Процессы речных отложений

Процессы осадконакопления, связанные с реками и ручьями

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, чем отложения, перемещаемые воздухом, поскольку вода имеет как более высокую плотность , так и вязкость . В типичных реках наибольший переносимый осадок имеет 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 перигляциальных потоках и прорывах ледниковых озер . ^{[1] [2]} Процессы речных отложений включают движение отложений и эрозию или осаждение на дне реки . ^{[3] [4]}

Принципы

Река Уайт так названа из-за глины, которую она собирает в Бэдлендс в Южной Дакоте. Здесь она впадает в реку Миссури и окрашивает ее глиной.

Движение воды по руслу реки оказывает касательное напряжение непосредственно на дно. Если прочность сцепления субстрата ниже, чем оказываемое сдвигающее усилие, или дно состоит из рыхлых осадков, которые могут быть мобилизованы такими напряжениями, то дно будет понижено исключительно потоком чистой воды. Кроме того, если река несет значительные количества осадков , этот материал может действовать как инструмент для усиления износа дна ( абразию ). В то же время сами фрагменты измельчаются, становясь меньше и более округлыми ( истирание ).

Осадок в реках переносится либо в виде донных наносов (более крупные фрагменты, которые перемещаются близко ко дну), либо в виде взвешенных наносов (более мелкие фрагменты, переносимые водой). Также имеется компонент, переносимый в виде растворенного материала.

Для каждого размера зерна существует определенная скорость потока , при которой зерна начинают двигаться, называемая скоростью увлечения . Однако зерна будут продолжать перемещаться, даже если скорость падает ниже скорости увлечения из-за уменьшенного (или устраненного) трения между зернами и руслом реки. В конце концов скорость упадет достаточно низко, чтобы зерна могли осаждаться. Это показано кривой Хьюлстрема .

Река постоянно поднимает и опускает твердые частицы породы и почвы со своего русла по всей его длине. Там, где течение реки быстрое, больше частиц поднимается, чем опускается. Там, где течение реки медленное, больше частиц опускается, чем опускается. Районы, где больше частиц опускается, называются аллювиальными или пойменными равнинами, а опущенные частицы называются аллювием .

Даже небольшие ручьи оставляют аллювиальные отложения, но именно в поймах и дельтах крупных рек обнаруживаются крупные, геологически значимые аллювиальные отложения.

Количество переносимого крупной рекой материала огромно. Подсчитано, что река Миссисипи ежегодно переносит в море 406 миллионов тонн осадка, ^[5] река Хуанхэ — 796 миллионов тонн, а река По в Италии — 67 миллионов тонн. ^[6] Названия многих рек происходят от цвета, который перенесенный материал придает воде. Например, река Хуанхэ в Китае названа в честь оттенка переносимого ею осадка, ^[7] а Белый Нил назван в честь переносимой им глины.

Типы

Основными видами речных процессов являются:

• Модель Брэдшоу  – Географическая модель характеристик реки
• Коррозия  – постепенное разрушение материалов в результате химической реакции с окружающей средой (раствором).
• Эрозия  – естественные процессы, приводящие к удалению почвы и горных пород.
  • Врезание  – процесс углубления русла реки путем размыва донного материала.
• Сальтация (геология)  – Перенос частиц жидкостями
• Суспензия (химия)  – гетерогенная смесь твердых частиц, диспергированных в среде.

Условия осадконакопления

Основные флювиальные (речные и ручьевые) среды осадконакопления включают:

• Дельты (возможно, промежуточная среда между речной и морской)
• Точка баров
• Конусы выноса
• Переплетенные реки
• Озера-старицы
• Дамбы
• Водопады

Связанные концепции

Движение частиц

Реки и ручьи переносят осадок в своих потоках. Этот осадок может находиться в различных местах в потоке, в зависимости от баланса между скоростью восходящего движения частицы (силы сопротивления и подъема) и скоростью осаждения частицы. Эти соотношения показаны в следующей таблице для числа Рауза , которое является отношением скорости осаждения осадка (скорость падения) к скорости восходящего движения. ^{[8] [9]}

$${\displaystyle {\textbf {Rouse}}={\frac {\text{Settling velocity}}{\text{Upwards velocity from lift and drag}}}={\frac {w_{s}}{\kappa u_{*}}}}$$

где

• ${\displaystyle w_{s}}$это скорость осаждения
• ${\displaystyle \kappa }$постоянная фон Кармана
• ${\displaystyle u_{*}}$это скорость сдвига

Кривая Хьюлстрема : скорости течений, необходимые для эрозии, переноса и осаждения (седиментации) частиц осадка разных размеров.

