Осадок - Sediment

Река сбрасывает отложения в океан

Осадки - это естественный материал, который разрушается в результате процессов выветривания и эрозии и впоследствии переносится ветром, водой или льдом или силой тяжести, действующей на частицы. Например, песок и ил могут переноситься во взвешенном состоянии в речной воде и, достигнув морского дна, могут быть отложены в результате осаждения ; в случае захоронения они могут в конечном итоге стать песчаником и алевролитом ( осадочными породами ) в результате литификации .

Осадки чаще всего переносятся водой ( речные процессы ), но также ветром ( эоловые процессы ) и ледниками . Пляж песок и реки канал месторождения являются примерами речного транспорта и осаждения , хотя осадок часто оседает из медленно двигающихся или стоячей воды в озерах и океанах. Песчаные дюны и лёсс пустыни являются примерами эолового переноса и отложений. Ледниковые моренные отложения и тиллы - это отложения, переносимые льдом.

Классификация

Осадок можно классифицировать по размеру зерен, форме зерен и составу.

Размер зерна

Размер отложений измеряется по логарифмической шкале с основанием 2, называемой шкалой «Phi», которая классифицирует частицы по размеру от «коллоидных» до «валунных».

масштаб φ Диапазон размеров
(метрические)
Диапазон размеров
(дюймы)
Агрегатный класс
(Вентворт)
Другие имена
<−8 > 256 мм > 10,1 дюйма Боулдер
От −6 до −8 64–256 мм 2,5–10,1 дюйма Булыжник
От −5 до −6 32–64 мм 1,26–2,5 дюйма Очень крупный гравий Галька
От −4 до −5 16–32 мм 0,63–1,26 дюйма Крупный гравий Галька
От −3 до −4 8–16 мм 0,31–0,63 дюйма Средний гравий Галька
От −2 до −3 4–8 мм 0,157–0,31 дюйма Мелкий гравий Галька
От −1 до −2 2–4 мм 0,079–0,157 дюйма Очень мелкий гравий Гранулы
От 0 до -1 1–2 мм 0,039–0,079 дюйма Очень крупный песок
От 1 до 0 0,5–1 мм 0,020–0,039 дюйма Крупнозернистый песок
2 к 1 0,25–0,5 мм 0,010–0,020 дюйма Средний песок
3 к 2 125–250 мкм 0,0049–0,010 дюйма Хороший песок
4 к 3 62,5–125 мкм 0,0025–0,0049 дюйма Очень мелкий песок
8 к 4 3,9–62,5 мкм 0,00015–0,0025 дюйма Ил Грязь
> 8 <3,9 мкм <0,00015 дюйма Глина Грязь
> 10 <1 мкм <0,000039 дюйма Коллоид Грязь

Форма

Схематическое изображение разницы в форме зерен. Показаны два параметра: сферичность (по вертикали) и округление (по горизонтали).

Форму частиц можно определить по трем параметрам. Форма является общая форма частицы, причем общие описания быть сферической, пластинчатой или палочковидные. Округлости является мерой того , насколько острые углы зерен. Он варьируется от хорошо округленных зерен с гладкими углами и краями до плохо округленных зерен с острыми углами и краями. Наконец, текстура поверхности описывает мелкие детали, такие как царапины, ямки или гребни на поверхности зерна.

Форма

Форма (также называемая сферичностью ) определяется путем измерения размера частицы по ее главным осям. Уильям К. Крамбейн предложил формулы для преобразования этих чисел в единую меру формы, например

где , и - длины длинной, промежуточной и короткой осей частицы. Форма изменяется от 1 для идеально сферической частицы до очень малых значений для пластинчатой ​​или стержневой частицы.

Альтернативная мера была предложена Снидом и Фолком:

который, опять же, изменяется от 0 до 1 с увеличением сферичности.

Округлость

Сравнительная таблица для оценки округлости зерен осадка

Округлость описывает, насколько острые края и углы частицы. Для его точного измерения были разработаны сложные математические формулы, но их трудно применить, и большинство геологов оценивают округлость по сравнительным диаграммам. Общие описательные термины варьируются от очень угловатых до угловатых, от субугловых, от полукруглых до округлых до очень округлых, с возрастающей степенью округлости.

