Осадок

Твёрдые частицы, которые оседают на поверхности земли.

Река Тибр сбрасывает осадок в океан

Осадок — это природный материал, который разрушается в результате процессов выветривания и эрозии и впоследствии переносится под действием ветра, воды или льда или силой тяжести, действующей на частицы. Например, песок и ил могут переноситься в виде суспензии в речной воде и, достигнув морского дна, откладываться в результате седиментации ; если они захоронены, они могут в конечном итоге стать песчаником и алевритом ( осадочными породами ) посредством литификации .

Осадки чаще всего переносятся водой ( речные процессы ), а также ветром ( эоловые процессы ) и ледниками . Пляжные пески и отложения в руслах рек являются примерами речного переноса и отложения , хотя осадки также часто оседают из медленно текущей или стоячей воды в озерах и океанах. Песчаные дюны пустыни и лесс являются примерами эолового переноса и отложения. Отложения ледниковой морены и тилль являются отложениями, переносимыми льдом.

Классификация

Осадки в Мексиканском заливе

Осадочные отложения у полуострова Юкатан

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

Размер зерна

Размер осадка измеряется по шкале логарифмов с основанием 2, называемой шкалой «Фи», которая классифицирует частицы по размеру от «коллоидных» до «валунных».

Форма

Схематическое изображение разницы в форме зерна. Показаны два параметра: сферичность (вертикальная) и округлость (горизонтальная).

Форму частиц можно определить с помощью трех параметров. Форма — это общая форма частицы, ее обычно описывают как сферическую, пластинчатую или стержневидную. Округлость — это мера того, насколько острые углы зерен. Она варьируется от хорошо округлых зерен с гладкими углами и краями до плохо округлых зерен с острыми углами и краями. Наконец, текстура поверхности описывает мелкомасштабные особенности, такие как царапины, ямки или выступы на поверхности зерна. ^[1]

Форма

Форма (также называемая сферичностью ) определяется путем измерения размера частицы по ее главным осям. Уильям К. Крумбейн предложил формулы для преобразования этих чисел в единую меру формы, ^[2] например

${\displaystyle \psi _{l}={\sqrt[{3}]{\frac {D_{S}D_{I}}{D_{L}^{2}}}}}$

где , , и — длины длинной, средней и короткой осей частицы. ^[3] Форма варьируется от 1 для идеально сферической частицы до очень малых значений для пластинчатой ​​или стержнеобразной частицы. ${\displaystyle D_{L}}$ ${\displaystyle D_{I}}$ ${\displaystyle D_{S}}$ ${\displaystyle \psi _{l}}$

Альтернативная мера была предложена Снидом и Фолком: ^[4]

${\displaystyle \psi _{p}={\sqrt[{3}]{\frac {D_{S}^{2}}{D_{L}D_{I}}}}}$

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 ее точного измерения были разработаны сложные математические формулы, но их трудно применять, и большинство геологов оценивают округлость по сравнительным таблицам. Распространенные описательные термины варьируются от очень угловатого до угловатого, до подуглового, до полуокруглого, до округлого, до очень округлого, с возрастающей степенью округлости. ^[5]

Текстура поверхности

Текстура поверхности описывает мелкомасштабные особенности зерна, такие как ямки, трещины, гребни и царапины. Чаще всего они оцениваются на кварцевых зернах, поскольку они сохраняют свои поверхностные отметины в течение длительного периода времени. Текстура поверхности варьируется от полированной до матовой и может раскрыть историю транспортировки зерна; например, матовые зерна особенно характерны для эоловых осадков, переносимых ветром. Оценка этих особенностей часто требует использования сканирующего электронного микроскопа . ^[6]

Состав

Состав осадка можно оценить по следующим показателям:

• Литология материнской породы
• Минеральный состав
• Химический состав

Это приводит к неоднозначности, когда глина может использоваться как в качестве диапазона размеров, так и в качестве состава (см. глинистые минералы ).

Транспортировка осадка

На искусственных волнорезах скапливается осадок, поскольку они снижают скорость течения воды, и поэтому река не может переносить столько осадка.

Ледниковый перенос валунов. Эти валуны будут откладываться по мере отступления ледника.

