Войти
Турбидиты откладываются в глубоких океанских желобах ниже континентального шельфа или подобных структурах в глубоких озерах под действием подводных течений мутности (или «подводных лавин»), которые скользят по крутым склонам края континентального шельфа, как показано на диаграмме. Когда материал останавливается в океанском желобе, сначала оседает песок и другой крупный материал, затем грязь и, наконец, очень мелкие твердые частицы. Именно эта последовательность отложений создает последовательности Баума, характеризующие эти породы. 
Продольный разрез через подводное течение мутности Тока мутности является наиболее типично подводным током, как правило, быстро двигается, осадка нагруженной воды двигается вниз склон; хотя текущие исследования (2018) показывают, что водонасыщенные отложения могут быть основным участником этого процесса. Токи мутности могут возникать и в других жидкостях помимо воды.
Исследователи из Исследовательского института аквариума Монтерей-Бей обнаружили, что слой водонасыщенных отложений быстро перемещался по морскому дну и мобилизовал верхние несколько метров существовавшего ранее морского дна. Во время событий мутного течения наблюдались облака воды, насыщенной наносами, но они считают, что они были вторичными по отношению к пульсации донных отложений, движущихся во время этих событий. По мнению исследователей, поток воды - это хвостовая часть процесса, который начинается на морском дне.
В наиболее типичном случае океанических течений мутности, насыщенные наносами воды, расположенные над наклонной землей, будут течь вниз по склону, потому что они имеют более высокую плотность, чем прилегающие воды. Движущей силой потока мутности является сила тяжести, действующая на высокую плотность отложений, временно взвешенных в жидкости. Эти полувзвешенные твердые частицы делают среднюю плотность воды, содержащей отложения, большей, чем плотность окружающей ненарушенной воды.
Когда такие потоки текут, они часто имеют «эффект снежного кома», поскольку они взбалтывают землю, по которой они текут, и собирают в своем потоке еще больше частиц осадка. Их прохождение оставляет землю, по которой они текут, размытой и размытой. Как только океанический мутный поток достигает более спокойных вод более плоской части абиссальной равнины (главного океанического дна), частицы, переносимые течением, оседают из водной толщи. Осадочный осадок мутного течения называется турбидитом.
Примеры потоков мутности с участием других текучих сред, помимо жидкой воды, включают: лавины (снег, камни), лахары (вулканические), пирокластические потоки (вулканические) и потоки лавы (вулканические).
Мутные течения на морском дне часто являются результатом оттока рек, нагруженных наносами, а иногда могут быть вызваны землетрясениями, оползнями и другими нарушениями почвы. Для них характерен четко выраженный фронт продвижения, также известный как голова течения, за которым следует основная часть течения. С точки зрения более часто наблюдаемого и более известного явления над уровнем моря они чем-то напоминают внезапные наводнения.
Мутные течения иногда могут быть результатом подводной сейсмической нестабильности, которая характерна для крутых подводных склонов, и особенно для подводных желобов на сходящихся краях плит, континентальных склонов и подводных каньонов пассивных окраин. С увеличением наклона континентального шельфа скорость течения увеличивается, по мере увеличения скорости течения турбулентность увеличивается, и течение втягивает больше наносов. Увеличение осадка также увеличивает плотность тока и, следовательно, его скорость еще больше.
Токи мутности традиционно определяют как гравитационные потоки наносов, в которых отложения взвешены за счет турбулентности жидкости. Однако термин «ток мутности» был принят для описания природного явления, точная природа которого часто неясна. Турбулентность в потоке мутности не всегда является опорным механизмом, удерживающим осадок во взвешенном состоянии; однако вероятно, что турбулентность является основным или единственным механизмом поддержки зерна в разреженных токах (lt;3%). Определения дополнительно усложняются из-за неполного понимания структуры турбулентности в пределах мутных течений и путаницы между терминами турбулентный (т. Е. Возмущенный завихрениями) и мутный (т. Е. Непрозрачный с осадком). Kneller amp; Buckee, 2000 определяют ток суспензии как «поток, вызванный действием силы тяжести на мутную смесь жидкости и (взвешенных) отложений, в силу разницы плотности между смесью и окружающей средой». Ток мутности - это ток суспензии, в котором поровая жидкость является жидкостью (обычно водой); пирокластический поток - это поток, в котором поровая жидкость представляет собой газ.
