Подводный оползень - Submarine landslide

Скала конгломерата, расположенная в Пойнт-Рейес, Калифорния. Образованная подводным оползнем скала является примером турбидит

Подводные оползни находятся морской оползни который транспортный осадок через континентальный шельф и в глубокий океан. Подводный оползень начинается, когда ведущий стресс (сила тяжести и другие факторы) превышает сопротивляться стрессу материала уклона морского дна, вызывающего движения вдоль одной или нескольких поверхностей разрыва от вогнутых до плоских. Подводные оползни происходят в самых разных условиях, включая самолеты с углом наклона до 1 °, и могут нанести значительный ущерб как жизни, так и имуществу. Недавние успехи в понимании природы и процессов подводных оползней были достигнуты за счет использования гидролокатор бокового обзора и другие технологии картирования морского дна.[1][2][3]

Причины

Подводная лодка l Оползни имеют разные причины, которые связаны как с геологический характеристики оползневого материала и кратковременные факторы окружающей среды, влияющие на подводную среду. Общие причины оползней включают: i) наличие слабых геологических слоев, ii) избыточное давление из-за быстрого накопления осадочные отложения, iii) землетрясения, iv) нагружение штормовыми волнами и ураганы, v) газовый гидрат диссоциация, vi) грунтовые воды просачивание и высокое давление поровой воды, vii) ледниковый загрузка, viii) вулканический остров рост; ix) перекашивание.[1][2][3]

Слабые геологические слои

Наличие слабых геологических слоев является фактором, способствующим подводным оползням любого масштаба. Это было подтверждено изображениями морского дна, такими как полоса батиметрическая картографирование и 3D сейсмическое отражение данные. Несмотря на их повсеместное распространение, очень мало известно о природе и характеристиках слабых геологических слоев, поскольку они редко отбирались и очень мало геотехнический по ним велась работа. Примером оползня, вызванного слабыми геологическими слоями, является Слайд Storegga, возле Норвегия который имел общий объем 3 300 км³.[3][4]

Избыточное давление

Избыточное давление из-за быстрого отложение из осадок тесно связан со слабыми геологическими пластами. Пример оползней, вызванных избыточным давлением из-за быстрого осаждения, произошел в 1969 г. Дельта Миссисипи после Ураган Камил ударил по региону.[2]

Землетрясения

Землетрясения являются ключевым фактором, вызывающим большинство крупных подводных оползней. Землетрясения создают значительные нагрузки на окружающую среду и могут способствовать повышению давления поровой воды, что приводит к разрушению. Землетрясения вызвали Гранд Бэнкс оползень 1929 г., где 20 км3 подводный оползень возник после землетрясения.[3][5]

Загрузка штормовой волны

Загрузка штормовой волны и ураганы могут привести к подводным оползням в мелководных районах и были признаны одним из факторов, которые способствовали оползням, которые произошли на Дельта Миссисипи в 1969 г. после Ураган Камилла.[2]

Газовые гидраты

Ряд исследований показал, что газовые гидраты лежат под многими подводными склонами и могут способствовать возникновению оползня. Газовые гидраты представляют собой ледоподобные вещества, состоящие из воды и природного газа, которые стабильны при условиях температуры и давления, которые обычно наблюдаются на морском дне. Когда температура повышается или давление падает, газовый гидрат становится нестабильным, позволяя части гидрата диссоциировать и выпустить пузырьковую фазу. натуральный газ. Если поток поровой воды затруднен, эта зарядка газа приводит к избыточному давлению поровой воды и снижению устойчивости откоса. Считается, что диссоциация газовых гидратов способствовала возникновению оползней на глубине от 1000 до 1300 м у восточного побережья США и оползням Сторегга у восточного побережья США. Норвегия.[2][6]

Просачивание грунтовых вод

Просачивание грунтовых вод а повышенное давление поровой воды может вызвать подводные оползни. Повышенное давление поровой воды вызывает снижение сопротивления трения скольжению и может быть результатом нормальных процессов осадконакопления или может быть связано с другими причинами, такими как землетрясения, диссоциация газовых гидратов и ледниковая нагрузка.[3]

