Аллювиальный конус выноса — это скопление осадков , которое расходится наружу от концентрированного источника осадков, например, узкого каньона, выходящего из уступа . Они характерны для горной местности в засушливом и полузасушливом климате , но также встречаются в более влажных условиях, подверженных интенсивным осадкам, и в районах современного оледенения . Их площадь варьируется от менее 1 квадратного километра (0,4 кв. мили) до почти 20 000 квадратных километров (7 700 кв. миль).
Аллювиальные конусы обычно образуются там, где поток выходит из ограниченного русла и может свободно распространяться и просачиваться на поверхность. Это снижает пропускную способность потока и приводит к отложению осадков. Поток может принимать форму редких селевых потоков или одного или нескольких временных или постоянных потоков.
Аллювиальные конусы выноса распространены в геологической летописи , например, в триасовых бассейнах восточной части Северной Америки и в Новом красном песчанике южного Девона . Такие отложения конусов выноса, вероятно, содержат самые большие скопления гравия в геологической летописи. Аллювиальные конусы выноса также были обнаружены на Марсе и Титане , что свидетельствует о том, что речные процессы происходили и в других мирах.
Некоторые из крупнейших аллювиальных конусов выноса находятся вдоль фронта Гималайских гор на Индо-Гангской равнине . Смещение питающего канала ( узловой отрыв ) может привести к катастрофическому наводнению, как это произошло на конусе выноса реки Коси в 2008 году.
Аллювиальный конус выноса — это скопление осадков, которое расходится веером от концентрированного источника осадков, например, узкого каньона, выходящего из уступа . Это скопление имеет форму части неглубокого конуса , [1] с вершиной в источнике осадков. [2]
Аллювиальные конусы выноса сильно различаются по размеру, от нескольких метров в поперечнике у основания до 150 километров в поперечнике, с уклоном от 1,5 до 25 градусов. [1] Некоторые гигантские аллювиальные конусы выноса имеют площадь почти 20 000 квадратных километров (7 700 квадратных миль). [3] Склон, измеренный от вершины, обычно вогнутый, с самым крутым уклоном вблизи вершины ( проксимальный конус выноса [4] или головка конуса выноса [5] ) и становится менее крутым дальше ( медиальный конус выноса или средний конус выноса ) и понижается по краям конуса выноса ( дистальный конус выноса или внешний конус выноса ). Ситчатые отложения , которые представляют собой доли крупного гравия, могут присутствовать на проксимальном конусе выноса. Осадки в аллювиальном конусе выноса обычно грубые и плохо отсортированные, причем самые грубые осадки находятся на проксимальном конусе выноса. [6] [7]
Когда на аллювиальной равнине достаточно места для того, чтобы все отложения осадков могли разойтись, не контактируя с другими стенками долины или реками, образуется неограниченный аллювиальный конус выноса. Неограниченные аллювиальные конусы выноса позволяют отложениям естественным образом разлетаться, и на форму конуса не влияют другие топологические особенности. Когда аллювиальная равнина более ограничена, так что конус вступает в контакт с топографическими барьерами, образуется ограниченный конус выноса. [8]
Волновая или канальная эрозия края конуса выноса ( боковая эрозия ) иногда приводит к образованию «обрезанного носка» конуса выноса, в котором край конуса отмечен небольшим уступом. [9] Обрезанные носком конусы выноса могут фиксировать изменения климата или тектонические процессы, а процесс боковой эрозии может повышать водоносный горизонт или потенциал нефтяного резервуара конуса выноса. [10] Обрезанные носком конусы выноса на планете Марс свидетельствуют о существовании прошлых речных систем. [11]
Когда многочисленные реки и ручьи выходят из горного фронта на равнину, конусы выноса могут объединяться, образуя непрерывный шлейф. Это называется бахада или предгорная аллювиальная равнина . [12] [13]
Аллювиальные конусы обычно образуются там, где ограниченный питающий канал выходит из горного фронта [14] [15] или края ледника. [6] Когда поток выходит из питающего канала на поверхность конуса, он может распространяться в широкие, неглубокие каналы или просачиваться на поверхность. Это снижает несущую способность потока и приводит к отложению осадков. [15]
Поток в проксимальном конусе выноса, где склон самый крутой, обычно ограничивается одним каналом [6] ( траншеей конуса выноса [3] ), глубина которого может достигать 30 метров (100 футов). [6] Этот канал подвержен закупорке накопившимися отложениями или грязевыми потоками , что заставляет поток периодически вырываться из своего старого русла ( узловой отрыв ) и смещаться в часть конуса выноса с более крутым уклоном, где возобновляется осаждение. [15] В результате обычно только часть конуса выноса активна в любой конкретный момент времени, а обойденные области могут подвергаться почвообразованию или эрозии. [6]