Когда концентрация взвешенных отложений в устье реки настолько велика, что плотность речной воды превышает плотность морской воды, может образоваться определенный вид мутного течения, называемый гиперпикнальным шлейфом. Средняя концентрация взвешенных наносов для большинства речных вод, попадающих в океан, намного ниже, чем концентрация наносов, необходимых для входа в виде гиперпикнального шлейфа. Хотя некоторые реки часто могут иметь постоянно высокие наносы, которые могут создавать непрерывный гиперпикнический шлейф, например, река Хайле (Китай), в которой средняя концентрация взвешенных веществ составляет 40,5 кг / м 3. Концентрация наносов, необходимая для образования гиперпикнального шлейфа в морской воде, составляет от 35 до 45 кг / м 3, в зависимости от свойств воды в прибрежной зоне. Большинство рек производят гиперпикнические потоки только во время исключительных событий, таких как штормы, наводнения, прорывы ледников, прорывы плотин и лахарные потоки. В пресноводных средах, таких как озера, концентрация взвешенных отложений, необходимая для образования гиперпикнального шлейфа, довольно низкая (1 кг / м 3).
Транспортировки и осаждение из отложений в узких высокогорных водоемах часто являются причиной мутности токов. Они следуют по тальвегу озера к самому глубокому участку около плотины, где осадки могут повлиять на работу донного отвода и водозаборных сооружений. Контролировать это осаждение в резервуаре можно, используя твердые и проницаемые препятствия правильной конструкции.
Мутные течения часто вызываются тектоническими нарушениями морского дна. Смещения из континентальной коры в виде псевдоожижения и физического встряхивании и способствуют их образованию. Землетрясения были связаны с отложением мутных течений во многих условиях, особенно там, где физиография способствует сохранению отложений и ограничивает другие источники отложений мутных течений. После известного случая обрыва подводных кабелей потоком мутности после землетрясения в Гранд-Бэнксе в 1929 году турбидиты, вызванные землетрясением, были исследованы и проверены вдоль зоны субдукции Каскадия, разлома Северный Сан-Андреас, ряда европейских, чилийских и североамериканских озер., Японские озерные и прибрежные районы и множество других мест.
Когда большие потоки мутности текут в каньоны, они могут стать самоподдерживающимися и могут уносить отложения, которые ранее были внесены в каньон в результате литорального дрейфа, штормов или более мелких течений мутности. Промывка каньона, связанная с импульсными токами, вызванными обрывами склонов, может производить токи, конечный объем которых может в несколько раз превышать объем разрушившейся части склона (например, Гранд-Бэнкс).
Отложения, что накопилось в верхней части континентального склона, в частности, на головах подводных каньонов могут создать мутности ток из - за перегрузки, таким образом, последующее Slumping и скольжения.
Лабораторные изображения того, как конвективное осаждение под плавучей поверхностью, нагруженной отложениями, может инициировать вторичное течение мутности. Плавучий речной шлейф, нагруженный наносами, может вызвать вторичное мутное течение на дне океана в результате процесса конвективного осаждения. Осадок в первоначально всплывающем гипопикнальном потоке накапливается в основании поверхностного потока, так что плотная нижняя граница становится неустойчивой. Возникающая в результате конвективная седиментация приводит к быстрому вертикальному переносу материала к наклонному дну озера или океана, потенциально образуя вторичный поток мутности. Вертикальная скорость конвективных шлейфов может быть намного больше, чем стоксова скорость осаждения отдельной частицы осадка. Большинство примеров этого процесса было сделано в лаборатории, но возможные наблюдательные доказательства вторичного течения мутности были получены в Хау-Саунд, Британская Колумбия, где периодически наблюдалось мутное течение в дельте реки Сквамиш. Поскольку подавляющее большинство рек, нагруженных наносами, менее плотны, чем океан, реки не могут легко образовывать глубокие гиперпикнические потоки. Следовательно, конвективное осаждение является важным возможным механизмом возникновения токов мутности.
