Отложения (геология)

редактировать
Геологический процесс, при котором осадки, почва и породы добавляются к рельефу или массиву суши Карта Кейп-Код, на которой показаны берега, подвергающиеся эрозии (скалистые участки), и берега, характеризующиеся морскими отложениями (барьеры). Карта Кейп-Код, на которой желтым цветом показаны подвергающиеся эрозии берега (скалистые участки), и берега, характеризующиеся морскими отложениями (барьеры) синего цвета.

Отложения - это геологический процесс, в котором добавляются отложения, почва и горные породы к рельефу или массиву суши. Ветер, лед, вода и гравитация переносят ранее выветрившийся поверхностный материал, который при потере достаточного кинетической энергии в жидкости, откладывается, образуя слои осадка.

Отложение происходит, когда сил, ответственных за перенос отложений, 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 в результате органических веществ или химических процессов. Например, мел частично состоит из микроскопических карбоната кальция скелетов морского планктона, отложение которого вызвало химические процессы (диагенез ) для дальнейшего осаждения карбоната кальция. Аналогичным образом образование угля начинается с осаждения органического материала, в основном из растений, в анаэробных условиях.

Содержание

  • 1 Гипотеза нулевой точки
    • 1.1 Отложение несвязных отложений
    • 1.2 Отложение связных отложений
    • 1.3 Возникновение теории нулевой точки
    • 1.4 Приложения для прибрежного планирования и управления
  • 2 См. Также
  • 3 Ссылки

Гипотеза нулевой точки

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. Эту концепцию также можно объяснить 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». 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. Рисунок 1 иллюстрирует эту взаимосвязь между размером зерна отложений и глубиной морской среды.

Рис. 1. Иллюстрирует распределение размера отложений по профилю береговой линии, где более мелкие осадки переносятся из высокоэнергетической среды и оседают из взвеси или откладываются в более спокойных условиях. Крупные отложения сохраняются в верхнем профиле береговой линии и сортируются по гидравлическому режиму, генерируемому волнами

Первый принцип, лежащий в основе теории нулевой точки, связан с силой тяжести; 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 определяет место отложения более мелких отложений, тогда как внутренний угол трения зерна определяет отложение более крупных зерен на профиле берега. Вторичный принцип для 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. «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 наносов, образованное водоворотом, выбрасывается в толщу воды над рябью, затем облако наносов перемещается в сторону моря за счет морского удара волны ". Там, где есть симметрия в форме ряби, вихрь нейтрализуется, вихрь и связанное с ним облако наносов развиваются по обе стороны от ряби. Это создает мутный столб воды, который движется под воздействием приливов, поскольку волновое орбитальное движение находится в равновесии.

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

Отложение несвязных отложений

Крупнозернистые отложения, переносимые либо слоем, либо подвешенным грузом, останутся в покое, когда напряжение сдвига в слое и турбулентность жидкости недостаточны для поддержания движения осадка; с подвешенным грузом это может быть некоторое расстояние, так как частицы должны падать сквозь толщу воды. Это определяется тем, что сила веса зерна, действующая вниз, согласовывается с объединенной выталкивающей силой и силой сопротивления жидкости, и может быть выражена следующим образом:

4 3 π R 3 ρ sg = 4 3 π R 3 ρ g + 1 2 C d ρ π R 2 WS 2 {\ 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} \,}{\ 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

где:

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

Для расчета коэффициента сопротивления необходимо определить число Рейнольдса зерна, которое основано от типа жидкости, через которую протекает частица осадка, ламинарный поток, турбулентный поток или гибридный е оба. Когда жидкость становится более вязкой из-за меньшего размера зерен или большей скорости осаждения, прогноз становится менее прямым, и его можно применять для включения закона Стокса (также известного как сила трения или сила сопротивления) оседания.

Отложение связных отложений

Сплоченность отложений происходит с мелкими размерами зерен, связанных с илами и глинами, или частицами меньше 4ϕ по шкале phi. Если эти мелкие частицы остаются диспергированными в толще воды, закон Стокса применяется к скорости осаждения отдельных зерен, хотя из-за того, что морская вода является сильным связывающим агентом электролит, флокуляция возникает, когда отдельные частицы создают электрическую связь, сцепляясь друг с другом, образуя хлопья. «Поверхность 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». В этом случае хлопья 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

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. 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 рубят, влияя на процессы осаждения в море. Отложения лёсса, образовавшиеся в последующие ледниковые периоды, были заполнены вулканическими трещинами на протяжении тысячелетий, в результате чего вулканический базальт и лёсс стали основными типами отложений, доступных для отложений в гавани Акароа

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

Hart et al. (2009) путем батиметрической съемки, сита и пипетки анализа сублиторальных отложений обнаружили, что текстуры отложений были связаны с тремя основными факторами: глубиной, расстоянием от береговой линии и расстоянием по 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 ». Смотрите рисунок 2 для деталей.

Другие исследования показали, что этот процесс отсеивания частиц осадка из-за эффекта гидродинамического воздействия; Ван, Коллинз и Чжу (1988) качественно коррелировали увеличение интенсивности воздействия жидкости с увеличением размера зерен. "Эта корреляция была продемонстрирована на низкоэнергетических глинистых приливных отмелях Бохайского залива (Китай), умеренной среде побережья Цзянсу (Китай), где донный материал илистый, и песчаные равнины высокоэнергетического побережья The Wash (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) развивает эту концепцию далее, объясняя, что мелкие частицы взвешиваются и переделываются в воздухе на море, оставляя после себя отложенные отложения основных двустворчатых моллюсков и раковин брюхоногих моллюсков, отделенных от более тонкого субстрата внизу, волны и течения затем накапливаются эти отложения образуют хребты chenier 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 прибрежной полосы и в основном характеризует режим с преобладанием эрозии.

Приложения для прибрежного планирования и управления

Теория нулевой точки вызвала споры в связи с ее принятием в основное русло прибрежных районов. наука как теория работает в динамическом равновесии или нестабильном равновесии, и многие поля и лабораторные наблюдения не смогли воспроизвести состояние нулевой точки при каждом размере зерна по всему профилю. Взаимодействие переменных и процессов с течением 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 обоснованной и надежной, но пробелы велики»

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 береговой обороны строения. Это связано с тем, что анализ размера зерен отложений по всему профилю позволяет сделать вывод о темпах эрозии или нарастания, которые возможны 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 литоральному дрейфу и отложению наносов, результаты не следует рассматривать изолированно, и значительное количество чисто качественных данных наблюдений должно дополнять любое планирование. или управленческое решение.

См. также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-17 14:00:58
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте