Наводнения в Миссуле ( также известные как наводнения в Спокане, или наводнения Бретца , или наводнения Бретца ) представляли собой катастрофические наводнения, вызванные прорывами ледниковых озер , которые периодически проносились по восточному Вашингтону и вниз по ущелью реки Колумбия в конце последнего ледникового периода . Эти наводнения были результатом периодических внезапных прорывов ледяной плотины на реке Кларк-Форк , создавшей ледниковое озеро Миссула . После каждого прорыва ледяной дамбы воды озера устремлялись вниз по Кларк-Форк и реке Колумбия , затопляя большую часть восточного Вашингтона и долину Уилламетт в западном Орегоне . После того, как озеро высохнет, лед снова восстановится, снова создав ледниковое озеро Миссула.
Эти наводнения исследуются с 1920-х годов. По оценкам геологов, во время последней дегляциации , последовавшей за окончанием последнего ледникового максимума , цикл наводнений и реформирования озера длился в среднем 55 лет и что наводнения происходили несколько раз в течение 2000-летнего периода между 15 000 и 13 000 годами. назад. Гидролог Геологической службы США Джим О'Коннор и ученый из Национального музея естественных наук Испании Херардо Бенито обнаружили свидетельства как минимум двадцати пяти крупных наводнений, самый крупный из которых выбрасывает около 10 кубических километров в час (2,7 миллиона м³ / с, что в 13 раз больше, чем река Амазонка ) . [1] [2] Альтернативные оценки пикового расхода крупнейшего паводка составляют до 17 кубических километров в час. [3] Максимальная скорость потока приблизилась к 36 метрам в секунду (130 км/ч или 80 миль в час). [3]
В водосборном бассейне реки Колумбия детальное исследование флювиальных отложений разлива Миссулы , неофициально известных как формация Хэнфорд , задокументировало наличие отложений паводка Миссулы среднего и раннего плейстоцена в каналах Отелло, ущелье реки Колумбия, канализованной Скабленде , бассейне Куинси. , бассейн Паско и долина Уолла-Уолла . На основании присутствия множественных межледниковых калькретов, прослоев паводковых отложений, магнитостратиграфии , датирования по оптически стимулированной люминесценции и усеченных несогласием обломочных даек , было подсчитано, что самое старое из плейстоценовых наводнений Миссулы произошло до 1,5 миллионов лет назад. Из-за фрагментарного характера более древних гляциофлювиальных отложений, которые были в значительной степени удалены последующими наводнениями Миссулы в формации Хэнфорд, точное количество более старых наводнений Миссулы, известных как древние катастрофические наводнения , которые произошли в плейстоцене, не может быть оценено с помощью любая уверенность. [4] [5]
Геолог Дж. Харлен Бретц впервые обнаружил свидетельства катастрофических наводнений, которые он назвал Споканскими наводнениями , в 1920-х годах. Он исследовал Ченнелированные Скабленды в Восточном Вашингтоне , Колумбийском ущелье и долине Уилламетт в Орегоне . Летом 1922 года и в течение следующих семи лет Бретц проводил полевые исследования плато реки Колумбия . Он интересовался необычными особенностями эрозии в этом районе с 1910 года после того, как увидел недавно опубликованную топографическую карту Потока Выбоин . Бретц ввел термин Channeled Scablands в 1923 году для обозначения территории возле Гранд-Кули , где массивная эрозия прорезала базальтовые отложения. Бретц опубликовал статью в 1923 году, в которой утверждал, что Ченнед-Скаблендс в Восточном Вашингтоне были вызваны сильным наводнением в далеком прошлом.