Если скорость восходящего потока приблизительно равна скорости осаждения, осадок будет полностью переноситься вниз по течению как взвешенный груз . Если скорость восходящего потока намного меньше скорости осаждения, но все еще достаточно высока для перемещения осадка (см. Начало движения ), он будет перемещаться вдоль русла как донный груз , перекатываясь, скользя и сальтируя (подпрыгивая в потоке, переносясь на небольшое расстояние, а затем снова оседая). Если скорость восходящего потока выше скорости осаждения, осадок будет переноситься высоко в потоке как промывной груз . ^[10]

Поскольку в потоке обычно присутствуют частицы различных размеров, для заданных условий потока характерно перемещение материалов разных размеров через все области потока.

Формы русла рек

Современная асимметричная рябь, образовавшаяся на песке на дне реки Хантер, Новый Южный Уэльс, Австралия. Направление течения справа налево.

Дюны с извилистыми гребнями, обнажающиеся во время отлива на реке Корнуоллис недалеко от Вулфвилла, Новая Шотландия.

Древние русловые отложения в формации Стеллартон ( пенсильванский ярус ), карьер Коулберн, недалеко от Торберна, Новая Шотландия.

Движение осадка может создавать самоорганизующиеся структуры, такие как рябь , дюны или антидюны на дне реки или ручья . Эти формы ложа часто сохраняются в осадочных породах и могут использоваться для оценки направления и величины потока, который отложил осадок.

Поверхностный сток

Поверхностный поток может размывать частицы почвы и переносить их вниз по склону. Эрозия, связанная с поверхностным потоком, может происходить различными способами в зависимости от метеорологических условий и условий потока.

• Если первоначальное воздействие капель дождя приводит к смещению почвы, то это явление называется брызгодождевой эрозией.
• Если поверхностный поток непосредственно способствует захвату осадков, но не образует оврагов, то это называется «пластовой эрозией».
• Если поток и субстрат допускают образование каналов, могут образовываться овраги; это называется «овражная эрозия».

Смотрите также

• Водоем
• Рисунок канала
• Сортировка
• Список речных форм рельефа

Ссылки

1. 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.
2. Уилсон, У. Э. и Мур, Дж. Э. 2003. Глоссарий по гидрологии, Американский геологический институт, Springer, 248 стр.
3. Чарльтон, Ро (2008). Основы речной геоморфологии . Лондон: Ратледж. С. 234. ISBN 978-0-415-33454-9.
4. Wohl, Ellen (2014). Реки в ландшафте: наука и управление . Wiley-Blackwell. стр. 330. ISBN 978-1-118-41489-7.
5. Матур, Анурадха; Дилип да Кунья (2001). Наводнения в Миссисипи: проектирование меняющегося ландшафта. Нью-Хейвен, Коннектикут: Издательство Йельского университета. ISBN 0-300-08430-7 
6. Дилл, Уильям А. (1990). Внутреннее рыболовство Европы. Рим, Италия: Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН. ISBN 92-5-102999-7 . http://www.fao.org/docrep/009/t0377e/t0377e00.htm Архивировано 01.03.2018 на Wayback Machine 
7. MOSTERN, RUTH; HORNE, RYAN M. (2021). Желтая река: естественная и неестественная история . Yale University Press. стр. 33. doi :10.2307/j.ctv1vbd1d8.7. ISBN 978-0-300-23833-4. JSTOR  j.ctv1vbd1d8.
8. Али, Ск Зишан; Дей, Субхасиш (ноябрь 2016 г.). «Механика адвекции взвешенных частиц в турбулентном потоке». Труды Королевского общества A: Математические, физические и инженерные науки . 472 (2195): 20160749. Bibcode : 2016RSPSA.47260749A. doi : 10.1098/rspa.2016.0749 .
9. Кумбхакар, Манотош; Гошал, Коели; Сингх, Виджай П. (январь 2017 г.). «Вывод уравнения Рауза для концентрации осадков с использованием энтропии Шеннона». Physica A: Статистическая механика и ее приложения . 465 : 494–499. Bibcode : 2017PhyA..465..494K. doi : 10.1016/j.physa.2016.08.068.
10. Whipple, K. X (2004). "12.163 Course Notes, MIT Open Courseware" (PDF) . Получено 23 сентября 2021 г. .