происходить в условиях высоковязких природных селевых потоков. [12] Для течений с нейтральной плавучестью кулоновское трение исчезает, боковой градиент давления твердого тела исчезает, коэффициент сопротивления равен нулю, а также исчезает эффект базового наклона твердой фазы. В этом предельном случае единственная остающаяся твёрдая сила обусловлена гравитацией и, следовательно, силой, связанной с плавучестью. В этих условиях гидродинамической поддержки частицза счет жидкости масса обломков полностью псевдоожижается (или смазывается ) и перемещается очень экономично, обеспечивая большие расстояния перемещения. По сравнению с плавучим потоком, нейтрально-плавучий поток ведет себя совершенно иначе. В последнем случае твердая и жидкая фазы движутся вместе, основная масса обломков псевдоожижается, передняя часть перемещается значительно дальше, хвост отстает, и общая высота потока также уменьшается. Когда поток не испытывает никакого эффекта плавучести. Тогда эффективное напряжение сдвига при трении для твердой фазы - это напряжение чистого гранулированного потока. В этом случае сила из-за градиента давления изменяется, сопротивление велико, и влияние виртуальной массы исчезает в импульсе твердого тела. Все это приводит к замедлению движения.

Алматы , Казахстан, после катастрофического селя в 1921 году. С тех пор был построен ряд сооружений, в том числе плотина Медеу , чтобы предотвратить попадание подобных потоков в город. [13]

Предотвращение повреждений [ править ]

Чтобы предотвратить попадание селей на имущество и людей, можно построить бассейн для мусора. Бассейны для мусора предназначены для защиты почвы и водных ресурсов или предотвращения повреждений в нижнем течении. Такие конструкции считаются крайней мерой, потому что они дороги в строительстве и требуют ежегодного обслуживания. [14] Кроме того, водосборные бассейны могут удерживать селевые потоки только из части ручьев, дренирующих гористую местность.

Перед штормом, который потенциально может вызвать зарождение селевых потоков, системы прогнозирования часто могут количественно оценить вероятность того, что селевой поток может произойти в водоразделе; [15], однако, по-прежнему сложно предсказать количество мобилизованных наносов и, следовательно, общий размер селевых потоков, которые могут образоваться при данном шторме, а также будут ли бассейны для мусора способными защитить сообщества, расположенные ниже по течению. Эти проблемы делают селевые потоки особенно опасными для жителей горных районов. [16]

В популярной культуре [ править ]

В 1989 году в рамках своей масштабной пьесы Дэвида Гордона «Соединенные Штаты Америки» , а затем, в 1999 году, в рамках « Автобиографии лжеца» хореограф Дэвид Гордон объединил музыку Гарри Партча и слова Джона Макфи из «Контроль над ситуацией». Природа , прочитанная Нормой Файер, в танце под названием «Поток мусора», «мучительном записанном на пленку повествовании о семейном испытании во время массового оползня в Лос-Анджелесе ...» [17]

См. Также [ править ]

  • Коллювий
  • Илльхорн , ниже которого находится Илльграбен, популярное туристическое место среди селевых потоков.
  • Реология

Ссылки [ править ]

Примечания [ править ]