Осадок переносится на основе силы потока, который его переносит, а также его собственного размера, объема, плотности и формы. Более сильные потоки увеличат подъемную силу и сопротивление частицы, заставляя ее подниматься, в то время как более крупные или плотные частицы с большей вероятностью провалятся сквозь поток.

Речные процессы

Глубокие, разрушающиеся ледниково-флювиальные отложения вдоль реки Матануска , Аляска

В географии и геологии процессы речных отложений или транспорт речных отложений связаны с реками и ручьями , а также отложениями и формами рельефа , созданными отложениями. Это может привести к образованию ряби и дюн , фрактальных моделей эрозии, сложных моделей естественных речных систем, а также к развитию пойм и возникновению внезапных паводков . Отложения, перемещаемые водой, могут быть больше отложений, перемещаемых воздухом, поскольку вода имеет как большую плотность, так и вязкость . В типичных реках самые крупные переносимые отложения имеют размер песка и гравия , но более крупные паводки могут переносить булыжники и даже валуны .

Когда поток или реки связаны с ледниками , ледяными щитами или ледяными шапками , используется термин «гляциофлювиальный» или «флювиогляциальный» , как в случае с перигляциальными потоками и прорывами ледниковых озер . ^{[7] [8]} Процессы флювиальных отложений включают движение осадков и эрозию или осаждение на дне реки . ^{[9] [10]}

Эоловые процессы: ветер

Ветер приводит к переносу мелкодисперсных осадков и образованию песчаных дюн и почв из переносимой по воздуху пыли.

Ледниковые процессы

Ледниковые отложения из Монтаны

Ледники переносят осадки самых разных размеров и откладывают их в моренах .

Баланс массы

Общий баланс между осадками в транспорте и осадками, отлагающимися на дне, определяется уравнением Экснера . Это выражение утверждает, что скорость увеличения высоты дна из-за отложения пропорциональна количеству осадка, выпадающего из потока. Это уравнение важно тем, что изменения в мощности потока изменяют способность потока переносить осадки, и это отражается в моделях эрозии и отложения, наблюдаемых на протяжении всего потока. Это может быть локализовано и просто из-за небольших препятствий; примерами являются выбоины за валунами, где поток ускоряется, и отложение на внутренней стороне изгибов меандра . Эрозия и отложение также могут быть региональными; эрозия может происходить из-за удаления плотины и падения базового уровня . Отложение может происходить из-за возведения плотины, которая заставляет реку собираться и откладывать всю свою нагрузку, или из-за повышения базового уровня.

Берега и мелководье

Моря, океаны и озера накапливают осадок с течением времени. Осадок может состоять из терригенного материала, который возникает на суше, но может быть отложен в наземной, морской или озерной (озеро) среде, или из осадков (часто биологических), происходящих из водоема. Терригенный материал часто поставляется близлежащими реками и ручьями или переработанными морскими осадками (например, песком ). В середине океана экзоскелеты мертвых организмов в первую очередь ответственны за накопление осадка.

Отложенные отложения являются источником осадочных пород , которые могут содержать окаменелости обитателей водоема, которые после смерти были покрыты накапливающимся осадком. Осадочные отложения на дне озера, которые не затвердели в скалу, могут быть использованы для определения прошлых климатических условий.

Основные морские условия осадконакопления

Голоценовый эолианит и карбонатный пляж на Лонг-Айленде, Багамы

Основные области отложения осадков в морской среде включают:

• Прибрежные пески (например, пляжные пески, пески речного стока, прибрежные отмели и косы, в основном обломочные с небольшим содержанием фауны)
• Континентальный шельф ( илистые глины , увеличивающееся содержание морской фауны).
• Окраина шельфа (слабое терригенное питание, в основном известковые скелеты фауны)
• Склон шельфа (гораздо больше мелкозернистых илов и глин)
• Русла эстуариев с образующимися отложениями, называемыми « заливной ил ».

Еще одной средой осадконакопления, которая представляет собой смесь речных и морских условий, является турбидитная система, которая является основным источником осадков для глубоких осадочных и абиссальных бассейнов , а также глубоких океанических желобов .

Любое углубление в морской среде, где со временем накапливаются отложения, называется седиментационной ловушкой .