Пример крутых подводных каньонов, высеченных мутными течениями, расположенный вдоль центрального побережья Калифорнии. Большие и быстро движущиеся потоки мутности могут врезаться и разрушать окраины континентов и вызывать повреждение искусственных сооружений, таких как телекоммуникационные кабели на морском дне. Понимание того, где на дне океана протекают течения мутности, может помочь уменьшить количество повреждений телекоммуникационных кабелей, избегая этих участков или укрепляя кабели в уязвимых местах.
Когда токи мутности взаимодействуют с другими токами, такими как контурные токи, они могут изменить свое направление. Это в конечном итоге смещает подводные каньоны и места отложения наносов. Один из примеров этого расположен в западной части Кадисского залива, где течение Средиземного моря, вытекающее из воды (MOW), сильно влияет на течения мутности, в конечном итоге вызывая смещение долин и каньонов в направлении потока MOW. Это изменяет зоны эрозии и осадконакопления, в конечном итоге меняя топографию дна океана.
Турбидит с прослоями мелкозернистого темно-желтого песчаника и серых глинистых сланцев, встречающихся в ступенчатых пластах формации Пойнт-Лома, Калифорния. Когда энергия потока мутности уменьшается, его способность удерживать взвешенный осадок уменьшается, таким образом, происходит отложение осадка. Эти отложения называются турбидитами. Токи мутности редко встречаются в природе, поэтому турбидиты можно использовать для определения токовых характеристик мутности. Некоторые примеры: размер зерен может указывать на скорость течения, литологию зерен и использование фораминифер для определения происхождения, распределение зерен показывает динамику потока во времени, а толщина осадка указывает на нагрузку и долговечность наносов.
Турбидиты обычно используются для понимания прошлых течений мутности, например, желоб Перу-Чили на юге центральной части Чили (36 ° ю.ш. – 39 ° ю.ш.) содержит многочисленные слои турбидита, которые были отфильтрованы и проанализированы. По этим турбидитам была определена прогнозируемая история течений мутности в этой области, что повысило общее понимание этих течений.
Некоторые из самых больших антидюн на Земле образованы мутными токами. Одно наблюдаемое волновое поле наносов расположено на нижнем материковом склоне у берегов Гайаны, Южная Америка. Это поле наносов и волн покрывает площадь не менее 29 000 км 2 при глубине воды 4400–4825 метров. Эти антидюны имеют длину волны 110–2600 м и высоту волны 1–15 м. Токи мутности, ответственные за генерацию волн, интерпретируются как возникающие в результате обрушения склонов на прилегающих континентальных окраинах Венесуэлы, Гайаны и Суринама. Простое численное моделирование позволило определить характеристики течения мутности через волны наносов, которые необходимо оценить: внутреннее число Фруда = 0,7–1,1, толщина потока = 24–645 м и скорость потока = 31–82 см с −1. Как правило, на более низких градиентах за пределами небольших разрывов наклона толщина потока увеличивается, а скорость потока уменьшается, что приводит к увеличению длины волны и уменьшению высоты.