Конусы выноса могут быть подвержены воздействию потоков грязи ( конусы выноса грязи ) или речного потока ( речные конусы выноса ). [4] [16] [17] Какой тип конуса выноса образуется, зависит от климата, тектоники и типа коренной породы в области, питающей поток на конус выноса. [18]
Конусы выноса селевых потоков получают большую часть своих осадков в виде селевых потоков. Селевые потоки представляют собой жидкие смеси воды и частиц всех размеров, от глины до валунов, которые напоминают мокрый бетон . Они характеризуются пределом текучести, что означает, что они очень вязкие при низких скоростях потока, но становятся менее вязкими по мере увеличения скорости потока. Это означает, что селевой поток может остановиться, все еще находясь на умеренно наклонной поверхности. Затем поток консолидируется под собственным весом. [19]
Конусы выноса селевых потоков встречаются во всех климатических условиях, но они более распространены там, где исходной породой является аргиллит или богатый матрицей сапролит, а не более грубый, более проницаемый реголит . Обилие мелкозернистых осадков способствует первоначальному обрушению склона холма и последующему когезионному потоку обломков. [20] Насыщение богатого глиной коллювия локально интенсивными грозами инициирует обрушение склона. Образующийся поток обломков движется вниз по питающему каналу и на поверхность конуса выноса. [21]
Конусы выноса селевых потоков имеют сеть в основном неактивных распределительных каналов в верхнем конусе, которые уступают место долям среднего и нижнего уровня. Каналы, как правило, заполняются последующими связными потоками селевых потоков. Обычно только одна доля активна в один момент времени, и неактивные доли могут образовывать пустынный загар или почвенный профиль из эоловых отложений пыли в масштабах времени от 1000 до 10 000 лет. [22] Из-за своей высокой вязкости селевые потоки, как правило, ограничиваются проксимальным и срединным конусом даже в аллювиальном конусе с преобладанием селевых потоков, а ручейковые паводки преобладают в дистальном конусе. [23] Однако некоторые конусы с преобладанием селевых потоков в засушливом климате состоят почти полностью из селевых потоков и отстающих гравийных отложений от эолового провеивания селевых потоков, без каких-либо признаков поверхностных паводков или ситовых отложений. [24] Конусы с преобладанием селевых потоков, как правило, крутые и с плохой растительностью. [25]
Речные конусы выноса (конусы с преобладанием речного потока) получают большую часть своих осадков в виде речного потока, а не селевых потоков. Они менее резко отличаются от обычных речных отложений, чем селевые конусы. [14]
Флювиальные конусы выноса возникают там, где есть постоянный, сезонный или эфемерный поток, который питает систему распределительных каналов на конусе выноса. В засушливом или полузасушливом климате осаждение доминирует за счет редких, но интенсивных осадков, которые вызывают внезапные паводки в питающем канале. [23] Это приводит к поверхностным паводкам на аллювиальном конусе выноса, где вода, нагруженная осадками, покидает пределы своего русла и распространяется по поверхности конуса выноса. Они могут включать гиперконцентрированные потоки, содержащие от 20% до 45% осадков, которые являются промежуточными между поверхностными паводками, имеющими 20% или менее осадков, и грязевыми потоками с более чем 45% осадков. [25] По мере того, как наводнение отступает, оно часто оставляет задержку гравийных отложений, которые имеют вид сети переплетенных потоков. [23]
Там, где поток более непрерывен, как при весеннем таянии снега, поток врезанных русел в каналах высотой 1–4 метра (3–10 футов) происходит в сети разветвленных потоков. [25] Такие аллювиальные конусы выноса, как правило, имеют более пологий уклон, но могут достигать огромных размеров. [23] Коси и другие конусы выноса вдоль фронта Гималайских гор на Индо-Гангской равнине являются примерами гигантских аллювиальных конусов выноса, в которых доминирует поток, иногда их называют мегаконусами . [26] Здесь продолжающееся движение на Главном пограничном надвиге за последние десять миллионов лет сосредоточило сток 750 километров (470 миль) горного фронта всего в трех огромных конусах выноса. [3]
Аллювиальные конусы выноса обычны в геологической летописи, но, возможно, были особенно важны до эволюции наземных растений в середине палеозоя. [27] Они характерны для ограниченных разломами бассейнов и могут быть 5000 метров (16000 футов) или толще из-за тектонического опускания бассейна и поднятия горного фронта. Большинство из них красные из-за гематита, полученного в результате диагенетических изменений богатых железом минералов в мелководной окислительной среде. Примерами палеовехов выноса являются триасовые бассейны восточной части Северной Америки и Новый Красный Песчаник южного Девона, [23] девонский бассейн Хорнелен в Норвегии и девонско- каменноугольный на полуострове Гаспе в Канаде. [27] Такие отложения конусов выноса, вероятно, содержат самые большие скопления гравия в геологической летописи. [28 ]
В аллювиальных конусах выноса обнаружено несколько видов осадочных отложений ( фаций ).