Точка зрения Бретца, которая рассматривалась как аргумент в пользу катастрофического объяснения геологии, противоречила преобладающему взгляду на униформизм , и взгляды Бреца изначально игнорировались. Геологическое общество Вашингтона, округ Колумбия , пригласило молодого Бреца представить свои ранее опубликованные исследования на встрече 12 января 1927 года, на которой несколько других геологов представили конкурирующие теории. Другой геолог, присутствовавший на встрече, Дж. Т. Парди , работал с Брецем и имел доказательства существования древнего ледникового озера , которые подтвердили теории Бреца. Бретц защищал свои теории, и это положило начало ожесточенным 40-летним дебатам о происхождении Скаблендов. И Парди, и Бретц продолжали свои исследования в течение следующих 30 лет, собирая и анализируя доказательства, которые позволили им определить озеро Миссула как источник наводнения в Спокане и создателя канализированных чешуек. [6] [7]
После того, как Парди изучил каньон реки Флэтхед , он подсчитал, что паводковые воды со скоростью более 45 миль в час (72 км/ч) потребуются, чтобы перекатить самый большой из валунов, перемещенных наводнением. По его оценкам, расход воды составлял 9 кубических миль в час (38 км 3 /ч), что превышает суммарный расход всех рек мира. [8] По более поздним оценкам, скорость стока в десять раз превышает сток всех нынешних рек вместе взятых. [3]
Наводнения в Миссуле также называют наводнениями Бретца в честь Бреца. [9]
По мере увеличения глубины воды в озере Миссула давление на дне ледяной плотины увеличивалось настолько, что температура замерзания воды опускалась ниже температуры льда, образующего плотину. Это позволило жидкой воде просочиться в мельчайшие трещины ледяной плотины. [ нужна цитата ] В течение определенного периода времени трение воды, текущей через эти трещины, выделяло достаточно тепла, чтобы растопить ледяные стены и увеличить трещины. Это позволило большему количеству воды течь через трещины, выделяя больше тепла, позволяя еще большему количеству воды течь через трещины. [ нужна цитата ] Этот цикл обратной связи в конечном итоге настолько ослабил ледяную плотину, что она больше не могла поддерживать давление воды позади нее, и она потерпела катастрофическое поражение. [10] Этот процесс известен как прорыв ледникового озера , и есть свидетельства того, что многие подобные события происходили в далеком прошлом.
Когда вода вышла из ущелья реки Колумбия, она снова собралась в узком месте шириной 1 милю (1,6 км) возле Каламы, штат Вашингтон . Некоторые временные озера поднялись на высоту более 400 футов (120 м), затопив долину Уилламетт до Юджина, штат Орегон , и за его пределами. Об этих событиях свидетельствуют ледниковые неровности и эрозионные явления , вызванные айсбергами . Отложения на дне озера , отложившиеся в результате наводнений, способствовали сельскохозяйственному богатству долин Уилламетт и Колумбия. Ледниковые отложения, перекрытые веками переносимых ветром отложений ( лёсса ), разбросали крутые, наклоненные к югу дюны по всей долине Колумбия, создавая идеальные условия для развития садов и виноградников в более высоких широтах.
После анализа и разногласий геологи теперь полагают, что было 40 или более отдельных наводнений, хотя точный источник воды все еще обсуждается. Пиковый поток наводнения оценивается в 27 кубических километров в час (6,5 кубических миль в час). [2] Максимальная скорость потока приблизилась к 36 метрам в секунду (130 км/ч или 80 миль в час). [3] При каждом наводнении высвобождалось до 1,9×10 19 джоулей потенциальной энергии (эквивалент 4500 мегатонн в тротиловом эквиваленте ). Для сравнения, это в 90 раз мощнее, чем самое мощное ядерное оружие, когда-либо взорвавшееся, — 50-мегатонная « Царь-бомба ». [11] [9] Совокупный эффект наводнения заключался в том, что было выкопано 210 кубических километров (50 кубических миль) лёсса, отложений и базальта из Каналных Скаблендов на востоке Вашингтона и транспортировано вниз по течению. [9] [ нужно обновить ]
Гипотеза множественных наводнений была впервые предложена Р.Б. Уэйтом-младшим в 1980 году. Уэйт приводил доводы в пользу последовательности из 40 или более наводнений. [13] [14] [15] Предложение Уэйта было основано главным образом на анализе отложений на дне ледникового озера в Найнмайл-Крик и паводковых отложений в каньоне Берлингейм. Его самым убедительным аргументом в пользу отдельных наводнений было то, что отложения ложа Туше от двух последовательных наводнений оказались разделенными двумя слоями вулканического пепла ( тефры ), причем пепел разделен тонким слоем отложений переносимой ветром пыли, расположенными тонким слоем между слои отложений на десять ритмитов ниже кровли слоев Туше. Два слоя вулканического пепла разделены переносимым по воздуху невулканическим илом толщиной 1–10 см (0,4–3,9 дюйма). Тефра — это пепел горы Сент-Хеленс , выпавший в Восточном Вашингтоне. По аналогии, поскольку в каньоне Берлингейм было 40 слоев со сравнимыми характеристиками, Уэйтт утверждал, что все они имеют одинаковое разделение по времени отложения. [15]