Ледниковая нагрузка

Отказ отложения на ледниковый поля в результате ледниковой нагрузки является обычным явлением и действует в широком спектре измерений, начиная от относительно небольших процессов массового истощения в фьорды до масштабных горок, охватывающих несколько тысяч квадратных километров. Факторами, которые являются существенными в оползнях, вызванных ледниковой нагрузкой, являются изгибание корки из-за нагрузки и разгрузки колеблющегося ледяного фронта, изменение дренажа и просачивания грунтовых вод, быстрое отложение низких пластичность илы, быстрое формирование морены и до над гемипелагиальными интерстаидальными отложениями. Примером, где ледниковая нагрузка приводит к оползням с подводных лодок, является Нюкский оползень северной Норвегия.[2][7][8]

Рост вулканического острова

Сбои на склоне из-за вулканический остров рост - один из самых крупных на Земле, объем которого составляет несколько кубических километров. Разрушение происходит в виде больших тел лава образуются над слабыми морскими отложениями, склонными к разрушению. Разрушение особенно характерно для зданий высотой более 2500 м, но редко для зданий менее 2500 м. Различия в поведении оползней значительны: некоторые из них едва успевают за ростом в верхней части вулкана, в то время как другие могут подниматься на большие расстояния, достигая длины оползней более 200 км. Подводные оползни вулканических островов происходят в таких местах, как Гавайские острова[1][9][10] и Острова Зеленого Мыса.[11]

Перегиб

Перекачивание вызвано чисткой из-за океанические течения и может привести к срабатыванию подводных оползней.[2]

В некоторых случаях взаимосвязь между причиной и возникшим оползнем может быть довольно четкой (например, провал слишком крутого склона), в то время как в других случаях взаимосвязь может быть не такой очевидной. В большинстве случаев несколько факторов могут способствовать возникновению оползня. Это хорошо видно на норвежском континентальном склоне, где расположены такие оползни, как Storegga и Traenadjupet относится к слабым геологическим слоям. Однако положение этих слабых слоев определяется региональными вариациями стиля осадконакопления, который сам по себе контролируется крупномасштабными факторами окружающей среды, такими как изменение климата между ледниковый и межледниковый условия. Даже с учетом всех вышеперечисленных факторов в конце концов было подсчитано, что для того, чтобы в конечном итоге инициироваться оползень, необходимо землетрясение.[1][3]

Среды, в которых обычно встречаются подводные оползни: фьорды, активный речные дельты на континентальная окраина, системы вентиляции подводного каньона, открытая континентальные склоны, а также океанические вулканические острова и хребты.[1]

Подводные оползневые процессы

Существует множество различных типов массовых движений подводных лодок. Все движения исключают друг друга, например, скольжение не может быть падением. Некоторые типы движений массы, такие как скольжение, можно отличить по морфологии с нарушенной ступенью, которая показывает, что движение несостоявшейся массы было лишь незначительным. Вытесненный материал на слайде движется по тонкой области высокой деформации. В потоках зона оползня останется оголенной, и смещенная масса может отложиться за сотни километров от начала оползня. Смещенные отложения при падении будут преимущественно перемещаться по воде, падая, подпрыгивая и катясь. Несмотря на разнообразие различных оползней, присутствующих в подводной среде, только оползни, потоки обломков и течения мутности вносят существенный вклад в перенос наносов под действием силы тяжести.[2][3]

Последние достижения в области 3-D сейсмическое картирование показали впечатляющие снимки подводных оползней Ангола и Бруней, в котором подробно показаны размеры транспортируемых блоков и их перемещение по морскому дну.[12][13]

Первоначально считалось, что подводные оползни в связных отложениях систематически и последовательно развивались вниз по склону от оползня к потоку обломков и потоку мутности за счет медленно увеличивающегося разложения и уноса воды. Однако сейчас считается, что эта модель, вероятно, является чрезмерным упрощением, поскольку некоторые оползни проходят многие сотни километров без каких-либо заметных изменений в течениях мутности, как показано на рисунке 3, в то время как другие полностью превращаются в течения мутности вблизи источника. Такой разброс в развитии различных подводных оползней связан с развитием векторов скорости в перемещаемой массе. Напряжение на месте, свойства осадка (особенно плотность) и морфология разрушенной массы будут определять, остановится ли ползун на небольшом расстоянии вдоль поверхности разрыва или превратится в поток, который распространяется на большие расстояния.[1][2]

