stringtranslate.com

Осыпь

Осыпь у подножия горы Ямнуска , Альберта , Канада

Осыпь — это скопление обломков горных пород у подножия скалы или другой крутой скальной массы, накопившееся в результате периодических камнепадов . Формы рельефа, связанные с этими материалами, часто называют осыпными отложениями .

Термин «осыпь» применяется как к неустойчивому крутому склону горы, состоящему из обломков горных пород и другого мусора , так и к смеси обломков горных пород и самого мусора. [1] [2] [3] Он является синонимом осыпи , материала, который накапливается у основания выступающей массы горной породы, [2] [4] или склона осыпи , рельефа, состоящего из осыпи. [5] Термин «осыпь» иногда используется в более широком смысле для любого слоя рыхлых обломков горных пород, покрывающих склон, в то время как осыпь используется в более узком смысле для материала, который накапливается у основания скалы или другого скалистого склона, с которого он, очевидно, размыт. [2]

Осыпь образуется в результате камнепада [3] [6] , что отличает ее от коллювия . Коллювий — это обломки горных пород или почвы, отложенные дождевым потоком , потоком воды или медленным сползанием вниз , обычно у подножия пологих склонов или склонов холмов. [7] Однако термины осыпь , осыпь [2] [ 3] и иногда коллювий [8] обычно используются как взаимозаменяемые. Термин осыпное отложение иногда используется для того, чтобы отличить рельеф от материала, из которого он сделан. [9] Точное определение осыпи в первичной литературе несколько смягчено, и оно часто совпадает как с осыпью, так и с коллювием . [8]

Этимология

Термин «осыпь» происходит от древнескандинавского слова «оползень» — skriða [10] , а термин «talus» — французское слово, означающее склон или насыпь. [11] [12]

Описание

Отложения осыпей обычно имеют вогнутую вверх форму, где максимальный наклон соответствует углу естественного откоса среднего размера частиц обломков. [8]

Склоны осыпей часто считаются близкими к углу естественного откоса. Это наклон, на котором куча зернистого материала становится механически неустойчивой. Однако тщательное изучение склонов осыпей показывает, что только те, которые либо быстро накапливают новый материал, либо испытывают быстрое удаление материала из своих оснований, близки к углу естественного откоса. Большинство склонов осыпей менее крутые, и они часто имеют вогнутую форму, так что подножие склона менее крутое, чем вершина склона. [13] [14]

Осыпи с крупными обломками камней размером с валун могут образовывать осыпные пещеры или проходы размером с человека, образованные между валунами. [15]

Формирование

Осыпные конусы на северном берегу Ис-фьорда , Шпицберген , Норвегия

Образование осыпей и осыпей является результатом физического и химического выветривания , действующего на поверхность скалы, и эрозионных процессов, перемещающих материал вниз по склону. [ требуется ссылка ] В высокогорных арктических и субарктических регионах склоны осыпей и осыпей обычно примыкают к холмам и речным долинам. Эти крутые склоны обычно возникают в результате позднеплейстоценовых перигляциальных процессов . [16]

Существует пять основных стадий эволюции склона осыпи: [ необходима ссылка ]

  1. накопление
  2. консолидация
  3. выветривание
  4. наступающая растительность
  5. деградация склона.

Склоны осыпей образуются в результате накопления рыхлого, крупнозернистого материала. Однако внутри самого склона осыпи обычно наблюдается хорошая сортировка осадков по размеру: более крупные частицы быстрее накапливаются у подножия склона. [17] Цементация происходит, когда мелкозернистый материал заполняет промежутки между обломками. Скорость консолидации зависит от состава склона; глинистые компоненты будут связывать обломки вместе быстрее, чем песчаные . Если выветривание опережает подачу осадка, растения могут укорениться. Корни растений уменьшают силы сцепления между грубыми и мелкими компонентами, разрушая склон. [18] Преобладающие процессы, которые разрушают скалистый склон, во многом зависят от регионального климата (см. ниже), а также от термических и топографических напряжений, управляющих материнским материалом породы. Примеры доменов процесса включают: [ необходима цитата ]