Споры о том, были ли формы рельефа Канал-Скабленд сформированы в основном в результате многочисленных периодических наводнений или одного крупномасштабного катастрофического наводнения из позднеплейстоценового ледникового озера Миссула или из неопознанного канадского источника, продолжались до 1999 года. [16] Группа геологов Шоу изучила осадочных толщ пластов Туше и пришел к выводу, что эти последовательности не означают автоматически множественные наводнения, разделенные десятилетиями или столетиями. Скорее, они предположили, что отложение осадков в бассейне ледникового озера Миссула было результатом стекания йёкульлаупов в озеро Миссула из Британской Колумбии на север. Кроме того, команда Шоу предположила, что наводнение шершавых могло частично возникнуть из-за огромного подледного резервуара, который простирался на большую часть центральной части Британской Колумбии, в частности, включая желоб Скалистых гор , который мог разгружаться несколькими путями, в том числе через озеро Миссула. Этот сброс, если бы он произошел одновременно с прорывом ледяной плотины озера Миссула, обеспечил бы значительно большие объемы воды. Кроме того, Шоу и его команда предположили, что ритмичные пласты Туше являются результатом нескольких импульсов или волн в рамках одного более крупного наводнения. [16]
В 2000 году группа под руководством компании Komatsu численно смоделировала наводнения с помощью трехмерной гидравлической модели. Они основывали скорость стока ледникового озера Миссула на скорости, прогнозируемой для долины Спокан – прерий Ратдрам непосредственно ниже по течению от ледникового озера Миссула, для которой в ряде предыдущих оценок максимальный расход составлял 17 × 10 6 м 3 /с, а общий объем сбрасываемой воды соответствует максимальному расчетному объему озера Миссула (2184 км 3 ). Если не учитывать эффекты эрозии, их моделирование потока воды было основано на современной топографии. Их основные выводы заключались в том, что расчетная глубина воды в каждом затопленном месте, за исключением долины Спокан и прерий Ратдрам, была меньше, чем показали полевые данные. Например, их расчетная глубина воды в переходной зоне бассейна Паско – ущелья Валлула составляет около 190 м, что значительно меньше глубины паводка 280–300 м, на которую указывают отметки паводка. Они пришли к выводу, что паводок ~10 6 м 3 /с не мог вызвать наблюдаемые паводковые отметки. [17]
Комментируя анализ Komatsu, Брайан Этуотер и его коллеги отметили, что существуют существенные доказательства существования многочисленных крупных наводнений, включая свидетельства наличия трещин в грязи и нор животных в нижних слоях, которые были заполнены отложениями от более поздних наводнений. Кроме того, были обнаружены свидетельства множественных паводковых потоков вверх по рукавам ледникового озера Колумбия, распространявшихся на протяжении многих столетий. Они также отметили, что точка сброса из озера Колумбия менялась со временем: первоначально она текла через плато Уотервиль в Мозес-Кули, но позже, когда лопасть Оканагона заблокировала этот путь, размыв Гранд-Кули и превратив его в существенно более низкий выход. Анализ Komatsu не оценивает влияние значительной эрозии, наблюдаемой в этом бассейне во время паводка или наводнений, хотя предположение о том, что гидравлику паводка можно смоделировать с использованием современной топографии, является областью, которая требует дальнейшего рассмотрения. Ожидается, что ранее более узкие сужения в таких местах, как ущелье Валлула и через ущелье Колумбия, приведут к более высокому сопротивлению потоку и, соответственно, к более сильным наводнениям. [18]
Датировка предложенного Уэйтом разделения слоев на последовательные наводнения была подтверждена последующими исследованиями палеомагнетизма , которые подтверждают 30–40-летний интервал между отложениями пепла горы Сент-Хеленс и, следовательно, наводнениями, но не исключают вероятность до 60 лет. годовой интервал. [10] Морские отложения на дне Тихого океана в устье реки Колумбия включают 120 метров материала, отложенного за период в несколько тысяч лет, что соответствует периоду множественных наводнений чешуи, наблюдаемых в пластах Туше. Основываясь на идентификации Уэйтом 40 наводнений, это дает средний интервал между наводнениями в 50 лет. [19]
Идеи Бреца о столь масштабных наводнениях рассматривались как вызов униформистским принципам, господствовавшим тогда в геологической науке (стр. 2).