Теория нулевой точки объясняет, как отложение осадков подвергается процессу гидродинамической сортировки в морской среде, что приводит к уменьшению размера зерен осадка по направлению к морю.

Экологические проблемы

Эрозия и попадание сельскохозяйственных осадков в реки

Одной из причин высокого содержания осадка является подсечно-огневое и сменное земледелие тропических лесов. Когда поверхность земли лишается растительности, а затем иссушается всеми живыми организмами, верхние слои почвы становятся уязвимыми как для ветровой, так и для водной эрозии. В ряде регионов Земли целые секторы страны стали подверженными эрозии. Например, на высоком центральном плато Мадагаскара , которое составляет примерно десять процентов площади этой страны, большая часть суши лишена растительности, а овраги размыты в подстилающей почве, образуя характерные овраги, называемые лаваками . Они обычно имеют ширину 40 метров (130 футов), длину 80 метров (260 футов) и глубину 15 метров (49 футов). ^[11] В некоторых районах насчитывается до 150 лавак/квадратный километр, ^[12] и лаваки могут составлять 84% всех отложений, переносимых реками. ^[13] Это заиление приводит к изменению цвета рек на темно-красно-коричневый и приводит к гибели рыбы. Кроме того, заиление речных бассейнов подразумевает управление осадками и расходы на заиление. Стоимость удаления приблизительно 135 миллионов м ³ накопленных осадков только из-за водной эрозии, вероятно, превышает 2,3 миллиарда евро (€) в год в ЕС и Великобритании, с большими региональными различиями между странами. ^[14]

Эрозия также является проблемой в районах современного земледелия, где удаление местной растительности для выращивания и сбора урожая одного типа сельскохозяйственных культур оставило почву без поддержки. ^[15] Многие из этих регионов находятся вблизи рек и дренажей. Потеря почвы из-за эрозии удаляет полезные сельскохозяйственные угодья, увеличивает нагрузку на осадки и может способствовать транспортировке антропогенных удобрений в речную систему, что приводит к эвтрофикации . ^[16]

Коэффициент доставки осадка (SDR) — это доля общей эрозии (межбереговая, ручейковая, овражная и ручьевая эрозия), которая, как ожидается, будет доставлена ​​к устью реки. ^[17] Перенос и отложение осадка можно моделировать с помощью моделей распределения осадка, таких как WaTEM/SEDEM. ^[18] В Европе, согласно оценкам модели WaTEM/SEDEM, коэффициент доставки осадка составляет около 15%. ^[19]

Развитие побережья и седиментация вблизи коралловых рифов

Развитие водораздела вблизи коралловых рифов является основной причиной стресса кораллов, связанного с осадками. Удаление естественной растительности в водоразделе для развития подвергает почву усилению ветра и осадков и, как следствие, может привести к тому, что обнаженные осадки станут более восприимчивыми к эрозии и попаданию в морскую среду во время ливней. Осадки могут негативно влиять на кораллы многими способами, например, физически душить их, истирать их поверхности, заставлять кораллы тратить энергию во время удаления осадка и вызывать цветение водорослей, что в конечном итоге может привести к сокращению пространства на морском дне, где могут поселиться молодые кораллы (полипы).

Когда отложения попадают в прибрежные районы океана, изменяется соотношение наземных, морских и органических отложений, характеризующих морское дно вблизи источников выхода отложений. Кроме того, поскольку источник отложений (т. е. суша, океан или органически) часто коррелирует с тем, насколько грубыми или мелкими являются размеры зерен осадка, характеризующие область в среднем, распределение размеров зерен отложений будет смещаться в соответствии с относительным поступлением наземных (обычно мелких), морских (обычно грубых) и органических отложений (изменяющихся с возрастом). Эти изменения в морских отложениях характеризуют количество отложений, взвешенных в водной толще в любой момент времени, и стресс кораллов, связанный с отложениями. ^[20]

Биологические соображения

В июле 2020 года морские биологи сообщили, что аэробные микроорганизмы (в основном) в « квази-приостановленном состоянии » были обнаружены в органически бедных отложениях возрастом до 101,5 миллионов лет на глубине 250 футов под морским дном в Южно-Тихоокеанском круговороте (SPG) («самом мертвом месте в океане») и могут быть самыми долгоживущими формами жизни, когда-либо обнаруженными. ^{[21] [22]}