Физические процессы выветривания

Осыпь в нижней части долины реки Май на горе Ауроз (Верхние Альпы, Франция)

Образование осыпей обычно приписывают образованию льда на склонах горных пород. Наличие соединений , трещин и других неоднородностей в скальной стене может позволить осадкам , грунтовым водам и поверхностному стоку течь через породу. Если температура падает ниже точки замерзания жидкости, содержащейся в породе, например, в особенно холодные вечера, эта вода может замерзнуть. Поскольку вода расширяется на 9% при замерзании, она может генерировать большие силы, которые либо создают новые трещины, либо заклинивают блоки в нестабильном положении. Для этого могут потребоваться особые граничные условия (быстрое замерзание и удержание воды). [19] Считается, что образование осыпей при замерзании-оттаивании наиболее распространено весной и осенью, когда дневные температуры колеблются около точки замерзания воды, а таяние снега производит достаточно свободной воды.

Эффективность процессов замораживания-оттаивания при образовании осыпей является предметом продолжающихся дебатов. Многие исследователи полагают, что образование льда в крупных открытых системах трещин не может генерировать достаточно высокого давления, чтобы заставить расколоть материнские породы, и вместо этого предполагают, что вода и лед просто вытекают из трещин по мере нарастания давления. [20] Многие утверждают, что морозное пучение , подобное тому, которое, как известно, действует в почве в районах вечной мерзлоты , может играть важную роль в деградации скал в холодных местах. [21] [22]

В конце концов, склон скалы может быть полностью покрыт собственной осыпью, так что производство нового материала прекращается. Тогда говорят, что склон «покрыт» обломками. Однако, поскольку эти отложения все еще не консолидированы, все еще существует вероятность того, что склоны отложений сами по себе обрушатся. Если куча отложений осыпи сместится и частицы превысят угол естественного откоса, сама осыпь может сползти и обрушиться. [ необходима цитата ]

Химические процессы выветривания

Такие явления, как кислотные дожди, также могут способствовать химической деградации горных пород и образованию более рыхлых отложений. [ необходима ссылка ]

Биотические процессы выветривания

Биотические процессы часто пересекаются как с физическими, так и с химическими режимами выветривания, поскольку организмы, взаимодействующие с горными породами, могут механически или химически изменять их. [ необходима цитата ]

Лишайники часто растут на поверхности или внутри скал. Особенно во время первоначального процесса колонизации лишайник часто вставляет свои гифы в небольшие трещины или плоскости расщепления минералов , которые существуют в вмещающей породе. [23] По мере роста лишайника гифы расширяются и заставляют трещины расширяться. Это увеличивает потенциал фрагментации, что может привести к камнепадам. Во время роста слоевища лишайника небольшие фрагменты вмещающей породы могут быть включены в биологическую структуру и ослабить породу. [ необходима цитата ]

Высокий утес на восточном берегу озера Пейс, Новая Шотландия, с осыпью у основания. Поскольку скорость эрозии довольно низкая, осыпь частично покрылась лесом.

Замораживание-оттаивание всего тела лишайника из-за микроклиматических изменений влажности может попеременно вызывать тепловое сжатие и расширение, [23] что также нагружает вмещающую породу. Лишайник также производит ряд органических кислот в качестве побочных продуктов метаболизма. [23] Они часто реагируют с вмещающей породой, растворяя минералы и разрушая субстрат на рыхлые отложения. [ необходима цитата ]

Взаимодействие с ледниками

Осыпь часто собирается у основания ледников , скрывая их от окружающей среды. Например, Лех-дл-Драгон в группе Селла Доломитовых Альп образовался из тающих вод ледника и скрыт под толстым слоем осыпи. Покрытие из обломков на леднике влияет на энергетический баланс и, следовательно, на процесс таяния. [24] [25] То, начнет ли ледник таять быстрее или медленнее, определяется толщиной слоя осыпи на его поверхности. [ требуется ссылка ]