Начальный плотность осадка играет ключевую роль в мобилизации в потоки и расстояниях, на которые будет проходить слайд. Если осадок представляет собой мягкий жидкий материал, то слайд, вероятно, будет перемещаться на большие расстояния и возникнет поток. Однако, если осадок более жесткий, то слайд будет перемещаться только на небольшое расстояние, и возникновение потока будет меньше. Кроме того, способность течь также может зависеть от количества энергии, передаваемой падающим осадкам во время аварии. Часто крупные оползни на окраине континента бывают сложными, и компоненты оползня, селей и течения мутности могут быть очевидны при исследовании остатков подводного оползня.[1][2][6][13]

Опасности

Основными опасностями, связанными с подводными оползнями, являются прямое разрушение инфраструктуры и цунами.

Оползни могут иметь значительные экономические последствия для инфраструктуры, например, разрыв оптоволоконных кабелей. подводные кабели связи и трубопроводов и повреждений на шельфе буровые платформы и может продолжать движение на уклонах до 1 °. Пример повреждения подводного кабеля был обнаружен на оползне Гранд-Бэнкс в 1929 году, когда оползень и возникшее в результате мутное течение разорвали серию подводных кабелей на расстоянии почти 600 км от начала оползня.[1][3][5] Дальнейшее разрушение инфраструктуры произошло, когда ураган Камилла обрушился на дельту Миссисипи в 1969 году, вызвав оползень, повредивший несколько морских буровых платформ.[2]

Подводные оползни могут представлять значительную опасность, когда вызывают цунами. Несмотря на то, что различные типы оползней могут вызвать цунами, все возникающие в результате цунами имеют схожие черты, такие как большие накатывания вблизи цунами, но более быстрое затухание по сравнению с цунами, вызванным землетрясениями. Примером этого является 17 июля 1998 г. Папуа-Новая Гвинея оползневое цунами, при котором волны высотой до 15 м обрушились на 20-километровый участок побережья, в результате чего погибло 2200 человек, однако на больших расстояниях цунами не представляло серьезной опасности. Это связано со сравнительно небольшой площадью очага большинства оползневых цунами (по сравнению с площадью, пострадавшей от сильных землетрясений), что вызывает генерацию более коротковолновых волн. На эти волны большое влияние оказывают прибрежное усиление (которое усиливает местный эффект) и радиальное демпфирование (которое уменьшает дистальный эффект).[3][14]

Недавние открытия показывают, что природа цунами зависит от объема, скорости, начального ускорения, длины и толщины оползня. Объем и начальное ускорение являются ключевыми факторами, определяющими, будет ли оползень образовывать цунами. Внезапное замедление оползня также может привести к появлению более крупных волн. Длина слайда влияет как на длину волны, так и на максимальную высоту волны. Время прохождения или конечное расстояние слайда также будут влиять на результирующую длину волны цунами. В большинстве случаев подводные оползни заметно подкритические, то есть Число Фруда (отношение скорости скольжения к распространению волны) значительно меньше единицы. Это говорит о том, что цунами уйдет от оползня, генерирующего волну, что предотвратит нарастание волны. Аварии на мелководье, как правило, вызывают более сильные цунами, потому что волна более критична, так как скорость распространения здесь меньше. Кроме того, более мелководье, как правило, находится ближе к берегу, что означает меньшее радиальное демпфирование к тому времени, когда цунами достигает берега. И наоборот, цунами, вызванные землетрясениями, более критичны, когда смещение морского дна происходит в глубоких водах океана, поскольку первая волна (на которую меньше влияет глубина) имеет более короткую длину волны и увеличивается при перемещении от более глубоких к более мелким водам.[3][14]

Последствия подводного оползня для инфраструктуры могут быть дорогостоящими, а цунами, вызванное оползнем, может быть как разрушительным, так и смертельным.