Аллювиальные конусы выноса характеризуются грубой седиментацией, хотя отложения, составляющие конус, становятся менее грубыми по мере удаления от вершины. Гравий показывает хорошо развитую черепитчатость с галькой, падающей к вершине. [23] Отложения конуса выноса обычно показывают хорошо развитую обратную градацию, вызванную внешним строением конуса выноса: более мелкие отложения откладываются на краю конуса выноса, но по мере того, как конус продолжает расти, все более грубые отложения откладываются поверх более ранних, менее грубых отложений. Однако несколько конусов выноса показывают нормальную градацию, указывающую на бездействие или даже отступление конуса выноса, так что все более мелкие отложения откладываются на более ранних более грубых отложениях. Нормальные или обратные последовательности градации могут иметь толщину от сотен до тысяч метров. [27] Осадочные фации, которые были зарегистрированы для аллювиальных конусов выноса, включают в себя селевые потоки, пластовые паводки и паводки верхнего режима ручьев, ситовые отложения и плетеные потоки ручьев, каждый из которых оставляет свои собственные характерные отложения осадка, которые могут быть идентифицированы геологами. [23] [29]
Отложения грязевых потоков обычны в проксимальном и срединном конусах выноса. [23] Эти отложения не имеют осадочной структуры, за исключением случайных обратных градационных слоев по направлению к основанию, и они плохо отсортированы. [30] Проксимальный конус выноса может также включать гравийные доли, которые были интерпретированы как ситовидные отложения, где сток быстро просачивается и оставляет после себя только грубый материал. Однако гравийные доли также были интерпретированы как отложения грязевых потоков. [30] Конгломерат, возникающий как грязевые потоки на аллювиальных конусах выноса, описывается как фангломерат . [31]
Отложения речного потока, как правило, имеют вид пластов, лучше отсортированы, чем отложения обломочных потоков, и иногда показывают хорошо развитые осадочные структуры, такие как косая слоистость. Они более распространены в срединном и дистальном конусе выноса. [25] В дистальном конусе выноса, где каналы очень мелкие и разветвленные, отложения речного потока состоят из песчаных прослоек с плоской и наклонной слоистостью. [32] Срединный конус аллювиального конуса выноса с преобладанием речного потока показывает почти те же осадочные фации, что и обычные речные среды, поэтому идентификация древних аллювиальных конусов выноса должна основываться на радиальной палеоморфологии в предгорной обстановке. [33]
Аллювиальные конусы выноса характерны для горной местности в засушливом и полузасушливом климате , [34] [6], но также встречаются в более влажных условиях, подверженных интенсивным осадкам [7], и в районах современного оледенения. [6] Они также были обнаружены на других телах Солнечной системы . [35] [36]
Аллювиальные конусы выноса формируются в ответ на эрозию, вызванную тектоническим поднятием . [37] Огрубление слоев, составляющих конус выноса, вверх отражает циклы эрозии в высокогорьях, которые питают конус выноса осадками. Однако климат и изменения базового уровня могут быть столь же важны, как и тектоническое поднятие. Например, аллювиальные конусы выноса в Гималаях показывают более старые конусы выноса, укорененные и перекрытые более молодыми конусами выноса. Более молодые конусы выноса, в свою очередь, прорезаны глубокими врезанными долинами, показывающими два уровня террас . Датирование с помощью оптически стимулированной люминесценции предполагает перерыв в 70 000–80 000 лет между старыми и новыми конусами выноса, с доказательствами тектонического наклона 45 000 лет назад и прекращением осаждения конуса выноса 20 000 лет назад. Как перерыв, так и более позднее прекращение осаждения конуса выноса, как полагают, связаны с периодами усиленных осадков юго-западного муссона . Климат также повлиял на формирование конусов выноса в Долине Смерти , Калифорния , США, где датирование пластов показывает, что пики отложения конусов выноса за последние 25 000 лет пришлись на периоды быстрых изменений климата, как от влажного к сухому, так и от сухого к влажному. [38]
