Селевые потоки — это геологические явления, при которых насыщенные водой массы почвы и фрагментированных пород стекают по склонам гор, направляются в русла рек , увлекают объекты на своем пути и образуют густые илистые отложения на дне долин. Обычно они имеют объемную плотность , сравнимую с плотностью каменных лавин и других типов оползней (примерно 2000 килограммов на кубический метр), но из-за широко распространенного разжижения отложений , вызванного высоким давлением поровой жидкости , они могут течь почти так же текуче, как вода. [2] Потоки мусора, спускающиеся по крутым каналам, обычно достигают скорости, превышающей 10 м/с (36 км/ч), хотя некоторые крупные потоки могут достигать скорости, гораздо большей. Селевые потоки объемом до 100 000 кубических метров часто возникают в горных регионах по всему миру. Крупнейшие доисторические потоки имели объёмы, превышающие 1 миллиард кубических метров (т.е. 1 кубический километр). Из-за высокой концентрации наносов и подвижности селевые потоки могут быть очень разрушительными.
Крупнейшие селевые катастрофы двадцатого века унесли жизни более 20 000 человек в Армеро, Колумбия , в 1985 году и десятков тысяч в штате Варгас , Венесуэла , в 1999 году.
В селевых потоках объемная концентрация осадков превышает 40–50%, а остальная часть объема потока состоит из воды. По определению, «обломки» включают в себя зерна отложений различной формы и размера, обычно от микроскопических частиц глины до огромных валунов . В сообщениях средств массовой информации часто используется термин «селевой поток» для описания селевых потоков, но настоящие сели состоят в основном из частиц, мельче песка . На поверхности суши сели встречаются гораздо реже, чем селевые потоки. Однако подводные сели преобладают на подводных окраинах континентов , где они могут порождать мутные течения . Потоки мусора в лесных регионах могут содержать большое количество древесного мусора, такого как бревна и пни. Водные наводнения, богатые наносами, с концентрацией твердых частиц от 10 до 40%, ведут себя несколько иначе, чем селевые потоки, и известны как гиперконцентрированные наводнения. [3] Обычные потоки рек содержат еще более низкие концентрации наносов.
Селевые потоки могут быть вызваны интенсивными дождями или таянием снегов, прорывом плотин или прорывами ледников, а также оползнями, которые могут быть связаны или не связаны с интенсивными дождями или землетрясениями. Во всех случаях основными условиями возникновения селей являются наличие склонов крутизной более 25 градусов , наличие обильных рыхлых отложений, почвы или выветрелых пород, а также достаточное количество воды для доведения этого рыхлого материала до состояния практически полного насыщения. (все поры заполнены). Как показывает опыт южной Калифорнии, селевые потоки могут возникать чаще после лесных и кустарниковых пожаров. Они представляют значительную опасность во многих крутых горных районах и получили особое внимание в Японии, Китае, Тайване, США, Канаде, Новой Зеландии, Филиппинах, Европейских Альпах, России и Казахстане. В Японии крупный селевой поток или оползень называется ямацунами (山津波), буквально « горное цунами» .
Потоки мусора ускоряются вниз под действием силы тяжести и имеют тенденцию следовать по крутым горным каналам, которые выходят на аллювиальные конусы или поймы рек . Передняя часть, или «голова» селевого потока, часто содержит обилие грубого материала, такого как валуны и бревна, которые создают большое трение . За головкой потока с высоким коэффициентом трения следует тело потока с низким коэффициентом трения, в основном сжиженное, содержащее более высокий процент песка , ила и глины. Эти мелкие отложения помогают сохранять высокое давление поровой жидкости, что повышает подвижность селевых потоков. В ряде случаев за телом потока следует более водянистый хвост, переходящий в сверхконцентрированный поток ручья. Потоки мусора имеют тенденцию двигаться серией импульсов или дискретных всплесков, при этом каждый импульс или всплеск имеет характерную начало, тело и хвост.
.JPG/1280px-Debris_flow_deposit,_Ladakh,_NW_Indian_Himalaya_(2).JPG)
На местности легко распознаются селевые отложения. Они составляют значительную часть многих аллювиальных конусов и конусов обломков вдоль крутых горных склонов. Полностью обнаженные отложения обычно имеют лопастную форму с богатыми валунами выступами, а боковые края селевых отложений и троп обычно отмечены наличием боковых дамб , богатых валунами . Эти естественные дамбы образуются, когда относительно подвижные, разжиженные, мелкозернистые обломки в теле обломков стекают в сторону от грубых обломков с высоким коэффициентом трения, которые собираются в головках селевых потоков в результате разделения зерен по размерам (известное явление в механике зернистых материалов) . ). Боковые дамбы могут ограничивать пути последующих селевых потоков, а наличие более старых дамб дает некоторое представление о масштабах предыдущих селевых потоков на конкретной территории. Датируя деревья, произрастающие на таких отложениях, можно оценить приблизительную частоту разрушительных селевых потоков. Это важная информация для освоения территорий в районах, где селевые потоки являются обычным явлением. Древние отложения селей, обнаженные только в обнажениях, труднее распознать, но они обычно характеризуются сопоставлением зерен сильно различающихся форм и размеров. Эта плохая сортировка зерен отложений отличает отложения селей от большинства отложений, отложенных водой.