Поведение мутных течений с плавучей жидкостью (например, течений с теплой, пресной или солоноватой поровой водой, входящей в море) было исследовано, чтобы обнаружить, что скорость фронта уменьшается быстрее, чем скорость течений с той же плотностью, что и окружающая жидкость. Эти токи мутности в конечном итоге прекращаются, поскольку осаждение приводит к изменению плавучести, и ток исчезает, а точка отрыва остается постоянной для постоянного разряда. Поднятая жидкость несет с собой мелкий осадок, образуя шлейф, который поднимается до уровня нейтральной плавучести (в многослойной среде) или до поверхности воды и распространяется. Осадки, падающие из плюма, образуют широко распространенные осадки, называемые гемитурбидитом. Экспериментальные течения мутности и полевые наблюдения позволяют предположить, что форма лопастного отложения, образованного поднимающимся шлейфом, уже, чем у аналогичного не поднимающегося шлейфа.
Прогнозирование от эрозии мутьевыми токов и распределения турбидитовых отложений, таких как их степени, толщина и зерна распределение по размерам, требует понимания механизмов переноса осадков и осаждения, которые, в свою очередь, зависит от динамики жидкостей токов.
Чрезвычайная сложность большинства турбидитных систем и пластов способствовала разработке количественных моделей поведения течения мутности, основанных исключительно на их месторождениях. Таким образом, мелкомасштабные лабораторные эксперименты являются одним из лучших способов изучения их динамики. Математические модели также могут дать важную информацию о текущей динамике. В долгосрочной перспективе численные методы, скорее всего, являются лучшей надеждой на понимание и предсказание трехмерных текущих процессов и отложений мутности. В большинстве случаев переменных больше, чем определяющих уравнений, и модели полагаются на упрощающие предположения для достижения результата. Таким образом, точность отдельных моделей зависит от обоснованности и выбора сделанных предположений. Экспериментальные результаты позволяют ограничить некоторые из этих переменных, а также проверить такие модели. Физические данные из полевых наблюдений или, что более практично, из экспериментов, все еще необходимы для проверки упрощающих допущений, необходимых в математических моделях. Большая часть того, что известно о больших естественных мутных течениях (т.е. значительных с точки зрения переноса наносов в глубокое море), получена из косвенных источников, таких как разрывы подводных кабелей и высота отложений над дном подводных долин. Хотя во время землетрясения в Токачи-оки 2003 г. наблюдалось сильное течение мутности с помощью кабельной обсерватории, которая обеспечила прямые наблюдения, что редко достигается.
Нефтегазовые компании также заинтересованы в течениях мутности, потому что течения откладывают органическое вещество, которое с течением геологического времени погребается, сжимается и превращается в углеводороды. Для понимания этих вопросов обычно используется численное моделирование и лотки. Большая часть моделирования используется для воспроизведения физических процессов, которые управляют поведением течения и отложениями мутности.
Так называемые модели с усреднением по глубине или модели мелководья сначала вводятся для композиционных гравитационных течений, а затем расширяются до мутных течений. Типичные допущения, используемые вместе с моделями мелководья, следующие: поле гидростатического давления, прозрачная жидкость не уносится (или не выводится) и концентрация частиц не зависит от вертикального положения. Принимая во внимание простоту реализации, эти модели обычно могут достаточно точно предсказывать характеристики потока, такие как переднее положение или передняя скорость, в упрощенных геометрических формах, например в прямоугольных каналах.
С увеличением вычислительной мощности модели с разрешением по глубине стали мощным инструментом для изучения гравитационных и мутных течений. Эти модели, как правило, в основном ориентированы на решение уравнений Навье-Стокса для жидкой фазы. С разбавленной суспензией частиц подход Эйлера оказался точным для описания эволюции частиц в терминах континуального поля концентрации частиц. В этих моделях не требуются такие допущения, как модели мелководья, и поэтому для изучения этих течений выполняются точные расчеты и измерения. Следует упомянуть такие измерения, как поле давления, энергетический баланс, вертикальную концентрацию частиц и точную высоту отложений. Для моделирования этих течений используются как прямое численное моделирование (DNS), так и моделирование турбулентности.