Текстура поверхности

Текстура поверхности описывает мелкие детали зерна, такие как ямки, трещины, гребни и царапины. Чаще всего их оценивают на зернах кварца , потому что они сохраняют свои отметки на поверхности в течение длительных периодов времени. Текстура поверхности варьируется от полированной до матовой и может раскрыть историю транспортировки зерна; например, замороженные зерна особенно характерны для эоловых отложений, переносимых ветром. Оценка этих характеристик часто требует использования сканирующего электронного микроскопа .

Состав

Состав осадка можно измерить с точки зрения:

Это приводит к неоднозначности, в которой глина может использоваться как для диапазона размеров, так и для состава (см. Глинистые минералы ).

Транспорт осадка

Осадки накапливаются на искусственных волнорезах, потому что они снижают скорость потока воды, поэтому поток не может нести столько наносов.
Ледниковый перенос валунов. Эти валуны будут откладываться по мере отступления ледника.

Осадок переносится в зависимости от силы потока, который его переносит, и его собственного размера, объема, плотности и формы. Более сильные потоки увеличивают подъемную силу и сопротивление частицы, заставляя ее подниматься, в то время как более крупные или более плотные частицы с большей вероятностью будут падать через поток.

Речные процессы: реки, ручьи и сухопутные потоки.

Движение частиц

Реки и ручьи несут в свои потоки наносы. Этот осадок может находиться в различных местах потока, в зависимости от баланса между восходящей скоростью частицы (силы сопротивления и подъемной силы) и скоростью оседания частицы. Эти соотношения показаны в следующей таблице для числа Рауза , которое представляет собой отношение скорости осаждения наносов (скорости падения) к скорости движения вверх.

куда

Кривая Хьюлстрема : скорости течений, необходимых для эрозии, переноса и осаждения (осаждения) частиц отложений разного размера.
Вид транспорта Число роз
Кровать нагрузка > 2,5
Подвешенная нагрузка : 50% Подвешенная > 1,2, <2,5
Подвешенная нагрузка : 100% подвешенная > 0,8, <1,2
Стирать загрузку <0,8

Если восходящая скорость приблизительно равна скорости осаждения, осадок будет перемещаться вниз по потоку полностью в виде подвешенного груза . Если восходящая скорость намного меньше, чем скорость осаждения, но все же достаточно высока для движения осадка (см. Начало движения ), он будет перемещаться вдоль слоя в качестве нагрузки слоя путем качения, скольжения и сальтации (подпрыгивания в потоке). , будучи перемещенным на небольшое расстояние, а затем снова оседая). Если восходящая скорость выше, чем скорость осаждения, осадок будет переноситься высоко в потоке в качестве промывочной загрузки .

Поскольку в потоке обычно имеется диапазон частиц различных размеров, для материалов разных размеров характерно движение через все области потока для заданных условий потока.

Флювиальные русла

Современная асимметричная рябь появилась на песке на дне реки Хантер в Новом Южном Уэльсе, Австралия. Направление потока справа налево.
Извилистые дюны, обнаженные во время отлива на реке Корнуоллис возле Вулфвилля, Новая Шотландия
Месторождение древнего канала в формации Стеллартон ( Пенсильвания ), Угольная яма, недалеко от Торберна, Новая Шотландия.

Движение наносов может создавать самоорганизующиеся структуры, такие как рябь , дюны или антидюны на русле реки или ручья . Эти формы пластов часто сохраняются в осадочных породах и могут использоваться для оценки направления и величины потока, отложившего отложения.

Поверхностный сток

Сухопутный поток может размывать частицы почвы и переносить их вниз по склону. Эрозия, связанная с сухопутным стоком, может происходить разными способами в зависимости от метеорологических условий и условий потока.

  • Если при первоначальном ударе дождевых капель почва смещается, это явление называется дождевой эрозией.
  • Если наземный сток непосредственно отвечает за унос наносов, но не образует оврагов, это называется «пластовой эрозией».
  • Если поток и субстрат допускают образование каналов, могут образоваться овраги; это называется «овражной эрозией».

Основные флювиальные среды осадконакопления

Основные речные (реки и ручьи) среды для отложения отложений включают:

Эоловые процессы: ветер

Ветер приводит к переносу мелких отложений и образованию полей песчаных дюн и почвы из переносимой по воздуху пыли.

