Отложение (геология)

Карта Кейп-Код, на которой желтым цветом показаны подвергающиеся эрозии берега (скалистые участки), а синим цветом - берега, характеризующиеся морскими отложениями (барьеры). ^[1]

Осаждение - это геологический процесс, при котором осадки , почва и горные породы добавляются к рельефу или массиву суши . Ветер, лед, вода и гравитация переносят ранее выветрившийся поверхностный материал, который при потере достаточной кинетической энергии в жидкости осаждается, образуя слои отложений.

Отложение происходит, когда сил, ответственных за транспортировку наносов, больше не достаточно для преодоления сил тяжести и трения , создавая сопротивление движению; это известно как гипотеза нулевой точки. Осаждение также может относиться к накоплению осадка из органических веществ или химических процессов . Например, мел частично состоит из микроскопических скелетов карбоната кальция морского планктона , осаждение которого вызвало химические процессы ( диагенез ) с дальнейшим отложением карбоната кальция. Точно так же образование угляначинается с осаждения органического материала, в основном из растений, в анаэробных условиях.

Гипотеза нулевой точки [ править ]

Гипотеза нулевой точки объясняет, как осадок откладывается по профилю берега в соответствии с размером его зерен. Это происходит из-за влияния гидравлической энергии, приводящей к измельчению частиц осадка в сторону моря, или когда давление жидкости равняется силе тяжести для каждого размера зерна. ^[2] Концепция также может быть объяснена как «осадок определенного размера может перемещаться по профилю в положение, в котором он находится в равновесии с волной и потоками, действующими на это зерно осадка». ^[3] Этот механизм сортировки сочетает в себе влияние гравитационной силы нисходящего профиля профиля и сил, обусловленных асимметрией потока; положение, при котором отсутствует чистый перенос, известно как нулевая точка и было впервые предложено Корнаглией в 1889 году ^[3]. Рисунок 1 иллюстрирует эту взаимосвязь между размером зерна осадка и глубиной морской среды.

Рисунок 1. Иллюстрирует распределение размеров отложений по профилю береговой линии, где более мелкие отложения переносятся из высокоэнергетической среды и оседают из взвеси или откладываются в более спокойных условиях. Крупнозернистые отложения сохраняются в верхнем профиле береговой линии и сортируются по волновому гидравлическому режиму.

Первый принцип, лежащий в основе теории нулевой точки, связан с гравитационной силой; более мелкие отложения остаются в толще воды в течение более продолжительного времени, позволяя транспортировке за пределы зоны прибоя отлагаться в более спокойных условиях. Гравитационный эффект или скорость осаждения определяют место отложения более мелких отложений, тогда как внутренний угол трения зерна определяет отложение более крупных зерен на профиле берега. ^[3] Второстепенный принцип создания очистки наносов со стороны моря известен как гипотеза асимметричных пороговых значений под воздействием волн; это описывает взаимодействие между колеблющимся потоком волн и приливами, текущими по слоям волновой ряби в асимметричной схеме. ^[4]«Относительно сильный ход волн на берегу представляет собой водоворот или вихрь на подветренной стороне ряби, при условии, что береговой поток сохраняется, этот вихрь остается в ловушке с подветренной стороны ряби. Когда поток меняет направление, водоворот отбрасывается вверх от волны. дно, и небольшое облако взвешенных наносов, образованное вихрем, выбрасывается в толщу воды над рябью, затем облако наносов перемещается в сторону моря за счет морского удара волны ". ^[4] Там, где есть симметрия в форме ряби, вихрь нейтрализуется, вихрь и связанное с ним облако наносов развиваются по обе стороны от ряби. ^[4] Это создает мутный столб воды, который движется под воздействием приливов, поскольку волновое орбитальное движение находится в равновесии.

Гипотеза нулевой точки была количественно доказана в гавани Акароа , Новая Зеландия, Уош , Великобритания, Бохайский залив и Западный Хуанг Сера, материковый Китай, а также во многих других исследованиях; Иппен и Иглсон (1955), Иглсон и Дин (1959, 1961) и Миллер и Зейглер (1958, 1964).