Количество энергии, достигающей поверхности льда под обломками, можно оценить с помощью одномерного, однородного материального предположения закона Фурье : [25]

,

где k — теплопроводность материала обломков, T s — температура окружающей среды над поверхностью обломков, T i — температура на нижней поверхности обломков, а d — толщина слоя обломков. [25]

Ледник , покрытый осыпями , Лех-дл-Драгон , Италия

Обломки с низким значением теплопроводности или высоким термическим сопротивлением не будут эффективно передавать энергию леднику, что означает, что количество тепловой энергии, достигающей поверхности льда, существенно уменьшается. Это может действовать как изоляция ледника от входящего излучения. [ необходима цитата ]

Альбедо (отражение излучения)

Альбедо , или способность материала отражать входящую энергию излучения, также является важным качеством для рассмотрения. Как правило, обломки будут иметь более низкое альбедо, чем ледниковый лед, который они покрывают, и, таким образом, будут отражать меньше входящей солнечной радиации. Вместо этого обломки будут поглощать энергию излучения и передавать ее через покровный слой к интерфейсу обломки-лед. [ необходима цитата ]

Если лед покрыт относительно тонким слоем обломков (толщиной менее 2 сантиметров), эффект альбедо становится наиболее важным. [26] По мере накопления осыпи на вершине ледника альбедо льда начнет уменьшаться. Вместо этого ледниковый лед будет поглощать поступающую солнечную радиацию и переносить ее на верхнюю поверхность льда. Затем ледниковый лед начнет поглощать энергию и использовать ее в процессе таяния. [ необходима цитата ]

Однако, как только слой обломков достигает толщины 2 или более сантиметров, эффект альбедо начинает рассеиваться. [26] Вместо этого слой обломков будет действовать как изоляция ледника, не давая входящему излучению проникать через осыпь и достигать поверхности льда. [26] В дополнение к каменистым обломкам, толстый снежный покров может образовывать изолирующее одеяло между холодной зимней атмосферой и субнивальными пространствами в осыпях. [27] В результате почва, коренная порода, а также подземные пустоты в осыпях не замерзают на больших высотах. [ необходима ссылка ]

Микроклимат

Осыпь имеет множество мелких пустот, тогда как ледяная пещера имеет несколько крупных полостей. Из-за просачивания холодного воздуха и циркуляции воздуха, дно склонов осыпи имеет тепловой режим, аналогичный ледяным пещерам. [ необходима цитата ]

Поскольку подповерхностный лед отделен от поверхности тонкими проницаемыми слоями осадка, осыпи испытывают просачивание холодного воздуха из нижней части склона, где осадок самый тонкий. [28] Этот замерзающий циркулирующий воздух поддерживает внутреннюю температуру осыпи на 6,8-9,0 °C ниже, чем внешняя температура осыпи. [29] Эти температурные аномалии <0 °C возникают на глубине до 1000 м ниже мест со среднегодовой температурой воздуха 0 °C. [ требуется ссылка ]

Неравномерная вечная мерзлота , которая образуется при температуре <0 °C, вероятно, существует у подножия некоторых склонов осыпей, несмотря на среднегодовую температуру воздуха 6,8–7,5 °C. [29]

Биоразнообразие

Микроклимат осыпей , поддерживаемый циркулирующим морозным воздухом, создает микросреду обитания , которая поддерживает таежные растения и животных, которые в противном случае не смогли бы выжить в региональных условиях. [28]