Ледниковые процессы

Ледниковые отложения из Монтаны

Ледники несут осадок разного размера и откладывают его в моренах .

Баланс массы

Общий баланс между переносимыми наносами и отложениями на пласте определяется уравнением Экснера . Это выражение утверждает, что скорость увеличения высоты пласта из-за отложений пропорциональна количеству осадка, выпадающего из потока. Это уравнение важно тем, что изменения мощности потока изменяют способность потока переносить отложения, и это отражается в схемах эрозии и отложений, наблюдаемых по всему потоку. Это можно локализовать и просто за счет небольших препятствий; примерами являются промывные ямы за валунами, где поток ускоряется, и отложения на внутренней стороне изгибов меандра . Эрозия и осаждение также могут быть региональными; эрозия может произойти из-за сноса плотины и падения уровня основания . Отложения могут происходить из-за строительства плотины, которая заставляет реку объединяться и отлагать всю свою нагрузку, или из-за повышения базового уровня.

Берега и мелководье

Море, океаны и озера со временем накапливают отложения. Осадки могут состоять из терригенного материала, который происходит на суше, но может откладываться либо в наземной, морской или озерной (озерной) среде, либо из отложений (часто биологических), возникающих в водоеме. Терригенный материал часто поступает из близлежащих рек и ручьев или из переработанных морских отложений (например, песка ). В середине океана экзоскелеты мертвых организмов в первую очередь ответственны за накопление отложений.

Осадочные отложения являются источником осадочных пород , которые могут содержать окаменелости обитателей водоема, которые после смерти были покрыты накопившимися осадками. Осадки озерного дна, которые не затвердели в горные породы, могут использоваться для определения прошлых климатических условий.

Ключевые морские условия осадконакопления

Основные области отложения отложений в морской среде включают:

  • Прибрежные пески (например, пляжный песок, речной песок, прибрежные косы и косы, в основном обломочные с небольшим содержанием фауны)
  • Континентальный шельф ( илистые глины , увеличивающаяся морская фауна).
  • Край шельфа (низкое терригенное питание, преимущественно известковые скелеты фауны)
  • Склон шельфа (значительно больше мелкозернистых алевритов и глин)
  • Слои эстуариев с образовавшимися отложениями получили название « заливной грязи ».

Еще одна среда осадконакопления, которая представляет собой смесь речных и морских вод, - это турбидитовая система, которая является основным источником отложений в глубоких осадочных и абиссальных бассейнах, а также в глубоких океанических желобах .

Любая депрессия в морской среде, где со временем накапливаются отложения, называется ловушкой для наносов .

Теория нулевой точки объясняет, как отложения наносов подвергаются гидродинамическому процессу сортировки в морской среде, ведущему к оребрению в сторону моря размером зерен осадка.

Экологические проблемы

Эрозия и доставка сельскохозяйственных наносов в реки

Одной из причин высоких нагрузок наносов являются подсечно-огневым и огневым земледелием из тропических лесов. Когда поверхность земли очищается от растительности, а затем иссушается от всех живых организмов, верхние слои почвы становятся уязвимыми как для ветровой, так и для водной эрозии. В ряде регионов земли целые сектора страны стали подвержены эрозии. Например, на высоком центральном плато Мадагаскара , которое составляет примерно десять процентов площади суши этой страны, большая часть суши обезвожена, а овраги размылись в подстилающую почву, образуя характерные овраги, называемые лаваками . Обычно они имеют ширину 40 метров (130 футов), длину 80 метров (260 футов) и глубину 15 метров (49 футов). В некоторых районах имеется до 150 лаваков на квадратный километр, и на лаваки может приходиться 84% всех наносов, выносимых реками. Это заиление приводит к обесцвечиванию рек до темно-красно-коричневого цвета и приводит к гибели рыбы.

Эрозия также является проблемой в районах современного земледелия, где удаление местной растительности для выращивания и сбора урожая одного вида культур оставило почву без поддержки. Многие из этих регионов находятся рядом с реками и водосборами. Потеря почвы из-за эрозии приводит к удалению полезных сельскохозяйственных угодий, увеличению наносов и может способствовать переносу антропогенных удобрений в речную систему, что приводит к эвтрофикации .

