Эволюция холмов - это изменения скорости эрозии, стилей эрозии и формы склонов холмов и гор с течением времени.
Концептуальные модели
На протяжении большей части 20-го века широко использовались три модели эволюции склонов: снижение склонов, смена склонов и отступление параллельных склонов. До 1950-х годов модели эволюции горных склонов были «центральными» в геоморфологии . Современное понимание таково, что эволюция склонов намного сложнее, чем предполагают классические модели спада, замещения и отступления. [1]
Снижение склона
Снижение склонов было предложено Уильямом Моррисом Дэвисом в его цикле теории эрозии . Он заключается в постепенном уменьшении угла наклона по мере замедления врезания ручья . Это сопровождается тем, что склоны становятся более пологими, на них накапливается мелкозернистый реголит, возникший в результате выветривания . [1]
Замена откоса
Замена склонов, впервые предложенная Вальтером Пенком, оспаривает идеи Дэвиса о разработке склонов. Замена склонов описывает эволюцию склонов, которая связана с уменьшением скорости общей эрозии ( денудации ). Он начинается с уплощения самого нижнего откоса, который распространяется вверх и назад, заставляя самый верхний откос отступать и уменьшать свой угол, в то время как он остается круче, чем нижние части. [1]
Отступление по параллельному склону
Склоны развиваются параллельным откатом, когда прочность горных пород остается постоянной, а базальные обломки, такие как осыпи , постоянно удаляются. Эти условия часто встречаются в областях, где твердые горизонтальные слои базальта или твердые осадочные породы перекрывают более мягкие породы. Склоны, как правило, перестают развиваться из-за параллельного отступления, как только вышележащие твердые слои, покрывающие более мягкие породы, были полностью размыты. Поскольку прочность горных пород связана с выветриванием, а выветривание - с климатом, в случае отступления склона на большие расстояния или в течение длительного времени отступление вряд ли останется полностью параллельным. Это потому, что климат меняется со временем и на больших расстояниях. [1]
Параллельное отступление склонов и уступов , хотя и было предложено ранними геоморфологами, особенно поддерживалось Лестером Чарльзом Кингом . [1] Кинг считал отступление уступов и слияние фронтонов в педиплены доминирующими процессами во всем мире. Далее он утверждал, что снижение склонов было особым случаем развития склонов, наблюдаемых только в очень слабых породах, которые не могли поддерживать уступ . [2] Склоны с выпуклым подъемом и вогнутым спуском, не имеющие свободной поверхности, считались Кингом формой, которая стала обычным явлением в позднем третичном периоде . Кинг утверждал, что это было результатом более медленного действия мытья поверхности, вызванного травяными коврами, что, в свою очередь, привело бы к относительно большей ползучести почвы . [2] [3]
Неравная активность
Представление о том, что склоны не развиваются одновременно, известно как неравномерная активность. Колин Хейтер Крик , придумавший этот термин, предположил, что неравномерную активность можно регулировать путем удаления мусора у основания склонов. Следуя этой мысли, эрозия моря и боковая миграция ручьев имеют первостепенное значение, поскольку эти процессы эффективны при удалении мусора. [4] Неравномерная активность также означает, что существуют большие различия между эрозией ручьев возле каналов и, по-видимому, неизмененными возвышенностями, а также между верховьями с ограниченной эрозией и более активными средними и нижними течениями ручьев. [5] Из этого следует, что ландшафты и склоны с ограниченной речной эрозией во многих случаях могут рассматриваться как застойные в своем развитии. [5]
Численные модели
В отличие от ранних концептуальных моделей, которые пытаются предсказать уклон, ряд численных моделей эрозии фокусируется на описании того, что происходит в любой момент времени, и не касается изменений формы.
