Deponering (geologi) - Deposition (geology)

For bredere dekning av dette emnet, se Sedimenttransport .
Kart over Cape Cod som viser kyster som erosjon (klippete seksjoner) og kyster preget av marin avsetning (barrierer).
Kart over Cape Cod som viser kyster som erosjon (klippete seksjoner) i gult, og kyster preget av marin avsetning (barrierer) i blått.

Deponering er den geologiske prosessen der sedimenter , jord og bergarter legges til en landform eller landmasse . Vind, is, vann og tyngdekraft transporterer tidligere forvitret overflatemateriale som, ved tap av nok kinetisk energi i væsken, blir avsatt og bygger opp lag med sediment.

Deponering skjer når kreftene som er ansvarlige for sedimenttransport, ikke lenger er tilstrekkelige til å overvinne tyngdekraften og friksjonen , noe som skaper motstand mot bevegelse; dette er kjent som nullpunktshypotesen. Deponering kan også referere til oppbygging av sediment fra organisk avledet materiale eller kjemiske prosesser . For eksempel består kritt delvis av de mikroskopiske kalsiumkarbonatskjelettene til marine plankton , som har avsette kjemiske prosesser ( diagenese ) til å avsette ytterligere kalsiumkarbonat. På samme måte begynner dannelsen av kull med avsetning av organisk materiale, hovedsakelig fra planter, under anaerobe forhold.

Nullpunktshypotese

Nullpunktshypotesen forklarer hvordan sediment blir avsatt gjennom en strandprofil i henhold til kornstørrelsen. Dette skyldes påvirkning av hydraulisk energi, noe som resulterer i en havfinering av sedimentpartikkelstørrelse, eller hvor væske som tvinger lik tyngdekraften for hver kornstørrelse. Konseptet kan også forklares som "sediment av en bestemt størrelse kan bevege seg over profilen til en posisjon der det er i likevekt med bølgen og strømningene som virker på det sedimentkornet". Denne sorteringsmekanismen kombinerer påvirkning av gravitasjonskraften i profilen og skråninger som skyldes strømningsasymmetri; posisjonen der det er null netto transport er kjent som nullpunktet og ble først foreslått av Cornaglia i 1889. Figur 1 illustrerer dette forholdet mellom sedimentkornstørrelse og dybden i det marine miljøet.

Figur 1. Illustrerer sedimentstørrelsesfordelingen over en strandlinjeprofil, der finere sedimenter transporteres bort fra miljøer med høy energi og legger seg ut av suspensjon, eller avsettes i roligere miljøer. Grove sedimenter opprettholdes i den øvre strandlinjeprofilen og sorteres etter det bølgegenererte hydrauliske regimet

Det første prinsippet som ligger til grunn for nullpunktsteorien skyldes gravitasjonskraften; finere sedimenter forblir i vannsøylen for lengre varighet, slik at transport utenfor surfesonen kan deponere under roligere forhold. Gravitasjonseffekten eller sedimenteringshastigheten bestemmer deponeringsstedet for finere sedimenter, mens et korns indre friksjonsvinkel bestemmer avsetningen av større korn på en strandprofil. Det sekundære prinsippet for opprettelse av havbunnsfelling er kjent som hypotesen om asymmetriske terskler under bølger; dette beskriver samspillet mellom den oscillerende strømmen av bølger og tidevannet som strømmer over bølgerippelformene i et asymmetrisk mønster. "Det relativt sterke bølgeslaget på land danner en virvel eller virvel på lee -siden av krusningen, forutsatt at landstrømmen vedvarer, forblir denne virvelen fanget i ringens lee. Når strømmen reverserer, blir virvelen kastet oppover av bunn og en liten sky av suspendert sediment som genereres av virvelen, kastes ut i vannsøylen over krusningen, sedimentskyen flyttes deretter til sjøs av bølgeslaget offshore. " Der det er symmetri i ringform, blir virvelen nøytralisert, utvikler virvel og tilhørende sedimentsky på begge sider av krusningen. Dette skaper en grumsete vannsøyle som beveger seg under tidevannets påvirkning ettersom bølgebanebevegelsen er i likevekt.

Nullpunkt-hypotesen er kvantitativt bevist i Akaroa Harbour, New Zealand, The Wash , Storbritannia, Bohai Bay og West Huang Sera, Kina og i en rekke andre studier; Ippen og Eagleson (1955), Eagleson og Dean (1959, 1961) og Miller og Zeigler (1958, 1964).

Avsetning av ikke-kohesive sedimenter

Store kornsedimenter som transporteres med enten last eller suspendert last vil hvile når det ikke er tilstrekkelig skjærspenning i sengen og væsketurbulens for å holde sedimentet i bevegelse; med suspendert last kan dette være et stykke da partiklene trenger å falle gjennom vannsøylen. Dette bestemmes av at kornets nedadvirkende vektkraft matches av en kombinert oppdrift og flytende dragkraft og kan uttrykkes med:

Nedadvirkende vektkraft = Oppadgående oppdriftskraft + Oppadvirkende væskedragkraft

hvor:

  • π er forholdet mellom en sirkels omkrets og dens diameter.
  • R er radiusen til det sfæriske objektet (i m),
  • ρ er massetettheten til væsken (kg/m 3 ),
  • g er gravitasjonsakselerasjonen (m/s 2 ),
  • C d er dragkoeffisienten, og
  • w s er partikkelens sedimenteringshastighet (i m/s).