Исследовательская группа Академии наук Чешской Республики под руководством физико-химика Властимила Ружички, проанализировав 66 склонов осыпей, опубликовала статью в журнале Journal of Natural History в 2012 году, в которой сообщалось, что: «Эта микросреда обитания, а также промежуточные пространства между блоками осыпей в других местах на этом склоне поддерживают важную совокупность бореальных и арктических мохообразных , птеридофитов и членистоногих , которые отделены от своих обычных ареалов далеко на севере. Этот замерзающий склон осыпи представляет собой классический пример палеорефугиума , который вносит значительный вклад в защиту и поддержание биоразнообразия регионального ландшафта ». [28]

Ледяная гора , массивная осыпь в Западной Вирджинии , поддерживает совершенно иное распределение видов растений и животных, чем в северных широтах. [28]

Бег по каменистой местности (активность)

Бег по осыпи — это бег по склону осыпи; который может быть очень быстрым, так как осыпь движется вместе с бегуном. Некоторые склоны осыпи больше не могут быть пройдены, потому что камни были перемещены к основанию. [30] [31] [32]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "scree" . Оксфордский словарь английского языка (Электронная ред.). Oxford University Press . (Требуется подписка или членство в участвующем учреждении.)
  2. ^ abcd Джексон, Джулия А., ред. (1997). "scree". Глоссарий геологии (4-е изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт . ISBN 0922152349.
  3. ^ abc Allaby, Michael (2013). "scree". Словарь геологии и наук о Земле (4-е изд.). Oxford University Press . ISBN 9780199653065.
  4. ↑ Джексон 1997, «талус».
  5. ^ Торнбери, Уильям Д. (1969). Принципы геоморфологии (2-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. С. 66. ISBN 0471861979.
  6. ^ Блатт, Харви; Миддлтон, Джерард; Мюррей, Рэймонд (1980). Происхождение осадочных пород (2-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice-Hall. стр. 176. ISBN 0136427103.
  7. ^ Джексон 1997, «коллювий».
  8. ^ abc Тернер, А. Кит; Шустер, Роберт Л. (1996). Оползни: расследование и смягчение последствий. Вашингтон, округ Колумбия: National Academy Press. ISBN 0-309-06208-X. OCLC  33102185.
  9. ^ Броди, АГ; Плухар, К.Дж.; Сток, Г.М.; Гринвуд, У.Дж. (1 мая 2015 г.). «Приповерхностная геофизическая визуализация осыпного месторождения в долине Йосемити, Калифорния». Environmental & Engineering Geoscience . 21 (2): 111–127. doi :10.2113/gseegeosci.21.2.111.
  10. ^ Харпер, Дуглас. "scree". Онлайн-словарь этимологии . Получено 20 апреля 2006 г.
  11. ^ Харпер, Дуглас. "talus". Онлайн-словарь этимологии . Получено 01.12.2008 .
  12. ^ "Talus". Языковой портал bab.la. Получено 10.12.2011 .
  13. ^ Statham, I. (июль 1973 г.). «Развитие склона осыпи в условиях движения поверхностных частиц». Труды Института британских географов (59): 41–53. doi :10.2307/621711. JSTOR  621711.
  14. ^ Statham, Ian (январь 1976). «Модель обвала склона осыпи». Earth Surface Processes . 1 (1): 43–62. doi :10.1002/esp.3290010106.
  15. ^ "Пещеры Талус - Пещеры и Карст (Служба национальных парков США)". www.nps.gov . Служба национальных парков . Получено 16 июля 2024 г. .
