Отложение (геология) - Deposition (geology) - Wikipedia

Для более широкого освещения этой темы см. Транспорт осадка.

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

Отложение это геологический процесс, в котором отложения, почва и горные породы добавлены в форма рельефа или же суша. Ветер, лед, вода и сила тяжести транспорт ранее выдержанный материал поверхности, который при потере достаточного кинетическая энергия в жидкости откладывается, образуя слои осадка.

Отложение происходит, когда сил, ответственных за перенос отложений, больше не достаточно для преодоления сил тяжести и трение, создавая сопротивление движению; это известно как гипотеза нулевой точки. Отложение также может относиться к накоплению осадка из органическое вещество или же химические процессы. Например, мел частично состоит из микроскопических карбонат кальция скелеты морских планктон, осаждение которых вызвало химические процессы (диагенез ) для дальнейшего осаждения карбоната кальция. Точно так же формирование каменный уголь начинается с осаждения органического материала, в основном из растений, в анаэробный условия.

Гипотеза нулевой точки

Гипотеза нулевой точки объясняет, как осадок откладывается по всему 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] Эту концепцию также можно объяснить тем, что «осадок определенного размера может перемещаться по профилю в положение, в котором он находится в равновесии с волной и потоками, действующими на частицы 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 выносятся 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] 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.^[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 наносов, образованное водоворотом, 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 отложений 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 Акароа Харбор, Новая Зеландия, Мытье, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ., Бохайский залив и Западный Хуанг Сера, 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 загрузкой, либо подвешенной нагрузкой, останутся в покое, когда напряжение сдвига в слое и турбулентность жидкости недостаточны для движения отложений;^[4] с подвешенным грузом это может быть некоторое расстояние, так как частицы должны проходить сквозь толщу воды. Это определяется силой веса зерна, действующей вниз, и сочетанием плавучести и силы сопротивления жидкости. ^[4] и может быть выражено как:

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

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

куда:

• π это отношение длины окружности к ее диаметру.
• р - радиус сферического объекта (в м),
• ρ - массовая плотность жидкости (кг / м³),
• грамм это гравитационное ускорение (РС²),
• C_d - коэффициент лобового сопротивления, а
• ш_s - скорость оседания частицы (в м / с).

Чтобы рассчитать коэффициент лобового сопротивления, зерна Число Рейнольдса необходимо открыть, что зависит от типа жидкости, через которую протекает частица осадка, ламинарного потока, турбулентного потока или их комбинации. Когда жидкость становится более вязкой из-за меньшего размера зерен или большей скорости осаждения, прогноз становится менее однозначным, и его можно использовать для включения Закон Стокса (также известная как сила трения или сила сопротивления) оседания.^[4]

Отложение связных отложений

Слипание осадка происходит с мелкими размерами зерен, связанных с илами и глинами, или частицами размером менее 4ϕ на поверхности. фи шкала.^[4] Если эти мелкие частицы остаются диспергированными в толще воды, Закон Стокса относится к скорости осаждения отдельных зерен,^[4] хотя из-за того, что морская вода является сильной электролит связующий агент, флокуляция происходит, когда отдельные частицы создают электрическую связь, сцепляясь друг с другом, образуя 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] 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 расположен на Полуостров Бэнкс, Кентербери, Новая Зеландия, 43 ° 48' ю.ш. 172 ° 56'E / 43,800 ° ю.ш. 172,933 ° в.д. / -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 рубят, влияя на процессы осаждения в море.^[6] Отложения лёсса последующих ледниковых периодов были заполнены вулканическими трещинами на протяжении тысячелетий.^[7] в результате вулканический базальт и лёсс являются 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] обнаружено при батиметрической съемке, сито и пипетка Анализ сублиторальных отложений показал, что текстуры отложений были 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] Смотрите 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 гидравлического нагнетания с увеличением размера зерна. "Эта корреляция была продемонстрирована на низкоэнергетических глинистых приливных отмелях Бохайский залив (Китай), умеренная среда Цзянсу побережье (Китай), где донный материал илистый, и песчаные равнины высокоэнергетического побережья Мытье (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] принимает эту концепцию, далее объясняя, что мелкие частицы взвешиваются и перерабатываются в воздухе 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 с образованием шенье гряды 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 преимущественно характеризует режим с преобладанием эрозии.^[9]