Отложение несвязных отложений [ править ]

Крупнозернистые отложения, переносимые либо загрузкой, либо подвешенной нагрузкой, останутся в покое, когда напряжение сдвига в слое и турбулентность жидкости недостаточны для поддержания движения отложений; ^[4] с подвешенным грузом это может быть некоторое расстояние, так как частицы должны проходить сквозь толщу воды. Это определяется тем, что сила веса зерна, действующая вниз, согласовывается с объединенной силой плавучести и гидравлического сопротивления ^[4] и может быть выражена следующим образом:

${\displaystyle {\frac {4}{3}}\pi R^{3}\rho _{s}g={\frac {4}{3}}\pi R^{3}\rho g+{\frac {1}{2}}\mathbb {C} _{d}\rho \pi R^{2}w_{s}^{2}\,}$

Сила веса, действующая вниз = сила плавучести, действующая вверх + сила сопротивления жидкости, действующая вверх ^[4]

куда:

• π - отношение длины окружности к ее диаметру.
• R - радиус сферического объекта (в м),
• ρ - массовая плотность жидкости (кг / м ³ ),
• g - ускорение свободного падения (м / с ² ),
• C _d - коэффициент лобового сопротивления, а
• w _s - скорость оседания частицы (в м / с).

Чтобы рассчитать коэффициент сопротивления, необходимо определить число Рейнольдса зерна , которое основано на типе жидкости, через которую протекает частица осадка, ламинарном потоке, турбулентном потоке или их комбинации. Когда жидкость становится более вязкой из-за меньшего размера зерен или большей скорости осаждения, прогноз становится менее простым, и его можно применять для включения закона Стокса (также известного как сила трения или сила сопротивления) оседания. ^[4]

Отложение связных отложений [ править ]

Сцепление осадка происходит с мелкими размерами зерен, связанных с илами и глинами, или частицами размером менее 4ϕ по шкале фи . ^[4] Если эти мелкие частицы остаются диспергированными в толще воды, закон Стокса применяется к скорости осаждения отдельных зерен, ^[4] хотя из-за того, что морская вода является сильным связывающим электролитом агентом, происходит флокуляция, когда отдельные частицы создают электрическую связь, прилипающую друг друга вместе, чтобы образовать хлопья. ^[4]«Лицевая сторона глиняной пластинки имеет небольшой отрицательный заряд, а кромка имеет небольшой положительный заряд, когда две пластинки находятся в непосредственной близости друг от друга, грань одной частицы и кромка другой электростатически притягиваются». ^[4] Флокулы тогда имеют более высокую общую массу, что приводит к более быстрому отложению из-за более высокой скорости падения и отложению в более береговом направлении, чем это было бы в виде отдельных мелких зерен глины или ила.

Возникновение теории нулевой точки [ править ]

Гавань Акароа расположена на полуострове Бэнкс , Кентербери, Новая Зеландия , 43 ° 48 ′s 172 ° 56′E / 43.800°S 172.933°E / -43.800; 172.933 . Формирование этой гавани произошло из-за активных эрозионных процессов на потухшем щитовом вулкане, в результате чего море затопило кальдеру, создав залив длиной 16 км, средней шириной 2 км и глубиной -13 м относительно средний уровень моря в точке 9 км вниз по разрезу центральной оси. ^[5] Преобладающая энергия штормовых волн имеет неограниченный приток для внешней гавани с южного направления, с более спокойной окружающей средой внутри внутренней гавани, хотя локальные портовые бризы создают поверхностные течения и разрывы, влияющие на процессы осадконакопления в море. ^[6]Отложения лёсса из последующих ледниковых периодов были заполнены вулканическими трещинами на протяжении тысячелетий ^{[7], в} результате чего вулканический базальт и лёсс были основными типами отложений, доступных для отложения в гавани Акароа.