  16. ^ Ружичка, Властимил; Хаер, Яромир (1 декабря 1996 г.). «Пауки (Araneae) из каменистых обломков Северной Чехии». Арахнологические Миттейлунгены . 12 : 46–56. дои : 10.5431/aramit1202 . ISSN  1018-4171.
  17. ^ Киркби, М. Дж.; Стэтхэм, Иэн (май 1975 г.). «Поверхностное движение камней и формирование осыпей». Журнал геологии . 83 (3): 349–362. Bibcode : 1975JG.....83..349K. doi : 10.1086/628097. ISSN  0022-1376. S2CID  129310011.
  18. ^ Gerber, E.; Scheidegger, AE (май 1974). «О динамике склонов осыпей». Rock Mechanics . 6 (1): 25–38. Bibcode : 1974RMFMR...6...25G. doi : 10.1007/BF01238051. ISSN  0035-7448. S2CID  129262031.
  19. ^ Уолли, У. Б. (1984). «Камнепады». В Брунсдене, Д.; Прайор, Д. Б. (ред.). Неустойчивость склона . Чичестер: John Wiley and Sons. стр. 217–256.
  20. ^ Hallet, B (2006). «Почему замерзающие камни ломаются?». Science . 314 (5802): 1092–1093. doi :10.1126/science.1135200. PMID  17110559. S2CID  140686582.
  21. ^ Уолдер, Дж.; Холлет, Б. (1985). «Теоретическая модель разрушения горных пород при замерзании». Бюллетень Геологического общества Америки . 96 (3): 336–346. Bibcode : 1985GSAB...96..336W. doi : 10.1130/0016-7606(1985)96<336:ATMOTF>2.0.CO;2.
  22. ^ Murton, JB; Peterson, R; Ozouf, JC (2006). «Разрушение коренной породы при сегрегации льда в холодных регионах». Science . 314 (5802): 1127–1129. Bibcode :2006Sci...314.1127M. doi :10.1126/science.1132127. PMID  17110573. S2CID  37639112.
  23. ^ abc Jie, Chen; Blume, Hans-Peter (октябрь 2002 г.). «Выветривание горных пород лишайниками в Антарктике: закономерности и механизмы». Journal of Geographical Sciences . 12 (4): 387–396. doi :10.1007/BF02844595. ISSN  1009-637X. S2CID  128666735.
  24. ^ Бенн, ДИ; Эванс, DJ A (2010). Ледники и оледенение, 2-е изд . Лондон: Ходдер-Арнольд. ISBN 9780340905791.
  25. ^ abc Nakawo, M.; Young, GJ (1981). «Полевые эксперименты по определению влияния слоя обломков на абляцию ледникового льда». Annals of Glaciology . 2 : 85–91. Bibcode : 1981AnGla...2...85N. doi : 10.3189/172756481794352432 . ISSN  0260-3055.
  26. ^ abc östrem, Gunnar (январь 1959). «Таяние льда под тонким слоем морены и существование ледяных кернов в моренных хребтах». Geografiska Annaler . 41 (4): 228–230. doi :10.1080/20014422.1959.11907953. ISSN  2001-4422.
  27. ^ Уилер, Ральф А. (июнь 1990 г.). «Пауки — это пауки…». Southern Medical Journal . 83 (6): 723. doi :10.1097/00007611-199006000-00037. ISSN  0038-4348. PMID  2356505.
  28. ^ abcd Ружичка, Властимил; Захарда, Милослав; Немцова, Ленка; Шмилауэр, Петр; Некола, Джеффри К. (сентябрь 2012 г.). «Перигляциальный микроклимат на низкогорных осыпных склонах поддерживает реликтовое биоразнообразие». Журнал естественной истории . 46 (35–36): 2145–2157. дои : 10.1080/00222933.2012.707248. ISSN  0022-2933. S2CID  86730753.
  29. ^ ab Zacharda, Miloslav; Gude, Martin; Růžička, Vlastimil (июль 2007 г.). «Термический режим трех низкорасположенных склонов осыпей в центральной Европе». Permafrost and Periglacial Processes . 18 (3): 301–308. doi :10.1002/ppp.598. S2CID  129472548.
  30. ^ Симпсон, Питер. «Бег по осыпи». Энциклопедия Новой Зеландии .
  31. ^ Шорт, Дэвид (2012-02-01). "Безумие бега по осыпям". Wilderness . Получено 2020-12-21 .
  32. ^ Неттлтон, Джон. "Scree Running". Wildlife Trust . Получено 21.12.2020 .