Аллювиальные конусы выноса часто встречаются в пустынных районах, которые подвергаются периодическим внезапным наводнениям из-за близлежащих гроз в местных холмах. Типичный водоток в засушливом климате имеет большой воронкообразный бассейн наверху, ведущий к узкому ущелью , которое открывается в аллювиальный конус выноса внизу. Множественные переплетенные потоки обычно присутствуют и активны во время потоков воды. [34] Фреатофиты (растения с длинными стержневыми корнями , способные достигать глубокого уровня грунтовых вод ) иногда встречаются в извилистых линиях, расходящихся от пальцев конуса выноса засушливого климата. Эти полосы фреатофитов с веерным пальцем прослеживают захороненные каналы грубых осадков от конуса выноса, которые переплетаются с непроницаемыми отложениями плайи . [39]
Аллювиальные конусы выноса также развиваются в более влажном климате, когда местность с высоким рельефом соседствует с местностью с низким рельефом. [37] В Непале река Коши образовала мегаконус, охватывающий около 15 000 км 2 (5800 кв. миль) ниже своего выхода из предгорий Гималаев на почти ровные равнины, где река пересекает Индию перед впадением в Ганг . Вдоль верхних притоков Коши тектонические силы поднимают Гималаи на несколько миллиметров в год. Подъем примерно находится в равновесии с эрозией, поэтому река ежегодно переносит около 100 миллионов кубических метров (3,5 × 10 9 куб. футов) осадка, когда она выходит из гор. Отложения такого масштаба за миллионы лет более чем достаточны для объяснения мегаконуса. [40]
В Северной Америке ручьи, впадающие в Центральную долину Калифорнии , отложили меньшие, но все же обширные аллювиальные конусы выноса, такие как конус выноса реки Кингс, вытекающей из Сьерра-Невады . [41] Как и гималайские мегаконусы, эти конусы выноса являются конусами выноса, в которых доминирует поток. [42]
На Марсе также встречаются аллювиальные конусы . В отличие от земных аллювиальных конусов, марсианские редко связаны с тектоническими процессами, но гораздо чаще встречаются на краях кратеров. [43] [44] Аллювиальные конусы на краях кратеров, по-видимому, были отложены потоками осадков, а не грязевыми потоками. [45]
В кратере Сахеки были обнаружены три аллювиальных конуса выноса . Эти конусы выноса подтвердили наличие речного потока на планете в прошлом и еще больше подтвердили теорию о том, что жидкая вода когда-то присутствовала в какой-то форме на поверхности Марса. [46] Кроме того, наблюдения за конусами выноса в кратере Гейл, сделанные спутниками с орбиты, теперь подтверждены открытием речных отложений марсоходом Curiosity . [47] Аллювиальные конусы выноса в кратере Холден имеют скошенные профили, приписываемые речной эрозии. [11]
Несколько аллювиальных конусов, связанных с тектоническими процессами, включают в себя те, что находятся в Копратес-Чазме и Ювенте-Чазме, которые являются частью каньонной системы Долины Маринер . Они предоставляют доказательства существования и характера разломов в этом регионе Марса. [48]
Конусы выноса были обнаружены миссией Кассини-Гюйгенс на Титане с помощью радиолокационного прибора с синтезированной апертурой орбитального аппарата Кассини . Эти конусы выноса чаще встречаются в более сухих средних широтах в конце рек метана/этана, где, как считается, частое увлажнение и высыхание происходит из-за осадков, подобно засушливым конусам выноса на Земле. Радиолокационные изображения показывают, что материал конуса выноса, скорее всего, состоит из круглых зерен водяного льда или твердых органических соединений диаметром около двух сантиметров. [49]
Конусы выноса являются важнейшими резервуарами грунтовых вод во многих регионах. Многие городские, промышленные и сельскохозяйственные районы расположены на конусах выноса, [50] включая агломерации Лос-Анджелеса, Калифорния ; Солт -Лейк-Сити, Юта ; и Денвера, Колорадо , на западе Соединенных Штатов и во многих других частях мира. [51] Однако наводнения на конусах выноса создают уникальные проблемы для предотвращения и подготовки к стихийным бедствиям. [52]
Слои грубых осадков, связанные с аллювиальными конусами выноса, образуют водоносные горизонты, которые являются важнейшими резервуарами подземных вод во многих регионах. [50] К ним относятся как засушливые регионы, такие как Египет [53] или Ирак, [54] , так и влажные регионы, такие как Центральная Европа [55] или Тайвань. [56]