  1. ^ DM Мортон, RM Альварес и RH Кэмпбелл. «ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ КАРТЫ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВЫ-ПОГРУЖЕНИЯ , ЮГО -ЗАПАДНАЯ КАЛИФОРНИЯ » (Отчет открытого файла от 03-17 USGS 2003)
  2. ^ a b «Айверсон, Р.М., 1997, Физика селевых потоков, Обзоры геофизики, 35 (3): 245–296» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 03.06.2013 . Проверено 18 октября 2013 .
  3. ^ Пирсон, Томас С. Различение между селевыми потоками и наводнениями по полевым свидетельствам в небольших водоразделах . Министерство внутренних дел США, Геологическая служба США, 2005 г.
  4. ^ Хант, Б. (1982). «Асимптотическое решение проблем прорыва плотины». Jl Hyd. Div., Proceedings, ASCE, Vol. 108, No. HY1, стр. 115–126.
  5. ^ Hubert Шансон , Себастьен JARNY & Philippe Coussot (2006). «Волна прорыва плотины тиксотропной жидкости» . Журнал гидротехники . 132 (3): 280–293. DOI : 10.1061 / (ASCE) 0733-9429 (2006) 132: 3 (280) .
  6. ↑ Takahashi, T., 1981. Селевой поток, Annu. Rev. Fluid Mech., 13, 57–77.
  7. ^ Дэвис, TRH 1986. Крупные селевые потоки: проблема макровязкости. Acta Mechanica, 63, 161–178.
  8. ^ Hungr, О. 2000. Анализ нагонов селей с использованием теории равномерно поступательного потока . Процессы земной поверхности и формы рельефа , 25, 483–495.
  9. ^ Coleman, PF, 1993. Новое объяснение явления нагона селевых потоков (аннотация), Eos Trans. АГУ, 74 (16), Весенняя встреча. Приложение, 154.
  10. ^ EB, Питман; Л. Ле (2005). «Двухжидкостная модель лавинно-селевых потоков». Философские труды Королевского общества А . 363 (1832): 1573–1602. Bibcode : 2005RSPTA.363.1573P . DOI : 10,1098 / rsta.2005.1596 . PMID 16011934 . S2CID 17779815 .  
  11. ^ RA Bagnold (1954). «Эксперименты по рассеиванию без гравитации больших твердых сфер в ньютоновской жидкости при сдвиге». Труды Королевского общества А . 225 (1160): 49–63. Bibcode : 1954RSPSA.225 ... 49В . DOI : 10.1098 / rspa.1954.0186 . S2CID 98030586 . 
  12. ^ BW, McArdell & P. Bartelt, J. Kowalski (2007). «Полевые наблюдения базальных сил и порового давления жидкости в селевом потоке» . Geophys. Res. Lett . 34 (7): L07406. Bibcode : 2007GeoRL..34.7406M . DOI : 10.1029 / 2006GL029183 .
  13. ^ Якоб, Матиас; Hungr, Oldrich (2005). Опасность селей и связанные с ними явления . Опасности, связанные с селевым потоком, и связанные с ними явления . Springer. С. 38–39. Bibcode : 2005dfhr.book ..... J . ISBN 3-540-20726-0.
  14. ^ "Мусорные бассейны" . Служба рыболовства и дикой природы США . Проверено 30 января 2013 года .
  15. ↑ Staley, DM, Negri, JA, Kean, JW, Laber, JL, Tillery, AC и Youberg, AM, 2017. Прогнозирование пространственно явных пороговых значений интенсивности и продолжительности дождя для образования селевых потоков после пожаров в западных Соединенных Штатах. Геоморфология, 278, с. 149-162.
  16. ↑ Kean, JW, Staley, DM, Lancaster, JT, Rengers, FK, Swanson, BJ, Coe, JA, Hernandez, JL, Sigman, AJ, Allstadt, KE и Lindsay, DN, 2019. Наводнение, динамика потока и ущерб в мероприятии по селей в Монтесито 9 января 2018 г., Калифорния, США: возможности и проблемы для оценки риска после лесных пожаров. Геосфера, 15 (4), с. 1140-1163.
  17. ^ Тобиас, Тоби. "Танец: горение флага", Нью-Йорк (20 ноября 1989 г.), стр.116; Джовитт, Дебора. «Беги вперед. Оглянись назад». Village Voice (21 декабря 1999 г.)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Макфи, Джон . Контроль природы . Нью-Йорк: Noonday Press (Фаррар, Штраус и Жиру, 1989 ISBN 0-374-12890-1 ) 

Внешние ссылки [ править ]

  • Станция наблюдения и исследования селей Дунчуань, Китай
  • Видеодокументация экспериментов на селевом лотке USGS, Орегон, США
  • Массовые движения. Раздел информационной платформы «Стихийные бедствия в Швейцарии» [ постоянная мертвая ссылка ]
  • Информация штата Вашингтон о селевых потоках и сопутствующие материалы
  • Ассоциация селей