Смотрите также

• Бар (морфология реки)  – возвышенная область осадка в реке, которая была отложена течением.
• Береговые выступы  – образования на береговой линии, состоящие из различных видов осадков в форме дуги.
• Биорексистазия  – Теория почвообразования
• Bioswale  – элементы ландшафта, предназначенные для управления поверхностным стоком воды
• Декантация  – процесс разделения смесей
• Депонирование (геология)  – геологический процесс, при котором отложения, почва и горные породы добавляются к рельефу или массиву суши.
• Условия осадконакопления  – процессы, связанные с отложением определенного типа осадков.
• Эрозия  – естественные процессы, приводящие к удалению почвы и горных пород.
• Уравнение Экснера  – Закон агрегации осадков
• Размер зерна , также известный как размер частиц – диаметр отдельных зерен осадка или литифицированных частиц в обломочных породах.
• Дождевая пыль , также известная как осадочные осадки – форма осадков, содержащих видимую пыль.
• Реголит  – слой рыхлых, неоднородных поверхностных отложений, покрывающий твердую горную породу.
• Песок  – зернистый материал, состоящий из мелкодисперсных частиц горных пород и минералов.
• Седиментология  – изучение природных отложений и процессов их образования.
• Осадочная ловушка  – любая топографическая впадина, где со временем происходит значительное накопление осадков.
• Осаждение  – процесс, при котором частицы перемещаются ко дну жидкости и образуют осадок.
• Поверхностный сток  – поток избыточной дождевой воды, не просачивающейся в почву по ее поверхности.

Ссылки

1. Боггс, Сэм (2006). Принципы седиментологии и стратиграфии (4-е изд.). Верхняя Сэддл-Ривер, Нью-Джерси: Pearson Prentice Hall. стр. 65. ISBN 0131547283.
2. Крумбейн, Уильям С. (1941). «Измерение и геологическое значение формы и округлости осадочных частиц». Журнал исследований осадочных пород SEPM . 11 : 64–72. doi :10.1306/D42690F3-2B26-11D7-8648000102C1865D.
3. Боггс 2006, стр. 582.
4. Снид, Эдмунд Д.; Фолк, Роберт Л. (март 1958 г.). «Галька в нижнем течении реки Колорадо, Техас: исследование морфогенеза частиц». Журнал геологии . 66 (2): 114–150. Bibcode : 1958JG.....66..114S. doi : 10.1086/626490. S2CID  129658242.
5. Боггс 2006, стр. 66–67.
6. Боггс 2006, стр. 68–70.
7. Нойендорф, Клаус К. Э.; Мель, Джеймс П. Мл.; Джексон, Джулия А., ред. (2011). Словарь геологии (5-е пересмотренное издание). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. стр. 800. ISBN 978-3-642-06621-4. OCLC  751527782.
8. Уилсон, У. Э. и Мур, Дж. Э. 2003. Глоссарий по гидрологии, Американский геологический институт, Springer, 248 стр.
9. Чарльтон, Ро (2008). Основы речной геоморфологии . Лондон: Ратледж. С. 234. ISBN 978-0-415-33454-9.
10. Воль, Эллен (2014). Реки в ландшафте: наука и управление . Wiley-Blackwell. стр. 330. ISBN 978-1-118-41489-7.
11. Саве, Бенджамин Элиша (25 апреля 2017 г.). «Эрозионные формы рельефа: что такое лавака?». Мировой Атлас . Проверено 24 сентября 2021 г.
12. Воаринцоа, NRG; Кокс, Р.; Разанацехено, мама; Ракотондразафи, AFM (1 июня 2012 г.). «Связь между геологией коренных пород, топографией и распространением лаваки на Мадагаскаре». Южноафриканский геологический журнал . 115 (2): 225–250. Бибкод : 2012SAJG..115..225В. дои : 10.2113/gssajg.115.225.
13. Кокс, Ронад; Бирман, Пол; Юнгерс, Мэтью К.; Ракотондразафи, А. Ф. Мишель (июль 2009 г.). «Скорости эрозии и источники осадков на Мадагаскаре, выведенные из анализа лаваки, склона и речных осадков по 10 Ве». Журнал геологии . 117 (4): 363–376. Bibcode : 2009JG....117..363C. doi : 10.1086/598945. S2CID  55543845.
14. Панагос, Панос; Мэтьюз, Фрэнсис; Пато, Эдуард; Де Мишель, Карло; Куаранта, Эмануэле; Безак, Нейц; Каффас, Константинос; Патро, Эпари Ритеш; Ауэль, Кристиан; Шляйсс, Антон Дж.; Фендрих, Артур; Лиакос, Леонидас; Ван Эйнде, Элиз; Виейра, Диана; Боррелли, Паскуале (январь 2024 г.). «Понимание стоимости эрозии почвы: оценка стоимости удаления осадков из водохранилищ Европейского Союза». Журнал более чистого производства . 434 : 140183. Bibcode : 2024JCPro.43440183P. doi : 10.1016/j.jclepro.2023.140183.
15. Ketcheson, JW (1 марта 1980 г.). «Долгосрочные эффекты интенсивного возделывания и монокультуры на качество почв Южного Онтарио». Канадский журнал почвоведения . 60 (3): 403–410. doi :10.4141/cjss80-045.
16. Олссон, Томас (2014). «Устойчивость и производство продуктов питания». В Мотарджеми, Ясмин; Лелиевельд, Хабб (ред.). Управление безопасностью пищевых продуктов: практическое руководство для пищевой промышленности . Elsevier. ISBN 9780128056820. Получено 24 сентября 2021 г. .
17. Фернандес, К.; Ву, Дж. К.; МакКул, Д. К.; Штёкле, КО (2003-05-01). «Оценка водной эрозии и выхода осадков с помощью ГИС, RUSLE и SEDD». Журнал охраны почв и водных ресурсов . 58 (3): 128–136. ISSN  0022-4561.
18. Ван Ромпаи, Антон Джей-Джей; Верстратен, Герт; Ван Ост, Кристоф; Говерс, Джерард; Поэзен, Жан (1 октября 2001 г.). «Моделирование среднегодового выхода наносов с использованием распределенного подхода». Процессы на поверхности Земли и формы рельефа . 26 (11): 1221–1236. Бибкод : 2001ESPL...26.1221В. дои : 10.1002/особенно 275. ISSN  1096-9837. S2CID  128689971.
19. Боррелли, П.; Ван Оост, К.; Мейсбургер, К.; Алевелл, К.; Лугато, Э.; Панагос, П. (2018-02-01). «Шаг к целостной оценке деградации почв в Европе: связь эрозии на месте с переносом осадков и потоками углерода». Environmental Research . 161 : 291–298. Bibcode : 2018ER....161..291B. doi : 10.1016/j.envres.2017.11.009. ISSN  0013-9351. PMC 5773246. PMID 29175727  . 
20. Риск, Майкл Дж. (апрель 2014 г.). «Оценка воздействия осадков и питательных веществ на коралловые рифы». Current Opinion in Environmental Sustainability . 7 : 108–117. Bibcode :2014COES....7..108R. doi :10.1016/j.cosust.2014.01.003.
21. Ву, Кэтрин Дж. (28 июля 2020 г.). «Эти микробы, возможно, выжили 100 миллионов лет под морским дном — спасенные из своих холодных, тесных и бедных питательными веществами жилищ, бактерии проснулись в лаборатории и начали расти». The New York Times . Получено 31 июля 2020 г.
22. Мороно, Юки и др. (28 июля 2020 г.). «Аэробная микробная жизнь сохраняется в оксичных морских отложениях возрастом 101,5 миллиона лет». Nature Communications . 11 (3626): 3626. Bibcode :2020NatCo..11.3626M. doi :10.1038/s41467-020-17330-1. PMC 7387439 . PMID  32724059. 

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, Рэймонд (1988), Sand , Нью-Йорк: Scientific American Library, ISBN 978-0-7167-5021-5
• Николс, Гэри (1999), Седиментология и стратиграфия , Молден, Массачусетс: Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-632-03578-6
• Рединг, Х. Г. (1978), Осадочные среды: процессы, фации и стратиграфия , Кембридж, Массачусетс: Blackwell Science, ISBN 978-0-632-03627-1