Конусы выноса подвержены редким, но часто очень разрушительным наводнениям, необычные характеристики которых отличают наводнения, вызванные аллювиальными конусами выноса, от обычных наводнений на берегу реки. К ним относятся большая неопределенность в вероятном пути наводнения, вероятность резкого отложения и эрозии осадков, переносимых наводнением из источников выше по течению, а также сочетание наличия осадков, уклона и рельефа конуса выноса, что создает чрезвычайные опасности. Эти опасности невозможно надежно смягчить путем возвышения насыпи (поднятия существующих зданий на метр (три фута) и строительства новых фундаментов под ними [57] ). Как минимум, для снижения риска требуются основные структурные меры по борьбе с наводнениями , а в некоторых случаях единственной альтернативой является ограничение застройки на поверхности конуса выноса. Такие меры могут быть политически спорными, особенно потому, что опасность не очевидна для владельцев недвижимости. [58] В Соединенных Штатах районы, подверженные риску затопления аллювиальными конусами выноса, обозначены как Зона AO на картах ставок страхования от наводнений . [59]
Затопление аллювиальных конусов выноса обычно принимает форму коротких (несколько часов), но энергичных внезапных наводнений , которые происходят практически без предупреждения. Обычно они являются результатом сильных и продолжительных осадков и характеризуются высокой скоростью и способностью переносить осадки. Потоки охватывают диапазон от наводнений через гиперконцентрированные потоки до селевых потоков, в зависимости от объема осадков в потоке. Селевые потоки напоминают свежезалитый бетон, состоящий в основном из крупного мусора. Гиперконцентрированные потоки являются промежуточными между наводнениями и селевыми потоками, с содержанием воды от 40 до 80 весовых процентов. Наводнения могут переходить в гиперконцентрированные потоки, поскольку они увлекают за собой осадки, в то время как селевые потоки могут стать гиперконцентрированными потоками, если они разбавлены водой. [60] Поскольку наводнение на аллювиальных конусах выноса несет большие количества осадка, каналы могут быстро блокироваться, создавая большую неопределенность относительно путей потоков, что увеличивает опасность. [58]
Наводнения в аллювиальных конусах выноса в Апеннинах в Италии привели к повторным потерям жизни. Наводнение 1 октября 1581 года в Пьедимонте Матезе привело к потере 400 жизней. Гибель людей из-за наводнений в аллювиальных конусах выноса продолжалась до 19 века, и опасность наводнений в аллювиальных конусах выноса остается проблемой в Италии. [61]
1 января 1934 года рекордные осадки в недавно выжженной области гор Сан-Габриэль , Калифорния , вызвали сильное затопление аллювиального конуса, на котором были построены города Монтроуз и Глендейл . Наводнения привели к значительным потерям людей и имущества. [62]
Река Коши в Индии образовала мегаконус, где она выходит из Гималаев на равнину Ганга . Река имеет историю частого и капризного изменения своего русла, так что ее называли Печалью Бихара за непропорционально большой вклад в число погибших в Индии в результате наводнений. Они превышают таковые во всех странах, кроме Бангладеш . [63] За последние несколько сотен лет река в целом сместилась на запад поперек своего конуса, и к 2008 году основное русло реки располагалось в крайней западной части мегаконуса. В августе 2008 года высокие муссонные потоки прорвали насыпь реки Коши . Это отвело большую часть реки в незащищенное древнее русло и затопило центральную часть мегаконуса. Это была область с высокой плотностью населения , которая была стабильной на протяжении более 200 лет. [64] Более миллиона человек остались без крова, около тысячи погибли, тысячи гектаров посевов были уничтожены. [65] [66] [67]
Иногда на окраинах нефтяных бассейнов встречаются захороненные аллювиальные конусы . Селевые конусы выноса являются плохими резервуарами нефти, но речные конусы выноса являются потенциально значимыми резервуарами. Хотя речные конусы выноса обычно имеют худшее качество, чем резервуары, расположенные ближе к центру бассейна, из-за их сложной структуры, эпизодические каналы затопления конусов выноса являются потенциально прибыльными целями для разведки нефти. [68] Аллювиальные конусы выноса, которые подвергаются подрезке подошвы (боковой эрозии) осевой рекой (рекой, протекающей по длине ограниченного уступом бассейна), могут иметь повышенный потенциал в качестве резервуаров. Река откладывает относительно пористые, проницаемые осевые речные отложения, которые чередуются с отложениями конуса выноса. [69]
{{cite encyclopedia}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )