Устаревший осадок - Legacy sediment

Унаследованные отложения (LS) - это отложения отложений, унаследованные от увеличения человеческой деятельности со времен неолита . Сюда входит широкий спектр изменений землепользования и земного покрова , таких как расчистка сельскохозяйственных земель , лесозаготовка и расчистка местной растительности , добыча полезных ископаемых , строительство дорог , урбанизация , а также изменения, внесенные в речные системы в виде плотин и других инженерных сооружений. для контроля и регулирования естественных речных процессов (эрозия, осаждение, боковая миграция, меандрирование). Концепция LS используется в геоморфологии , экологии , а также в исследованиях качества воды и токсикологии .

ЖС распространяется пространственно неоднородным образом по всему ландшафту и накапливается, образуя различные формы рельефа . Он может прогрессировать через речную систему через фациальные изменения от Hillslope коллювия , в пойму и водно - болотных аллювий , в мелкозернистое озерных и устьевых отложения slackwater. Временной характер LS трансгрессивен во времени, что означает, что начало и пиковые скорости осаждения могут иметь место в разное время в пределах речной системы, а также в разное время между регионами. Периодический перенос ЖВ можно рассматривать как каскадную систему, которая перерабатывает отложения ЖВ со склонов холмов в каналы и на поймы, так что антропогенные отложения будут смешиваться с неантропогенными отложениями.

Речные системы фиксируют прошлые и настоящие отпечатки антропогенных изменений в окружающей среде . LS является элементом изменения в этом контексте, поскольку он управляет потоками энергии и вещества ( связность ) через речные системы и обеспечивает индикацию прошлых видов землепользования и динамики рек, которые могут определять будущие траектории реакции реки. В этом смысле признание концепции LS может принести пользу при разработке обоснованной политики в области восстановления водотоков , качества воды и управления бюджетом наносов , защиты водных экосистем и риска наводнений. Более того, последствия унаследованных эффектов, связанных с антропогенно измененной динамикой отложений, имеют решающее значение в контексте экосистемных услуг .

Определения

Постпаселенный аллювий

Определения преимущественно указывают на аллювий после заселения в Северной Америке, образовавшийся в результате сельскохозяйственных работ.

«Отложения наследия (сущ.) Отложения, которые (1) были размыты с горных склонов в течение нескольких столетий интенсивной расчистки земель, сельского хозяйства и фрезерования (на востоке США это происходило с конца 17-го до конца 19-го веков); (2) собираются по коридорам ручьев и по дну долин, заглубляя предзаселенные ручьи, поймы, заболоченные земли и сухие долины; и это изменило гидрологические, биологические, водные, прибрежные и химические функции ручьев и пойм рек до заселения; (3) накапливаются за повсеместно распространенными плотинами мельниц с низким напором в условиях слабой воды, в результате чего образуются толстые скопления мелкозернистых отложений, которые отличает «унаследованные отложения» от речных отложений, связанных с извилистыми потоками; (4) также могут накапливаться в виде более крупнозернистых, более плохо отсортированных коллювиальных (не связанных с переносом ручьев) отложений, обычно на окраинах долин; (5) могут содержать различные количества общего фосфора и азота, которые вносят свой вклад в нагрузку питательными веществами в водотоках ниже по течению в результате процессов береговой эрозии. . . ''

Эпизодические осадочные отложения антропогенного происхождения

В результате критики, связанной с ограниченным объемом и применимостью этого определения, было предложено более гибкое и общее определение, которое (1) включает более широкий спектр деятельности человека, (2) рассматривает больше типов отложений, помимо аллювия после поселений. и (3) учитывает пространственную (неоднородную) и временную (трансгрессивную во времени) изменчивость LS:

«Унаследованные отложения: земные материалы, в основном аллювий [или коллювий], отложившиеся в результате антропогенных нарушений, таких как вырубка лесов, использование сельскохозяйственных земель или добыча полезных ископаемых. Эта фраза часто используется для описания постевропейских отложений поймы, также известных как аллювий после поселений. отложений унаследованных отложений выросло в ответ на важность, которую они играют в балансе наносов, качестве воды, восстановлении рек, токсичности, связности боковых каналов и геоморфической теории ... ''

<< Унаследованные отложения - это в первую очередь аллювий [и коллювий], который был отложен в результате антропогенных нарушений в водоразделе. Нарушения могли быть в форме вырубки лесов, вспашки сельскохозяйственных земель, добычи полезных ископаемых или других изменений в землепользовании. В Северной Америке и Австралии, Унаследованные отложения распространены повсеместно и представляют собой эпизодическую эрозию в ответ на колонизацию земель европейскими поселенцами, которые внедрили технологии очистки земель Старого Света (например, стальные инструменты и плуги, запряженные тягловыми животными) и экспортную экономику. В этих условиях часто описываются унаследованные отложения в качестве аллювия после заселения (PSA), который может покрывать целые поймы и захоронить предпосадочную почву с толстым слоем относительно молодых слоистых отложений ».

