stringtranslate.com

Эволюция склона холма

Эволюция склонов холмов — это изменения скорости эрозии , стилей эрозии и формы склонов холмов и гор с течением времени.

Концептуальные модели

В течение большей части 20-го века были широко распространены три модели эволюции склонов холмов: спад склона, замещение склона и параллельное отступление склона. До 1950-х годов модели эволюции формы склона холмов были центральными в геоморфологии . Современное понимание заключается в том, что эволюция склонов гораздо сложнее, чем предполагают классические модели спада, замещения и отступления. [1]

Спад склона

Снижение склона было предложено Уильямом Моррисом Дэвисом в его теории цикла эрозии . Оно состоит из постепенного уменьшения угла склона по мере замедления врезания потока . Это сопровождается тем, что склоны становятся более пологими, они накапливают мелкозернистый реголит, образующийся в результате выветривания . [1]

Замена склона

Замена склона была впервые предложена Вальтером Пенком, бросившим вызов идеям Дэвиса о развитии склона. Замена склона описывает эволюцию склонов, связанную с уменьшением скорости общей эрозии ( денудации ). Она начинается с уплощения самого нижнего склона, которое распространяется вверх и назад, заставляя самый верхний склон отступать и уменьшать свой угол, оставаясь при этом круче нижних частей. [1] По словам самого Пенка: «Уплощение склонов всегда происходит снизу вверх». [2]

Параллельный отступ по склону

Склоны будут развиваться путем параллельного отступления, когда прочность скального массива склонов остается постоянной, а базальные обломки, такие как осыпи , постоянно удаляются. Однако в действительности такая однородная прочность скал встречается редко. Прочность скал связана с выветриванием, а выветривание — с климатом, поэтому на больших расстояниях или в течение длительных промежутков времени отступление склонов вряд ли останется полностью параллельным при отсутствии структурного контроля, который может поддерживать параллельное отступление. Однако такой структурный контроль часто встречается в областях, где твердые горизонтальные слои базальта или твердых осадочных пород залегают над более мягкими породами. Склоны, находящиеся под влиянием структурного контроля прочной покрывающей породы, как правило, прекращают развиваться путем параллельного отступления только после того, как вышележащие твердые слои, покрывающие более мягкие породы, полностью размыты. [1]

Параллельное отступление склона и уступа , хотя и предложенное ранними геоморфологами, было особенно отстаиваемо Лестером Чарльзом Кингом . [1] Кинг считал отступление уступа и слияние фронтонов в педиплены доминирующими процессами по всему миру. Кроме того, он утверждал, что уклон склона был особым случаем развития склона, наблюдаемым только в очень слабых породах, которые не могли поддерживать уступ . [3] Склоны, которые выпуклы вверх по склону и вогнуты вниз по склону и не имеют свободной поверхности, считались Кингом формой, которая стала распространенной в конце третичного периода . Кинг утверждал, что это было результатом более медленного поверхностного смыва, вызванного коврами травы , что, в свою очередь, привело бы к относительно большему оползанию почвы . [3] [4]

Неравная активность

Представление о том, что склоны в области не развиваются все одновременно, известно как неравная активность. Колин Хейтер Крик , который придумал этот термин, предположил, что неравная активность может регулироваться удалением мусора у основания склонов. Следуя этой мысли, эрозия морем и боковая миграция потока имеют первостепенное значение, поскольку эти процессы эффективны в удалении мусора. [5] Неравная активность также подразумевает, что существуют большие различия между эрозией потока вблизи русел ручьев и, по-видимому, неизменными возвышенностями, а также между верховьями с ограниченной эрозией и более активными средними и нижними течениями ручьев. [6] Из этого следует, что ландшафты и склоны с ограниченной речной эрозией во многих случаях можно считать застойными в своей эволюции. [6]

Числовые модели

В отличие от ранних концептуальных моделей, которые пытаются предсказать форму склона, ряд численных моделей эрозии фокусируются на описании того, что происходит в любой момент времени, и не рассматривают изменения формы.

Средние скорости эрозии для склона были оценены с помощью численных моделей. [7] Используя уравнение теплопередачи Фурье в качестве шаблона, У. Э. Х. Каллинг предположил, что поток массы через градиент высоты склона можно было бы описать аналогичным образом: [7] [8]

Уравнение (1) q̃ = −K∇z

С левой стороны находится поток осадка, который представляет собой объем массы, проходящей через линию за единицу времени (L 3 /LT). K — константа скорости (L 2 /T), а ∇z — градиент или разница высот между двумя точками на склоне, деленная на их горизонтальное расстояние. Эта модель подразумевает, что потоки осадка можно оценить по углам склона ( ∇z ). Было показано, что это верно для пологих склонов. Для более крутых склонов невозможно вывести потоки осадка. Чтобы учесть эту реальность, можно применить следующую модель для крутых склонов: [7]

Уравнение (2) q̃ = ⁠−К∇z/1 − (| ∇z |/ S c ) 2⁠

S c здесь обозначает критический градиент, при котором эрозия и потоки осадков уходят. Эта модель показывает, что когда ∇z находится далеко от S c, она ведет себя как уравнение 1. Напротив, когда ∇z приближается к S c, скорость эрозии становится чрезвычайно высокой. Эта последняя особенность может представлять поведение оползней на крутой местности. [7]

