Отложение — это геологический процесс, в котором отложения , почва и камни добавляются к рельефу или массиву суши . Ветер, лед, вода и гравитация перемещают ранее выветренный поверхностный материал, который при потере достаточной кинетической энергии в жидкости откладывается, создавая слои осадка.
Это происходит, когда силы, ответственные за транспортировку осадка, больше недостаточны для преодоления сил гравитации и трения , создавая сопротивление движению; это известно как гипотеза нулевой точки. Отложение может также относиться к накоплению осадка из органически полученного вещества или химических процессов . Например, мел частично состоит из микроскопических скелетов карбоната кальция морского планктона , отложение которых вызвало химические процессы ( диагенез ) для дальнейшего отложения карбоната кальция. Аналогично, образование угля начинается с отложения органического материала, в основном из растений, в анаэробных условиях.
Гипотеза нулевой точки объясняет, как осадок откладывается по всему профилю берега в соответствии с размером его зерен. Это происходит из-за влияния гидравлической энергии, что приводит к измельчению размера частиц осадка в сторону моря, или когда сила давления жидкости равна силе тяжести для каждого размера зерен. [2] Эту концепцию также можно объяснить так: «осадок определенного размера может перемещаться по профилю в положение, в котором он находится в равновесии с волной и потоками, действующими на это зерно осадка». [3] Этот механизм сортировки объединяет влияние силы тяжести профиля, направленной вниз по склону, и сил, обусловленных асимметрией потока; положение, в котором нет чистого переноса, известно как нулевая точка и было впервые предложено Корнаглией в 1889 году. [3] Рисунок 1 иллюстрирует эту связь между размером зерен осадка и глубиной морской среды.
Первый принцип, лежащий в основе теории нулевой точки, обусловлен гравитационной силой; более мелкие отложения остаются в водной толще в течение более длительного времени, позволяя транспортировке за пределы зоны прибоя для осаждения в более спокойных условиях. Гравитационный эффект или скорость осаждения определяет место осаждения для более мелких отложений, тогда как внутренний угол трения зерна определяет осаждение более крупных зерен на профиле берега. [3] Вторичный принцип создания измельчения осадков в сторону моря известен как гипотеза асимметричных порогов под волнами; он описывает взаимодействие между колебательным потоком волн и приливами, текущими по формам ложа волновой ряби в асимметричной схеме. [4] «Относительно сильный удар волны на берегу образует водоворот или вихрь на подветренной стороне ряби, при условии, что течение на берегу сохраняется, этот вихрь остается в ловушке на подветренной стороне ряби. Когда поток меняет направление, вихрь отбрасывается вверх от дна, и небольшое облако взвешенных осадков, созданное вихрем, выбрасывается в столб воды над рябью, затем облако осадков перемещается в сторону моря ударом волны в сторону моря». [4] Там, где есть симметрия в форме ряби, вихрь нейтрализуется, вихрь и связанное с ним облако осадков развиваются по обе стороны ряби. [4] Это создает мутный столб воды, который перемещается под приливным влиянием, поскольку орбитальное движение волны находится в равновесии.
Гипотеза нулевой точки была количественно доказана в гавани Акароа , Новая Зеландия, Уош , Великобритания, Бохайском заливе и Западной Хуансере, материковый Китай, а также в многочисленных других исследованиях; Иппен и Иглсон (1955), Иглсон и Дин (1959, 1961) и Миллер и Зейглер (1958, 1964).
Крупнозернистые отложения, переносимые либо донными, либо взвешенными грузами, будут останавливаться, когда сдвиговое напряжение дна и турбулентность жидкости будут недостаточны для поддержания движения отложений; [4] при взвешенных грузах это может быть некоторое расстояние, поскольку частицы должны упасть через толщу воды. Это определяется направленной вниз силой веса зерна, которая соответствует объединенной силе плавучести и силе сопротивления жидкости [4] и может быть выражено как:
Сила веса, действующая вниз = Сила плавучести, действующая вверх + Сила сопротивления жидкости, действующая вверх [4]
где:
Для расчета коэффициента сопротивления необходимо определить число Рейнольдса зерна , которое основано на типе жидкости, через которую движется частица осадка: ламинарный поток, турбулентный поток или гибрид обоих. Когда жидкость становится более вязкой из-за меньших размеров зерна или больших скоростей осаждения, прогнозирование становится менее простым и применимо для включения закона Стокса (также известного как сила трения или сила сопротивления) осаждения. [4]
Сцепление осадка происходит с мелкими размерами зерен, связанными с илами и глинами, или частицами меньше 4ϕ по шкале фи . [4] Если эти мелкие частицы остаются диспергированными в толще воды, закон Стокса применяется к скорости осаждения отдельных зерен, [4] хотя из-за того, что морская вода является сильным электролитным связующим агентом, флокуляция происходит, когда отдельные частицы создают электрическую связь, прилипая друг к другу, образуя хлопья. [4] «Лицевая сторона глиняной пластинки имеет небольшой отрицательный заряд, тогда как край имеет небольшой положительный заряд, когда две пластинки находятся в непосредственной близости друг от друга, грань одной частицы и край другой электростатически притягиваются». [4] Тогда хлопья имеют более высокую объединенную массу, что приводит к более быстрому осаждению за счет более высокой скорости падения и осаждению в более прибрежном направлении, чем они имели бы в качестве отдельных мелких зерен глины или ила.
