Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Карта Кейп-Код, показывающая берега, подвергающиеся эрозии (скалистые участки), и берега, характеризующиеся морскими отложениями (барьеры).
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 отложения , почва и горные породы добавляются к рельефу или массиву суши . Ветер, лед, вода и сила тяжести 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 , отложение которого вызвало химические процессы ( диагенез ) с дальнейшим отложением карбоната кальция. Точно так же образование угляначинается с отложения органического материала, в основном из растений, в анаэробных условиях.

Гипотеза нулевой точки [ править ]

Гипотеза нулевой точки объясняет, как отложения откладываются по профилю берега в соответствии с размером зерна. 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 осадки 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 об асимметричных порогах под воздействием волн; это описывает взаимодействие между колебательным потоком волн и приливами, текущими по слоям волновой ряби в асимметричной схеме. [4]«Относительно сильный ход волн на суше представляет собой вихрь или вихрь на подветренной стороне ряби, при условии, что береговой поток сохраняется, этот вихрь остается в ловушке с подветренной стороны волны. Когда поток меняет направление, вихрь отбрасывается вверх от дно, и небольшое облако взвешенных отложений, образованное водоворотом, выбрасывается в толщу воды над рябью, затем облако отложений 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 развивается по обе стороны от ряби. [4] Это создает мутный столб воды, который перемещается 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 слоя, либо подвешенным грузом, 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, сочетается с объединенной плавучестью и силой сопротивления жидкости [4] и может быть выражена следующим образом:

Нисходящая весовая сила = восходящая выталкивающая сила + восходящая сила сопротивления жидкости [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 водяном столбе, 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. 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 раскалывают, влияя на процессы морского осаждения. [6]Отложения лёсса из последующих ледниковых периодов были заполнены вулканическими трещинами в течение тысячелетий [7], в результате чего вулканический базальт и лёсс стали основными типами отложений, доступных для отложения в гавани Акароа.

Рис. 2. Карта гавани Акароа, показывающая оклейку отложений с повышенной батиметрией по направлению к центральной оси гавани. Взято из Hart et al. (2009) и Кентерберийский университет по контракту с Environment Canterbury. [5]

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. прибрежная зона, 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 зерен. «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 различными 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 после себя отложения основных двустворчатых моллюсков и раковин брюхоногих моллюсков, отделенных от более тонкого субстрата под ними, волны и течения затем накапливают эти отложения до образуют ченирские хребты по всей приливной зоне, которые имеют тенденцию подниматься вверх по профилю береговой полосы, а также вдоль береговой полосы. Шенье можно найти на любом уровне береговой полосы и преимущественно характеризует режим с преобладанием эрозии. [9]

Приложения для прибрежного планирования и управления [ править ]

Теория нулевой точки вызвала противоречия в ее принятии 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 во времени в контексте окружающей среды вызывает проблемы; «Большое количество переменных, сложность процессов и трудности наблюдения - все это создает серьезные препятствия на пути систематизации, поэтому в некоторых узких областях основная физическая теория может быть надежной и надежной, но пробелы в ней 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 знать, что прибрежная среда динамична, и что контекстуальная наука должна быть оценена до внедрения любого изменения профиля берега. Таким образом, теоретические исследования, лабораторные эксперименты, численное и гидравлическое моделирование стремятся ответить на вопросы, относящиеся к прибрежной зоне.дрейф и отложение наносов, результаты не следует рассматривать изолированно, и значительный объем чисто качественных данных наблюдений должен дополнять любое решение по планированию или 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.
  • Прибрежный дрейф  - Осадки перемещаются 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 ]

  1. ^ Олдейл, Роберт Н. (1999). «Береговая эрозия на Кейп-Коде: некоторые вопросы и ответы» . Мыс Натуралист, Журнал Музея естественной истории Кейп-Кода . 25 : 70–76. Архивировано из оригинала на 2016-03-15 . Проверено 15 октября +2016 .
  2. ^ а б Джоллифф, ИП (1978). «Прибрежный и морской транспорт наносов». Успехи в физической географии . 2 (2): 264–308. DOI : 10.1177 / 030913337800200204 . ISSN 0309-1333 . S2CID 128679961 .  
  3. ^ a b c d Хорн, Дайан П. (1992). «Обзор и экспериментальная оценка равновесного размера зерна и идеального волнового профиля». Морская геология . 108 (2): 161–174. DOI : 10.1016 / 0025-3227 (92) 90170-M . ISSN 0025-3227 . 
  4. ^ a b c d Hart, Deirdre E .; Тодд, Дерек Дж .; Нация, Томас Э .; Маквильямс, Зара А. (2009). Батиметрия морского дна и мягкие отложения в верхней гавани Акароа: базовое картографическое исследование (PDF) (отчет). Отчет о прибрежных исследованиях 1. Университет Кентербери и DTec Consulting Ltd. ISBN  978-1-86937-976-6. Отчет ECan 09/44. Архивировано из оригинального (PDF) 01.02.2016 . Проверено 31 мая 2016 .
  5. ^ Heuff, Дарлин Н .; Спигель, Роберт Х .; Росс, Алекс Х. (2005). «Доказательства значительной ветровой циркуляции в гавани Акароа. Часть 1: Данные, полученные в ходе полевого исследования в сентябре-ноябре 1998 года» . Новозеландский журнал морских и пресноводных исследований . 39 (5): 1097–1109. DOI : 10.1080 / 00288330.2005.9517378 . ISSN 0028-8330 . 
  6. ^ Raeside, JD (1964). «Лессовые отложения Южного острова Новой Зеландии и сформированные на них почвы». Новозеландский журнал геологии и геофизики . 7 (4): 811–838. DOI : 10.1080 / 00288306.1964.10428132 . ISSN 0028-8306 . 
  7. ^ Wang, Y .; Коллинз, МБ; Чжу, Д. (1988). «Сравнительное исследование открытых прибрежных отмелей: Уош (Великобритания), Бохайский залив и Западный Хуанг Сера (материковый Китай)». Материалы международного симпозиума по прибрежной зоне . Пекин: China Ocean Press. С. 120–134.
  8. ^ а б Кирби, Р. (2002). «Отличить насыпь от илистых берегов с преобладанием эрозии» . В Healy, T .; Wang, Y .; Хили, Дж .-А. (ред.). Мутные берега мира: процессы, отложения и функции . Эльзевир. С. 61–81. ISBN 978-0-08-053707-8.
  9. ^ Рассел, RCH (1960). «Береговая эрозия и защита: девять вопросов и ответов». Документ по гидравлическим исследованиям . 3 .