Доисторические подводные оползни

  • В Слайд Storegga, Норвегия, ок. 3,500 км3 (840 куб. Миль), ок. 8000 лет назад катастрофическое воздействие на современное прибрежное население мезолита.
  • В Горка Агульяс, ок. 20000 км3 (4800 куб. Миль), от Южной Африки, послеПлиоцен по возрасту, самый крупный из описанных[15]
  • В Руатория Обломки Лавины, выключенный Северный остров Новая Зеландия, ок. Объем 3000 км³, 170 000 лет назад.[16]
  • Катастрофический лавины обломков были обычным явлением на затопленных склонах вулканов океанских островов, таких как Гавайские острова и острова Зеленого Мыса.[11]

Гигантские горки по норвежскому краю

Слайд Storegga является одним из крупнейших недавних обнаруженных в мире подводных оползней. Как и многие другие подводные оползни из Северной Атлантики, он датируется плейстоцен-голоценом. Считается, что такие крупные подводные оползни чаще всего происходят либо во время оледенения северного полушария (NHG), либо во время дегляциации.[17][18][19][20] Во время ледникового или безледникового периода серия геологических процессов сильно изменила мелководную структуру подводной континентальной окраины. Например, изменение уровня моря во время оледенения и сопровождающее его падение уровня моря вызывают усиленные эрозионные процессы. Наступающие или отступающие ледники вызвали эрозию континента и доставили огромное количество наносов на континентальный шельф. Эти процессы привели к образованию желобоустьевых вееров, похожих на речные веера. Большое скопление наносов способствовало разрушению откосов, которые наблюдаются в подповерхностной структуре, когда сложенные обломки перемещаются друг над другом. Скольжение часто происходило по слабым слоям, которые имеют меньшую прочность на сдвиг из-за более высокого эффективного внутреннего порового давления, например. от растворения газогидрата, других флюидов или просто ослабления из-за контрастирующих свойств осадка в последовательности отложений. Землетрясения, вызванные изостатическим рикошетом из-за убывающих ледников, обычно рассматриваются как окончательные триггеры оползня.