Типы и родственные формы рельефа

Типы

LS включает отложения различной структуры и текстуры. Они могут быть коллювиальными, содержащими плохо отсортированные угловатые обломки горных пород, отложившихся в результате массового истощения или пластовых эрозионных процессов, аллювиальные, содержащие хорошо отсортированные округлые обломки и очень мелкозернистые взвешенные отложения, отложенные в результате речных процессов.

Связанные формы рельефа

Большая часть LS образуется на высокогорьях в результате эрозионных процессов, связанных с истощением массы, пластовым потоком, ручьями и балками . Осажденный коллювий имеет малое расстояние перемещения и накапливается в занавесках среднего склона вблизи места эрозии, в выступах или клиньях наносов у основания склона или в веерах в устьях оврагов, селевых потоков и притоков .

Поймы накапливают аллювий за счет бокового и вертикального наращивания , т.е. наносные отложения включаются в пойму. Эпизоды отложений отражают баланс между количеством имеющихся отложений и их способностью переноситься. Соответственно, природа ЗВ на поймах может быть разной: (1) ступенчатой, когда избыток наносов и дефицит транспортной способности заглубляет поймы в сплошные отложения, (2) каскадный, когда обилие наносов и ограниченная транспортная способность приводят к ряд частых, но разделенных карманов (3) перемежающихся, когда ограниченное поступление осадка, но эффективная транспортировка приводит к отложению только в локально изолированных карманах.

В условиях низкой энергии , таких как озера, заболоченные, эстуарии, Л.С. преобладают очень мелкозернистого материала, такого как илы и глины , а также формы пляжей и Beach- дюнных комплексов.

Источник для утопления отношений

Еще один способ концептуализировать пространственную структуру LS по всему водоразделу - использовать понятие зон источника и накопления или стока. Магазины отличаются от раковин своей временной устойчивостью в ландшафте: первые являются временными, а вторые - более долговечными. Высокогорья характеризуются местными хранилищами вблизи зоны образования наносов, с более крупными хранилищами ниже по течению в более широких долинах с небольшими уклонами. Магазины в этой части водораздела , как правило, имеют низкое время хранения, поскольку они периодически переделываются речной системой. Источники связаны со стоками через транспортные или перегрузочные зоны, обычно характеризующиеся либо высокой пропускной способностью, либо небольшим пространством для накопления наносов, например, крутые узкие долины, которые очень эффективны при переносе наносов вниз по течению. Раковины наиболее распространены в низколежащих районах с низким градиентом, где энергия потока рассеивается по большим поверхностям, так что аккумуляция является преобладающей. Здесь пространство для хранения и время пребывания отложений значительно увеличивается по сравнению с верхними частями водораздела.

Унаследованные эффекты

Научные исследования, документирующие широко распространенное изменение динамики отложений (т.е. поступление отложений, унос наносов, перенос, эрозия, осаждение и хранение) людьми, приводят к доказательствам того, что деятельность человека стала доминирующей в эрозионных, осадочных и геохимических процессах в экосистемах. Это особенно заметно в речных системах, учитывая, что реки являются самыми низкими топографическими точками любого ландшафта и, следовательно, собирают воду, растворенные вещества, минеральные отложения и особые органические вещества из ландшафта, а также осадки, растворенные вещества и твердые частицы из атмосферы. Кроме того, увеличение поступления наносов в реки, но сокращение переноса наносов в речной сети привело к возникновению унаследованных эффектов почти на всех реках мира. Например, несмотря на то, что ускоренная антропогенная эрозия почвы увеличила перенос наносов реками по всему миру на 2,3 (± 0,6) миллиарда метрических тонн в год, доставка наносов к побережьям и океанам мира сократилась на 1,4 (± 0,3) миллиарда метрических тонн. в год из-за удержания в резервуарах . Более 50% основных водосборных бассейнов мира находятся под воздействием плотин. По оценкам, только в Соединенных Штатах только 2% километров реки не затронуты плотинами.

Деятельность человека приводит к унаследованному воздействию на речные отложения, которое проявляется в изменении местоположения, количества и состава отложений. Унаследованные эффекты изменчивы во времени и в пространстве, и образующиеся отложения имеют разную пространственную протяженность, скорость накопления и время пребывания в речной системе. Например, удаление бобровых плотин может первоначально вызвать локальное осаждение в пределах части бассейна, составляющей всего несколько гектаров. Точно так же одна мельничная дамба, построенная в реке, увеличивает отложение наносов на нескольких гектарах. С другой стороны , строительство сотен километров Берегоукрепление структур, таких как дамбы , имеет гораздо более широкое влияние через таз почти исключает overbank седиментации. Точно так же удаление местной растительности в нагорной части бассейна может привести к значительному ухудшению дна долины почти на всем протяжении речной сети. Очистка сточных вод может удалить загрязненные отложения менее чем за год, но тяжелые металлы и синтетические химические вещества могут оставаться в речных отложениях в токсичных условиях на протяжении десятилетий или столетий.