Средняя скорость эрозии склона была оценена с помощью численных моделей. [6] Используя уравнение теплопередачи Фурье в качестве шаблона, WEH Culling рассудил, что поток массы через градиент высоты склона можно описать аналогичным образом следующим образом: [6] [7]
- Уравнение (1) q̃ = −K∇z
Слева - поток наносов, который представляет собой объем массы, которая проходит линию в каждую единицу времени (L 3 / LT). K - константа скорости (L 2 / T), а ∇z - градиент или разница высот между двумя точками на склоне, деленная на их расстояние по горизонтали. Эта модель предполагает, что потоки наносов можно оценить по углам наклона ( ∇z ). Было показано, что это верно для пологих склонов. Для более крутых склонов невозможно определить потоки наносов. Чтобы решить эту проблему, можно применить следующую модель для крутых склонов: [6]
- Уравнение (2) q̃ =−K∇z/1 - (| ∇z | / S c ) 2
Здесь S c обозначает критический градиент, при котором потоки эрозии и наносов исчезают. Эта модель показывает, что, когда z далеко от S c, она ведет себя как уравнение 1. Напротив, когда z приближается к S c, скорость эрозии становится чрезвычайно высокой. Эта последняя особенность может отражать поведение оползней на крутых склонах. [6]
При низких скоростях эрозии увеличенный поток или речной разрез могут привести к превращению пологих склонов в выпуклые. Таким образом, выпуклые формы могут косвенно отражать ускоренное поднятие земной коры и связанный с ним речной разрез. [8] [9] [A] Как показано в уравнении 2, угол крутых склонов меняется очень мало даже при очень высоком увеличении скорости эрозии, а это означает, что невозможно сделать вывод о скорости эрозии по топографии крутых склонов, кроме как намекая на них намного выше, чем на склонах с меньшим углом. [6]
Параболические холмы
Начиная с работ Гроува Карла Гилберта (1909) и Уильяма Морриса Дэвиса (1892), выпуклые или параболические холмы, покрытые почвой , долгое время считались отражением равновесных условий устойчивого развития почвы и эрозии почвы . [6] [10] [11] Вопреки тому, что должно подразумевать равновесие между функциями скорости эрозии, описанными выше, и функцией продуктивности почвы, глубина почвы может значительно варьироваться в параболических холмах в результате стохастического выветривания коренных пород в почву. Это означает, что ожидаемые скорости почвообразования в зависимости от функции почвообразования могут сильно различаться в зависимости от ландшафта в геоморфном равновесии. [11]
Выпуклые холмы часто ассоциируются с торсами . [12] Численное моделирование показывает, что в перигляциальных условиях широкие выпуклые холмы под небольшим углом могут формироваться не менее чем за миллионы лет. Во время развития этих склонов рассчитываются более крутые начальные уклоны, что приводит к образованию многочисленных торцов в процессе опускания и расширения выпуклой области. Таким образом, наличие многочисленных торцов указывало бы на то, что первоначальный ландшафт был круче и не ровнее, чем современный. [13]
Заметки
- ^ Вальтеру Пенку обычно, но ошибочно приписывают представление о том, что ускоренное поднятие приводит к образованию выпуклых склонов. [8]
Рекомендации
- ^ a b c d e Саммерфилд, Майкл А. (1991). «Экзогенные процессы и формы рельефа». Глобальная геоморфология: введение в изучение форм рельефа . Pearson Education. С. 184–185. ISBN 0-582-30156-4.
- ^ а б Твидейл, CR (1992), "король равнин: вклад Лестера Кинга к геоморфологии", Геоморфология , 5 : 491-509, DOI : 10.1016 / 0169-555x (92) 90021-F
- ^ Кинг, LC (1953). «Каноны ландшафтной эволюции» . Бюллетень Геологического общества Америки . 64 (7): 721–752. DOI : 10.1130 / 0016-7606 (1953) 64 [721: cole] 2.0.co; 2 .
- ^ Хаггетт, стр. 440
- ^ а б Твидейл, CR (1993). "CH Crickmay, канадский бунтарь". Геоморфология . 6 : 357–372. DOI : 10.1016 / 0169-555x (93) 90055-7 .
- ^ а б в г д е Реринг, Джошуа Дж .; Киршнер, Джеймс У .; Дитрих, Уильям Э. (2001). «Эволюция холмов за счет нелинейного переноса, зависящего от уклона: морфология устойчивого состояния и временные рамки приведения в равновесие» . Журнал геофизических исследований . 106 : 16499–16513. DOI : 10.1029 / 2001jb000323 .
- ^ Culling, WEH (1960). «Аналитическая теория эрозии». Журнал геологии . 68 (3): 336–344. DOI : 10.1086 / 626663 .
- ^ а б Саймонс, Мартин (1962), «Морфологический анализ форм рельефа: новый обзор работ Вальтера Пенка (1888-1923)», Transactions and Papers (Институт британских географов) , 31 : 1–14
- ^ Чорли и др ., Стр. 790
- ^ Fernandes, Nelson F .; Дитрих, Уильям Э. (1997). «Эволюция холмов за счет диффузионных процессов: шкала времени для установления равновесия» . Исследование водных ресурсов . 33 (6): 1307–1318. DOI : 10.1029 / 97wr00534 .
- ^ а б Риггинс, Сьюзан Дж .; Андерсон, Роберт С .; Преструд Андерсон, Сюзанна; Тай, Эндрю М. (2011). «Решение загадки устойчивой вершины холма с переменной глубиной почвы и производительностью, Бодмин-Мур, Великобритания». Геоморфология . 128 : 73–84. DOI : 10.1016 / j.geomorph.2010.12.023 .
- ^ Линтон, Дэвид Л. (1955). «Проблема торсов». Географический журнал . 121 (4): 470–487. DOI : 10.2307 / 1791756 .
- ^ Андерсон, Роберт С. (2002). «Моделирование расчерченных вершинами гребней, краев коренных пород и параболических профилей высокогорных альпийских поверхностей в районе Винд Ривер, штат Вайоминг». Геоморфология . 46 : 35–58. DOI : 10.1016 / s0169-555x (02) 00053-3 .
- Библиография
- Чорли, Ричард Дж .; Бекинсейл, Роберт П .; Данн, Энтони Дж. (2005) [1973]. «Глава двадцать вторая». История изучения форм рельефа . Том второй. Электронная библиотека Тейлора и Фрэнсиса.
|volume=
есть дополнительный текст ( справка ) - Хаггет, Ричард Джон (2011) [2002]. «Эволюция ландшафта: долгосрочная геоморфология». Основы геоморфологии (3-е изд.). Рутледж. ISBN 978-0-203-86008-3.