При низких скоростях эрозии повышенный врез ручья или реки может привести к тому, что пологие склоны приобретут выпуклые формы. Выпуклые формы могут, таким образом, косвенно отражать ускоренный подъем земной коры и связанный с ним врез рек. [9] [10] [A] Как показывает уравнение 2, угол крутых склонов меняется очень мало даже при очень высоких скоростях эрозии, что означает, что невозможно вывести скорости эрозии из топографии крутых склонов, за исключением намеков на то, что они намного выше, чем для склонов с меньшим углом наклона. [7]

Параболические холмы

Начиная с работ Гроува Карла Гилберта (1909) и Уильяма Морриса Дэвиса (1892), почвенно-покровные выпуклые или параболические холмы долгое время считались отражением условий устойчивого равновесия почвообразования и почвенной эрозии . [7] [11] [12] Вопреки тому, что должно подразумевать равновесие между функциями скорости эрозии, описанными выше, и функцией почвенной продукции, глубина почвы может значительно различаться в параболических холмах в результате стохастического выветривания коренной породы в почву. Это означает, что ожидаемые скорости почвообразования из функции почвенной продукции могут значительно различаться по ландшафту в геоморфологическом равновесии. [12]

Выпуклые холмы часто ассоциируются с торами . [13] Численное моделирование показывает, что в перигляциальных условиях широкие пологие выпуклые вершины холмов могут образоваться не менее чем за миллионы лет. В ходе эволюции этих склонов более крутые начальные склоны, как предполагается, приводят к образованию многочисленных торов в ходе понижения и расширения выпуклой области. Таким образом, наличие многочисленных торов будет указывать на то, что изначальный ландшафт был круче, а не более плоским, чем современный ландшафт. [14]

Примечания

  1. ^ Вальтеру Пенку часто, но ошибочно приписывают идею о том, что ускоренный подъём приводит к образованию выпуклых склонов. [9]

Ссылки

  1. ^ abcde Саммерфилд, Майкл А. (1991). "Экзогенные процессы и формы рельефа". Глобальная геоморфология: Введение в изучение форм рельефа . Pearson Education. С. 184–185. ISBN 0-582-30156-4.
  2. ^ Бремер, Ханна (1983). «Альбрехт Пенк (1858–1945) и Вальтер Пенк (1888–1923), два немецких геоморфолога». Zeitschrift für Geomorphologie . 27 (2): 129.
  3. ^ ab Twidale, CR (1992), «Король равнин: вклад Лестера Кинга в геоморфологию», Geomorphology , 5 (6): 491–509, Bibcode : 1992Geomo...5..491T, doi : 10.1016/0169-555x(92)90021-f
  4. ^ King, LC (1953). «Каноны эволюции ландшафта». Бюллетень Геологического общества Америки . 64 (7): 721–752. Bibcode : 1953GSAB...64..721K. doi : 10.1130/0016-7606(1953)64[721:cole]2.0.co;2.
  5. ^ Хаггетт, стр. 440
  6. ^ ab Twidale, CR (1993). "CH Crickmay, a Canadian rebel". Geomorphology . 6 (4): 357–372. Bibcode :1993Geomo...6..357T. doi :10.1016/0169-555x(93)90055-7.
  7. ^ abcdef Roering, Joshua J.; Kirchner, James W.; Dietrich, William E. (2001). «Эволюция склона холма нелинейным, зависящим от склона транспортом: стационарная морфология и временные масштабы корректировки равновесия». Journal of Geophysical Research . 106 (B8): 16499–16513. Bibcode : 2001JGR...10616499R. doi : 10.1029/2001jb000323.
  8. ^ Каллинг, У. Э. Х. (1960). «Аналитическая теория эрозии». Журнал геологии . 68 (3): 336–344. Bibcode : 1960JG.....68..336C. ​​doi : 10.1086/626663. S2CID  128740332.
  9. ^ ab Simons, Martin (1962), «Морфологический анализ форм рельефа: новый обзор работ Вальтера Пенка (1888-1923)», Transactions and Papers (Институт британских географов) , 31 : 1–14, doi : 10.2307/621083, JSTOR  621083
  10. ^ Чорли и др ., стр. 790
  11. ^ Фернандес, Нельсон Ф.; Дитрих, Уильям Э. (1997). «Эволюция склона холма за счет диффузионных процессов: шкала времени для корректировки равновесия». Water Resources Research . 33 (6): 1307–1318. Bibcode :1997WRR....33.1307F. doi : 10.1029/97wr00534 .
  12. ^ ab Riggins, Susan G.; Anderson, Robert S.; Prestrud Anderson, Suzanne; Tye, Andrew M. (2011). «Решение головоломки стационарной вершины холма с переменной глубиной почвы и производительностью, Бодмин Мур, Великобритания». Geomorphology . 128 (1–2): 73–84. Bibcode : 2011Geomo.128...73R. doi : 10.1016/j.geomorph.2010.12.023.
  13. ^ Линтон, Дэвид Л. (1955). «Проблема торсов». Географический журнал . 121 (4): 470–487. doi :10.2307/1791756. JSTOR  1791756.
  14. ^ Андерсон, Роберт С. (2002). «Моделирование тороидальных гребней, краев коренных пород и параболических профилей высокогорных поверхностей хребта Уинд-Ривер, Вайоминг». Геоморфология . 46 (1–2): 35–58. Bibcode : 2002Geomo..46...35A. doi : 10.1016/s0169-555x(02)00053-3.
Библиография