Три основных эффекта антропогенного воздействия на экосистемы - это усиление седиментации, уменьшение или устранение седиментации и / или загрязнение отложений различными загрязнителями .

Повышенная седиментация

Отложения усиливаются за счет действий, которые либо увеличивают поступление наносов в реку с верхнего течения (например, сельскохозяйственная очистка, добыча полезных ископаемых, выпас скота) или других частей водосбора, либо снижают транспортную способность реки (например, регулирование стока).

Их последствия могут вызвать метаморфоз реки, то есть изменение морфологии реки в течение всей смены . Например, замена зерновых культур на картофель в Польше в конце 19 века привела к такому увеличению урожайности наносов, что извилистые реки превратились в переплетенные реки . При добыче меди в верховьях реки Ок-Теди в Папуа-Новой Гвинее образуется около 80 тысяч тонн отходов в день и 121 тысяча тонн пустой породы в день, которые были сброшены в реку и повлияли на все течение речной сети. , а также прибрежная среда. Десять лет спустя речная система отреагировала увеличением площади более 6 метров в некоторых частях бассейна. В Калифорнии река Медвежья все еще продолжает перерабатывать и опускать наносы, образовавшиеся в результате горных работ более чем через столетие после их прекращения.

Косвенно изменение климата может также усилить осаждение за счет изменений в структуре осадков и сбросов, которые, как было показано, приводят к увеличению массовых перемещений, изменению режима лесных пожаров и усилению таяния ледников.

Пониженная седиментация

Отложения уменьшаются или полностью удаляются, когда деятельность человека снижает выход наносов из верхнего течения (например, плотины и водохранилища в высокогорных районах, бассейны отстойников) или снижает физическую сложность речного русла (например, создание каналов , дренаж ) или отсоединяет русла рек от прилегающих пойм и водно-болотных угодий ( например, дамбы, удаление бобровых дамб и заторов / крупных древесных остатков ).

В результате быстрого строительства плотины в системе реки Меконг было построено 38 плотин (по состоянию на 2014 г.) и дополнительно предложено 133 плотины для основного и его притоков - если бы все они были построены, общая способность улавливания наносов составила бы 96%. По оценкам, около 100 миллиардов метрических тонн наносов в настоящее время хранятся в резервуарах, построенных за последние 50 лет. Строительство дамбы в нижнем течении реки Миссисипи сократило сток через берег на 90%. Меры по стабилизации берегов, связанные с этим проектом, снизили эрозию берегов и поперечную миграцию меандра, в то время как дамбы вызвали размыв дна во время низких потоков из-за увеличения скорости потока . В целом, этот проект привел к уменьшению накопления наносов в пойме с 89 600 до 7 000 квадратных километров в период с 1882 по 2000 год. В австралийской реке Канн вырубка древесины из канала превратила участки речной сети, расположенные ниже по течению, из стока наносов в источник наносов.

Загрязненный осадок

Деятельность человека вносит или концентрирует встречающиеся в природе (например, азот, фосфор) или синтетические загрязнители и загрязнители, которые абсорбируются в отложениях и могут привести, при токсичных уровнях, к хроническому или серьезному нарушению физиологических механизмов всех организмов. Наиболее распространенными загрязнителями, способными абсорбировать мелкий осадок, являются следовые количества металлов , питательные вещества (например, азот , фосфор ), полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ), патогены , полихлорированные бифенилы (ПХД), пестициды , летучие органические соединения (ЛОС).

Например, две хвостовые дамбы золотых рудников, расположенных в румынских притоках Дуная , вышли из строя, в результате чего на десятки километров вниз по течению высвободилось огромное количество загрязненной цианидом воды и отложений, что привело к гибели речных организмов и нарушению снабжения людей питьевой водой на несколько недель. В бассейне Рио-Сан-Хуан в Перу дренаж кислых шахт был отведен в естественное озеро, что привело к чрезвычайно высоким концентрациям меди, цинка и свинца в отложениях озера. Образцы, взятые Геологической службой США в 1993-2003 гг., Показали, что медианные концентрации азота и фосфора в сельскохозяйственных водотоках в шесть раз превышают фоновые уровни и что на территории США концентрации в водотоках обычно превышают уровни, рекомендованные Агентством по охране окружающей среды США. для защиты водной флоры и фауны.

Смотрите также

дальнейшее чтение

  • Воль, Э. (2004). Разъединенные реки: связь рек с ландшафтами . Издательство Йельского университета.
  • Бриерли, Г., Фрайрс, К. (2005). Геоморфология и управление реками: применение концепции стилей рек . Блэквелл Паблишинг.
  • Воль, Э. (2014). Реки в ландшафте: наука и управление . John Wiley & Sons, Ltd.

Внешние ссылки

Рекомендации