Коэффициент выноса наносов (SDR) представляет собой долю общей эрозии (межловниковой, ручейной, овражной и русловой эрозии), которая, как ожидается, будет доставлена ​​к устью реки. Перенос и осаждение наносов можно моделировать с помощью моделей распределения отложений, таких как WaTEM / SEDEM. В Европе, согласно оценкам модели WaTEM / SEDEM, коэффициент доставки отложений составляет около 15%.

Развитие прибрежных зон и отложения у коралловых рифов

Развитие водоразделов возле коралловых рифов является основной причиной стресса кораллов, связанного с наносами. Удаление естественной растительности на водоразделе в целях развития подвергает почву повышенному ветру и осадкам и, как следствие, может привести к тому, что открытые отложения станут более восприимчивыми к эрозии и попаданию в морскую среду во время дождей. Осадки могут во многих отношениях негативно влиять на кораллы, например, физически задушая их, истирая их поверхности, заставляя кораллы расходовать энергию во время удаления отложений и вызывая цветение водорослей, которое в конечном итоге может привести к уменьшению пространства на морском дне, где могут появиться молодые кораллы (полипы). решить.

Когда осадки попадают в прибрежные районы океана, пропорция отложений суши, моря и органических веществ, которые характеризуют морское дно вблизи источников выхода наносов, изменяется. Кроме того, поскольку источник наносов (например, суша, океан или органические вещества) часто коррелирует с тем, насколько в среднем крупный или мелкий размер зерен наносов, характеризующих территорию, гранулометрический состав осадка будет смещаться в соответствии с относительным вкладом земли ( обычно мелкие), морские (обычно грубые) и органические (изменяются с возрастом) отложения. Эти изменения в морских отложениях характеризуют количество отложений, взвешенных в толще воды в любой момент времени, и стресс кораллов, связанный с отложениями.

Биологические соображения

В июле 2020 года морские биологи сообщили, что аэробные микроорганизмы (в основном), находящиеся в состоянии « почти приостановленной анимации », были обнаружены в бедных органическими веществами отложениях возрастом до 101,5 миллиона лет, на 250 футов ниже морского дна в Южно-Тихоокеанском круговороте (SPG). («самое мертвое место в океане») и может быть самой долгоживущей формой жизни, которую когда-либо находили.

Смотрите также

  • Бар (морфология реки)  - возвышенная область наносов в реке, которая была отложена потоком.
  • Бугорки пляжа  - образования на береговой линии, состоящие из отложений разной степени тяжести в виде дуги.
  • Биоргексистази
  • Bioswale  - элементы ландшафта, предназначенные для удаления мусора и загрязнений из поверхностных сточных вод.
  • Декантация
  • Отложение (геология)  - геологический процесс, при котором осадки, почва и горные породы добавляются к рельефу или массиву суши.
  • Среда осаждения  - сочетание физических, химических и биологических процессов, связанных с осаждением определенного типа отложений.
  • Эрозия  - естественные процессы, разрушающие почву и камни.
  • Уравнение Экснера
  • Размер зерен, также известный как размер частиц - диаметр отдельных зерен осадка или литифицированных частиц в обломочных породах.
  • Дождевая пыль , также известная как осадки осадка
  • Реголит  - слой рыхлых неоднородных поверхностных отложений, покрывающих твердую породу.
  • Песок  - гранулированный материал, состоящий из мелкодисперсных частиц породы и минеральных частиц.
  • Седиментология  - изучение природных отложений и процессов, в результате которых они образуются.
  • Ловушка для отложений  - любая топографическая впадина, в которой осадки существенно накапливаются с течением времени.
  • Оседание  - процесс, при котором твердые частицы оседают на дно жидкости и образуют осадок.
  • Поверхностный сток  - поток избыточной дождевой воды, не просачивающейся в землю над ее поверхностью.

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Протеро, Дональд Р .; Шваб, Фред (1996), Осадочная геология: Введение в осадочные породы и стратиграфию , WH Freeman, ISBN 978-0-7167-2726-2
  • Сивер, Раймонд (1988), Sand , Нью-Йорк: Научная американская библиотека, ISBN 978-0-7167-5021-5
  • Николс, Гэри (1999), седиментология и стратиграфия , Малден, Массачусетс: Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-632-03578-6
  • Ридинг, Х.Г. (1978), Осадочные среды: процессы, фации и стратиграфия , Кембридж, Массачусетс: Blackwell Science, ISBN 978-0-632-03627-1