Приложения для прибрежного планирования и управления

Теория нулевой точки вызвала споры в связи с ее принятием в основную прибрежную науку, поскольку теория работает в динамическое равновесие или нестабильное равновесие, 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 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 в ней велики»^[10]

Геоморфологи, инженеры, государственные органы и планировщики должны знать о процессах и результатах, связанных с гипотезой нулевой точки при выполнении таких задач, как питание на пляже, выдача согласия на строительство или строительство береговая оборона конструкции. 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 прибрежный 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]

Смотрите также

• Цементация (геология) - Процесс химического осаждения, связывающий осадочные зерна
• Кросс-слоистость
• Дрейф (геология)
• Флокуляция - Процесс, при котором коллоидные частицы выходят из суспензии и осаждаются в виде хлопьев или хлопьев
• Береговой дрейф - Осадки перемещаются прибрежным течением
• Overbank
• Осадочная порода - Порода, образованная отложением и последующей цементацией материала
• Осадочные структуры
• Поселение - Процесс оседания твердых частиц на дно жидкости и образования осадка.
• Параметр щитов
• Закон Стокса
• Поверхностные отложения

Рекомендации

1. Олдейл, Роберт Н. (1999). «Прибрежная эрозия на Кейп-Коде: некоторые вопросы и ответы». Мыс Натуралист, Журнал Музея естественной истории Кейп-Кода. 25: 70–76. Архивировано из оригинал на 2016-03-15. Получено 15 октября 2016.
2. Джоллифф, И. П. (1978). «Прибрежный и морской транспорт наносов». Прогресс в физической географии. 2 (2): 264–308. Дои:10.1177/030913337800200204. ISSN  0309-1333. S2CID  128679961.
3. Хорн, Дайан П. (1992). «Обзор и экспериментальная оценка равновесного размера зерна и идеального волнового профиля». Морская геология. 108 (2): 161–174. Дои:10.1016 / 0025-3227 (92) 90170-М. ISSN  0025-3227.
4. Масселинк, Герд; Хьюз, Майкл; Найт, Джаспер (2011). «Глава пятая - Осадки, пограничные слои и перенос: прибрежные процессы и геоморфология». Введение в прибрежные процессы и геоморфологию (2-е изд.). Лондон: Hodder Education. С. 105–147. ISBN  978-1-4441-2241-1. OCLC  795119869.
5. Hart, Deirdre E .; Тодд, Дерек Дж .; Нация, Томас Э .; Маквильямс, Зара А. (2009). Батиметрия морского дна и мягкие отложения в верхней гавани Акароа: исследование фонового картирования (PDF) (Отчет). Отчет о прибрежных исследованиях 1. Кентерберийский университет и DTec Consulting Ltd. ISBN  978-1-86937-976-6. Отчет ECan 09/44. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-02-01. Получено 2016-05-31.
6. Хефф, Дарлин Н .; Спигель, Роберт Х .; Росс, Алекс Х. (2005). «Свидетельства значительной ветровой циркуляции в гавани Акароа. Часть 1: Данные, полученные в ходе полевых исследований в сентябре-ноябре 1998 г.». Новозеландский журнал морских и пресноводных исследований. 39 (5): 1097–1109. Дои:10.1080/00288330.2005.9517378. ISSN  0028-8330.
7. Raeside, J. D. (1964). «Лессовые отложения Южного острова Новой Зеландии и сформированные на них почвы». Новозеландский журнал геологии и геофизики. 7 (4): 811–838. Дои:10.1080/00288306.1964.10428132. ISSN  0028-8306.
8. Wang, Y .; Коллинз, МБ; Чжу, Д. (1988). «Сравнительное исследование открытых прибрежных приливных отмелей: Уош (Великобритания), Бохайский залив и Западный Хуанг Сера (материковый Китай)». Материалы Международного симпозиума по прибрежной зоне. Пекин: China Ocean Press. С. 120–134.
9. 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.
10. Рассел, R.C.H. (1960). «Береговая эрозия и защита: девять вопросов и ответов». Документ по гидравлическим исследованиям. 3.