Гавань Акароа расположена на полуострове Банкс , Кентербери, Новая Зеландия , 43°48′ю.ш. 172°56′в.д. / 43.800°ю.ш. 172.933°в.д. / -43.800; 172.933 . Образование этой гавани произошло из-за активных эрозионных процессов на потухшем щитовом вулкане, в результате чего море затопило кальдеру, создав залив длиной 16 км, средней шириной 2 км и глубиной −13 м относительно среднего уровня моря в точке 9 км вниз по трансекте центральной оси. [5] Преобладающая энергия штормовых волн имеет неограниченный приток для внешней гавани с южного направления, с более спокойной обстановкой во внутренней гавани, хотя локализованные бризы гавани создают поверхностные течения и рябь, влияющие на процессы морского осадконакопления. [6] Отложения лесса из последующих ледниковых периодов заполняли вулканические трещины на протяжении тысячелетий, [7] в результате чего вулканический базальт и лесс стали основными типами осадков, доступными для отложения в гавани Акароа.
Харт и др. (2009) [5] обнаружили с помощью батиметрической съемки, ситового и пипеточного анализа сублиторальных осадков, что текстуры осадков связаны с тремя основными факторами: глубиной, расстоянием от береговой линии и расстоянием вдоль центральной оси гавани. Это привело к измельчению текстур осадков с увеличением глубины и по направлению к центральной оси гавани, или, если классифицировать по размерам классов зерен, «построенный трансект для центральной оси идет от илистых песков в приливной зоне к песчаным илам во внутреннем прибрежном районе, к илам во внешних пределах заливов и к илу на глубинах 6 м и более». [5] Подробности см. на рисунке 2.
Другие исследования показали этот процесс просеивания размера зерен осадка из-за эффекта гидродинамического воздействия; Ван, Коллинз и Чжу (1988) [8] качественно сопоставили увеличение интенсивности воздействия жидкости с увеличением размера зерен. «Эта корреляция была продемонстрирована на низкоэнергетических глинистых приливных отмелях залива Бохай (Китай), умеренной среде побережья Цзянсу (Китай), где донный материал илистый, и песчаных отмелях высокоэнергетического побережья Уош (Великобритания)». Это исследование показывает убедительные доказательства существования теории нулевой точки на приливных отмелях с различными уровнями гидродинамической энергии, а также на отмелях, которые являются как эрозионными, так и аккреционными.
Кирби Р. (2002) [9] развивает эту концепцию дальше, объясняя, что мелкие частицы взвешиваются и перерабатываются в воздухе вдали от берега, оставляя за собой отложенные отложения основных двустворчатых и брюхоногих моллюсков, отделенные от более тонкого субстрата внизу, волны и течения затем нагромождают эти отложения, образуя хребты шенье по всей приливной зоне, которые, как правило, вытесняются вверх по профилю береговой полосы, а также вдоль береговой полосы. Шенье можно найти на любом уровне береговой полосы, и они в основном характеризуют режим с преобладанием эрозии. [9]
Теория нулевой точки была спорной в своем принятии в основную прибрежную науку, поскольку теория работает в динамическом равновесии или нестабильном равновесии, и многие полевые и лабораторные наблюдения не смогли воспроизвести состояние нулевой точки при каждом размере зерна по всему профилю. [3] Взаимодействие переменных и процессов с течением времени в экологическом контексте вызывает проблемы; «большое количество переменных, сложность процессов и трудность наблюдения — все это создает серьезные препятствия на пути систематизации, поэтому в определенных узких областях базовая физическая теория может быть надежной и обоснованной, но пробелы велики» [10]
Геоморфологи, инженеры, правительства и планировщики должны знать о процессах и результатах, связанных с гипотезой нулевой точки, при выполнении таких задач, как питание пляжей , выдача разрешений на строительство или строительство прибрежных защитных сооружений. Это связано с тем, что анализ размера зерен осадка по всему профилю позволяет сделать вывод о возможных скоростях эрозии или аккреции, если динамика берега будет изменена. Планировщики и менеджеры также должны знать, что прибрежная среда динамична, и контекстуальная наука должна быть оценена до внедрения любой модификации профиля берега. Таким образом, теоретические исследования, лабораторные эксперименты, численное и гидравлическое моделирование стремятся ответить на вопросы, касающиеся прибрежного дрейфа и осаждения осадка, результаты не следует рассматривать изолированно, и значительный объем чисто качественных данных наблюдений должен дополнять любое решение по планированию или управлению. [2]