Другим геологическим потокам, которые можно охарактеризовать как селевые потоки, обычно даются более конкретные названия. К ним относятся:
Лахар — это селевой поток, каким-то образом связанный с вулканической деятельностью либо непосредственно в результате извержения, либо косвенно в результате обрушения рыхлого материала на склонах вулкана . Спровоцировать лахар могут различные явления, в том числе таяние ледникового льда, обрушение сектора , интенсивные дожди на рыхлый пирокластический материал или прорыв озера, которое ранее было перекрыто пирокластическими или ледниковыми отложениями. Слово лахар имеет индонезийское происхождение, но в настоящее время оно регулярно используется геологами всего мира для описания вулканогенных селевых потоков. Почти все крупнейшие и наиболее разрушительные селевые потоки на Земле — это лахары, зарождающиеся на вулканах. Примером может служить лахар, затопивший город Армеро в Колумбии.
Йокульхлауп – это ледниковое наводнение. Jökulhlaup — исландское слово, и в Исландии многие ледниковые наводнения вызваны подледными извержениями вулканов. (Исландия расположена на вершине Срединно-Атлантического хребта, который образован цепью преимущественно подводных вулканов). В других местах более распространенной причиной йёкульхлаупов является прорыв озер, запруденных льдом или мореной . Такие прорывы часто вызываются внезапным откалыванием ледникового льда в озеро, что затем приводит к тому, что волна смещения прорывает морену или ледяную плотину. Ниже долины места разлома йёкульхлауп может значительно увеличиться в размерах за счет увлечения рыхлыми отложениями из долины, через которую он движется. Обширный унос может привести к тому, что наводнение превратится в селевой поток. Расстояния поездок могут превышать 100 км.
Для моделирования свойств, кинематики и динамики селевых потоков использовалось множество различных подходов . [4] Некоторые из них перечислены здесь.
Калибровка и проверка таких сложных моделей требуют хорошо документированных данных полевых исследований или мельчайших лабораторных экспериментов.[11] [12]
Теория смеси , первоначально предложенная Айверсоном [2] и позже принятая и модифицированная другими, рассматривает селевые потоки как двухфазные смеси твердого тела и жидкости.
В реальных двухфазных (мусорных) массовых потоках существует сильная связь между передачей импульса твердого тела и жидкости , при которой нормальное напряжение твердого тела уменьшается за счет плавучести , что, в свою очередь, уменьшает сопротивление трения , увеличивает градиент давления и уменьшает перетащите твердый компонент. Плавучесть является важным аспектом двухфазного селевого потока, поскольку она увеличивает подвижность потока (увеличивает расстояние перемещения) за счет снижения сопротивления трения в смеси . Плавучесть присутствует до тех пор, пока в смеси есть жидкость. [13] Это уменьшает твердое нормальное напряжение, твердое боковое нормальное напряжение и базальное напряжение сдвига (таким образом, сопротивление трения) в коэффициент ( ), где соотношение плотностей между жидкой и твердой фазами. Эффект существенен, когда коэффициент плотности ( ) велик (например, в естественном селе).
Если поток имеет нейтральную плавучесть, т. е. (см., например, Bagnold, [14] 1954), масса мусора псевдоожижается и перемещается на большие расстояния. Это может произойти в высоковязких природных селевых потоках. [15] Для течений с нейтральной плавучестью исчезает кулоновское трение , исчезает боковой градиент твердого давления, коэффициент сопротивления равен нулю, а также исчезает влияние базального наклона на твердую фазу. В этом предельном случае единственная оставшаяся твердая сила возникает из-за гравитации и, следовательно, силы, связанной с плавучестью. В этих условиях гидродинамической поддержки частиц жидкостью масса мусора полностью псевдоожижена (или смазана ) и движется очень экономично, способствуя перемещению на большие расстояния. По сравнению с плавучим потоком поток с нейтральной плавучестью ведет себя совершенно иначе. В последнем случае твердая и жидкая фазы движутся совместно, основная масса мусора ожижается, фронт перемещается существенно дальше, хвост отстает, а общая высота потока также уменьшается. При этом поток не испытывает эффекта плавучести. Тогда эффективное напряжение сдвига трения для твердой фазы будет таким же, как для чистого зернистого потока. В этом случае сила, возникающая из-за градиента давления, изменяется, сопротивление становится высоким, и влияние виртуальной массы исчезает в импульсе твердого тела. Все это приводит к замедлению движения .
Чтобы селевые потоки не дошли до имущества и людей, можно соорудить свалку. Бассейны для мусора предназначены для защиты почвы и водных ресурсов или предотвращения ущерба ниже по течению. Такие конструкции считаются крайней мерой, поскольку их строительство дорогое и требует ежегодного обслуживания. [17] Кроме того, селевые бассейны могут удерживать только потоки мусора из части ручьев, дренирующих горную местность.
Перед ураганом, который потенциально может вызвать селевые потоки, системы прогнозирования часто могут количественно оценить вероятность того, что селевой поток может возникнуть в водоразделе; [18] однако по-прежнему сложно предсказать количество мобилизованных отложений и, следовательно, общий размер селевых потоков, которые могут образоваться в результате данного шторма, а также будут ли селевые бассейны способны защитить населенные пункты, расположенные ниже по течению. Эти проблемы делают селевые потоки особенно опасными для жителей горных районов. [19]
В 1989 году в рамках своей масштабной постановки «Соединённые Штаты Дэвида Гордона» , а позже, в 1999 году, в рамках « Автобиографии лжеца» , хореограф Дэвид Гордон соединил музыку Гарри Партча и слова Джона Макфи из «Контроля над «Природа », прочитанная Нормой Файер, в танце под названием «Поток мусора», «мучительный записанный на пленку рассказ о семейных испытаниях во время сильного оползня в Лос-Анджелесе…» [20]