Hart et al. (2009) ^[5] путем батиметрической съемки, ситового и пипеточного анализа сублиторальных отложений обнаружили , что текстуры отложений связаны с тремя основными факторами: глубиной, расстоянием от береговой линии и расстоянием вдоль центральной оси гавани. Это привело к измельчению текстуры наносов с увеличением глубины и по направлению к центральной оси гавани, или, если классифицировать по размерам классов зерен, «нанесенный на график разрез по центральной оси идет от илистых песков в приливной зоне к песчаным илам во внутренней части. прибрежные зоны, илы на внешних участках заливов, и илы на глубинах 6 м и более ». ^[5] См. Рисунок 2 для деталей.

Другие исследования показали, что этот процесс отсеивания частиц осадка под действием гидродинамического воздействия; Ван, Коллинз и Чжу (1988) ^[8] качественно коррелировали увеличение интенсивности воздействия жидкости с увеличением размера зерна. «Эта корреляция была продемонстрирована на низкоэнергетических глинистых приливных отмелях в заливе Бохай (Китай), в умеренной среде побережья Цзянсу (Китай), где донный материал илистый, и на песчаных отмелях высокоэнергетического побережья Уоша (Великобритания). ). " Это исследование демонстрирует убедительные доказательства теории нулевой точки, существующей на приливных отмелях с разными уровнями гидродинамической энергии, а также на отмелях, которые являются одновременно эрозионными и аккреционными.

Кирби Р. (2002) ^[9] развивает эту концепцию, объясняя, что мелкие частицы взвешиваются и перерабатываются с воздуха на море, оставляя позади отложения основных двустворчатых моллюсков и раковин брюхоногих моллюсков, отделенных от более тонкого субстрата внизу, волны и течения затем накапливают эти отложения до образуют ченирские хребты по всей приливной зоне, которые имеют тенденцию подниматься вверх по профилю береговой полосы, но также и вдоль береговой полосы. Шенье можно найти на любом уровне береговой полосы и в основном характеризует режим с преобладанием эрозии. ^[9]

Приложения для прибрежного планирования и управления [ править ]

Теория нулевой точки вызвала споры в отношении ее принятия в основную прибрежную науку, поскольку теория работает в условиях динамического равновесия или нестабильного равновесия, и многие поля и лабораторные наблюдения не смогли воспроизвести состояние нулевой точки для каждого размера зерна по всему профилю. ^[3] Взаимодействие переменных и процессов с течением времени в контексте окружающей среды вызывает проблемы; «Большое количество переменных, сложность процессов и сложность наблюдения - все это создает серьезные препятствия на пути систематизации, поэтому в некоторых узких областях основная физическая теория может быть обоснованной и надежной, но пробелы велики» ^{[ 10]}

Геоморфологи, инженеры, правительства и планировщики должны быть осведомлены о процессах и результатах, связанных с гипотезой нулевой точки при выполнении таких задач, как питание пляжа , выдача разрешений на строительство или строительство прибрежных защитных сооружений. Это связано с тем, что анализ размера зерен отложений по всему профилю позволяет сделать вывод о темпах эрозии или нарастания, возможных при изменении динамики берега. Планировщики и менеджеры также должны осознавать, что прибрежная среда динамична, и что контекстная наука должна быть оценена до внесения каких-либо изменений в профиль берега. Таким образом, теоретические исследования, лабораторные эксперименты, численное и гидравлическое моделирование стремятся ответить на вопросы, относящиеся к прибрежной зоне.дрейф и отложение отложений, результаты не следует рассматривать изолированно, и значительный объем чисто качественных данных наблюдений должен дополнять любое планирование или решение по управлению. ^[2]

См. Также [ править ]

• Цементация (геология)  - процесс химического осаждения, связывающего осадочные зерна.
• Кросс-слоистость
• Дрейф (геология)
• Флокуляция  - процесс, при котором коллоидные частицы выходят из суспензии и осаждаются в виде хлопьев или хлопьев.
• Береговый дрейф  - Нанесение отложений, перемещаемых прибрежным течением.
• Overbank
• Осадочная порода  - порода, образованная отложением и последующей цементацией материала.
• Осадочные структуры
• Оседание  - процесс, при котором твердые частицы оседают на дно жидкости и образуют осадок.
• Параметр щитов
• Закон Стокса
• Поверхностные отложения

Ссылки [ править ]