В последние годы с помощью геофизических методов была обнаружена серия гигантских отложений массового транспорта (MTD), которые по объему намного больше, чем залежи оползня Сторегга, в нескольких местах в геологической геологической летописи норвежской континентальной окраины. Эти МПД превосходят по размеру любые обрушения склонов самых молодых высоколедниковых периодов. Отдельные отложения достигают мощности до 1 км, а самые крупные - до 300 км в длину. Внутренняя структура, отображаемая с помощью сейсмических методов, иногда имеет прозрачный или хаотический характер, что указывает на разрушение массы оползня. В других примерах субпараллельное наслоение поддерживает связное скольжение / оползание в большом масштабе. Локальные избыточные давления обозначаются диапировыми структурами, указывающими на субвертикальное движение под действием силы тяжести масс богатых водой отложений. Бассейны Норвегии и Шпицбергена содержат несколько таких гигантских МПД, возраст которых варьируется от плиоценового возраста 2,7–2,3 млн лет до ~ 0,5 млн лет. В бассейне Лофотенских островов [21] обнаружены аналогичные гигантские МПД, но при этом все слайды моложе ~ 1 млн лет. Продолжаются дискуссии о возникновении гигантских горок и их связи с оледенением северного полушария.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Хэмптон, М. и Локат, Дж. (1996) Подводные оползни. Обзоры геофизики, 34, 33–59.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k Локат, Дж. И Ли, Х. Дж. (2002) Подводные оползни: достижения и проблемы. Канадский геотехнический журнал, 39, 193.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j Мейсон, Д., Хабитц, С., Винн, Р., Педерсон, Дж. И Ловхольт, Ф. (2006) Подводные оползни: процессы, триггеры и защита от опасностей. Философские труды Королевского общества, 364, 2009–39.
  4. ^ Локат, Дж., Минерт, Дж. И Бойсверт, Л. (ред.) (2003) Массовые движения подводных лодок и их последствия: 1-й международный симпозиум. Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Бостон.
  5. ^ а б Nisbet, E .; Пайпер, Д. (1998). «Гигантские подводные оползни». Природа. 392 (6674): 329. Bibcode:1998Натура.392..329Н. Дои:10.1038/32765.
  6. ^ а б Хунербах В. и Массон Д. Г. (2004) Оползни в Северной Атлантике и прилегающих к ней морях: анализ их морфологии, условий и поведения. Морская геология, 213, 343–362.
  7. ^ Линдберг, Б., Лаберг, Дж. С. и Воррен, Т. О. (2004) Слайд Нюк - морфология, развитие и возраст частично затопленного подводного оползня на шельфе северной Норвегии. Морская геология, 213, 277–289.
  8. ^ Ваннест, М., Минерт, Дж. Р. и Байнз, С. (2006) Горка Хинлопен: гигантский подводный обрыв склона на северной окраине Шпицбергена в Северном Ледовитом океане. Письма о Земле и планетологии, 245, 373–388.
  9. ^ Митчелл, Н. (2003). «Восприимчивость вулканических островов и подводных гор в центре океана к крупномасштабным оползням». Журнал геофизических исследований. 108 (B8): 1–23. Bibcode:2003JGRB..108.2397M. Дои:10.1029 / 2002jb001997.
  10. ^ Moore, J. G .; Normark, W. R .; Холкомб, Р. Т. (1994). «Гигантские гавайские подводные оползни». Наука. 264 (5155): 46–47. Bibcode:1994Наука ... 264 ... 46М. Дои:10.1126 / science.264.5155.46. PMID  17778132.
  11. ^ а б Ле Бас, Т. (2007), "Обрушение склонов на флангах южных островов Зеленого мыса", в Lykousis, Vasilios (ed.), Подводные массовые движения и их последствия: 3-й международный симпозиум, Спрингер, ISBN  978-1-4020-6511-8
  12. ^ Джи М. Дж. Р., Уоттс А. Б., Массон Д. Г., Митчелл Н. С. Оползни и эволюция Эль Йерро на Канарских островах, Морская геология 177 (3–4) (2001) стр. 271–293.
  13. ^ а б Джи М.Дж.Р., Уай Х.С., Уоррен Дж., Морли К.К. и Ламбиас Дж. Дж. (2007) Брунейский оползень: гигантский подводный оползень на северо-западной окраине Борнео, обнаруженный с помощью трехмерных сейсмических данных. Морская геология, 246, 9–23.
  14. ^ а б Макаду Б.Г. и Уоттс П. (2004) Опасность цунами из-за подводных оползней на континентальном склоне Орегона. Морская геология, 203, 235–245.
  15. ^ Дингл, Р. В. (1977). «Анатомия большой подводной лодки на изрезанной континентальной окраине (Юго-Восточная Африка)». Журнал геологического общества. 134 (3): 293. Bibcode:1977JGSoc.134..293D. Дои:10.1144 / gsjgs.134.3.0293.
  16. ^ Гигантская лавина обломков руатории на северной окраине Хикуранги, Новая Зеландия: результат наклонной субдукции подводной горы. Agu.org. Проверено 16 декабря 2010.
  17. ^ Маслин, М .; Оуэн, М .; День, С .; Лонг, Д. (2004). «Связь провалов континентального склона и изменения климата: проверка гипотезы клатратной пушки». Геология. 32 (1): 53–56. Bibcode:2004Гео .... 32 ... 53М. Дои:10.1130 / G20114.1.
  18. ^ Оуэн, М .; День, С .; Маслин, М. (2007). «Позднеплейстоценовые движения подводных масс: возникновение и причины». Четвертичные научные обзоры. 26 (7–8): 958–078. Bibcode:2007QSRv ... 26..958O. Дои:10.1016 / j.quascirev.2006.12.011.
  19. ^ Ли, Х. (2009). «Время и время возникновения крупных подводных оползней на окраине Атлантического океана». Морская геология. 264 (1–2): 53–64. Bibcode:2009MGeol.264 ... 53L. Дои:10.1016 / j.margeo.2008.09.009.
  20. ^ Leynaud, D .; Mienert, J .; Ваннест, М. (2009). «Движение подводных масс на ледниковых и неледниковых окраинах европейских континентов: обзор пусковых механизмов и предпосылок к неудаче». Морская и нефтяная геология. 26 (5): 618–632. Дои:10.1016 / j.marpetgeo.2008.02.008.
  21. ^ Hjelstuen, B., O .; Eldholm, O .; Фалейде, Дж., И. (2007). «Повторяющиеся плейстоценовые мега-провалы на юго-западе Баренцева моря». Письма по науке о Земле и планетах. 258 (3–4): 605–618. Bibcode:2007E и PSL.258..605H. Дои:10.1016 / j.epsl.2007.04.025.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)

дальнейшее чтение

внешняя ссылка