For å beregne dragkoeffisienten må kornet Reynolds -tall oppdages, som er basert på typen væske som sedimentpartikkelen strømmer gjennom, laminær strømning, turbulent strømning eller en hybrid av begge deler. Når væsken blir mer viskøs på grunn av mindre kornstørrelser eller større sedimenteringshastigheter, er spådommen mindre enkel og det er aktuelt å innlemme Stokes Law (også kjent som friksjonskraften eller dragkraften) for sedimentering.

Avsetning av sammenhengende sedimenter

Sedimentets kohesjon skjer med de små kornstørrelsene forbundet med silter og leirer, eller partikler mindre enn 4ϕ på phi -skalaen . Hvis disse fine partiklene forblir spredt i vannsøylen, gjelder Stokes lov for sedimenteringshastigheten til de enkelte kornene, men på grunn av at sjøvann er et sterkt elektrolyttbindingsmiddel , oppstår flokkulering der individuelle partikler danner en elektrisk binding som fester hverandre sammen for å danne flokker . "Ansiktet til en leirplate har en liten negativ ladning der kanten har en liten positiv ladning når to blodplater kommer i umiddelbar nærhet av hverandre, ansiktet til den ene partikkelen og kanten på den andre tiltrekkes elektrostatisk." Flokker har da en høyere samlet masse som fører til raskere avsetning gjennom en høyere fallhastighet, og avsetning i en mer kystretning enn de ville ha som de individuelle fine kornene av leire eller silt.

Forekomsten av nullpunktsteori

Akaroa Harbour ligger på Banks Peninsula , Canterbury, New Zealand , 43 ° 48′S 172 ° 56′Ø / 43.800 ° S 172.933 ° Ø / -43.800; 172.933 . Dannelsen av denne havnen har skjedd på grunn av aktive erosjonsprosesser på en utdødd skjoldvulkan, hvorved havet har oversvømmet kalderaen og skapt et innløp på 16 km, med en gjennomsnittlig bredde på 2 km og en dybde på −13 m i forhold til gjennomsnittlig havnivå på 9 km -punktet nedover tverrsnittet til sentralaksen. Den dominerende stormbølgeenergien har ubegrenset henting for den ytre havnen fra sørlig retning, med et roligere miljø i den indre havnen, selv om lokaliserte havnbris skaper overflatestrømmer og hugger som påvirker de marine sedimenteringsprosessene. Innskudd av loess fra påfølgende isperioder har fylt vulkanske sprekker over årtusener, noe som resulterer i vulkansk basalt og loess som de viktigste sedimenttypene som er tilgjengelige for avsetning i Akaroa havn

Figur 2. Kart over Akaroa havn som viser finbinding av sedimenter med økt batymetri mot havnens sentrale akse. Hentet fra Hart et al. (2009) og University of Canterbury under kontrakten til Environment Canterbury.

Hart et al. (2009) oppdaget gjennom batymetrisk undersøkelse, sil og pipetteanalyse av tidevannssedimenter, at sedimentstrukturer var relatert til tre hovedfaktorer: dybde, avstand fra strandlinjen og avstand langs havnens sentrale akse. Dette resulterte i fining av sedimentstrukturer med økende dybde og mot havnens sentrale akse, eller hvis den ble klassifisert i kornklassestørrelser, "går den plottede tverrsnittet for sentralaksen fra siltete sand i tidevannssonen til sandete silter i det indre nær kysten, til silter i ytre del av buktene til gjørme på 6 m dyp eller mer ”. Se figur 2 for detaljer.

Andre studier har vist denne prosessen med å vinne sedimentkornstørrelse fra effekten av hydrodynamisk tvang; Wang, Collins og Zhu (1988) korrelerte kvalitativt økende intensitet av væsketvang med økende kornstørrelse. "Denne sammenhengen ble demonstrert ved lavenergi leirete tidevannsleiligheter i Bohai Bay (Kina), det moderate miljøet ved Jiangsu -kysten (Kina) der bunnmaterialet er siltete, og de sandete leilighetene ved høyenergikysten i The Wash (Storbritannia) ). " Denne forskningen viser avgjørende bevis for nullpunktsteorien som eksisterer på tidevannsleiligheter med forskjellige hydrodynamiske energinivåer og også på leiligheter som er både erosjonelle og akkretjonelle.

Kirby R. (2002) tar dette konseptet videre med å forklare at bøtene suspenderes og omarbeides luften offshore og etterlater lagforekomster av de toskallede og gastropodskallene skilt ut fra det finere underlaget under, bølger og strømmer hoper deretter disse avsetningene for å danne chenier -åser i hele tidevannssonen, som har en tendens til å bli tvunget oppover strandprofilen, men også langs fjæra. Cheniers kan bli funnet på alle nivåer i fjæra og karakteriserer hovedsakelig et erosjonsdominert regime.

Søknader om kystplanlegging og forvaltning

Nullpunktsteorien har vært kontroversiell i sin aksept for mainstream kystvitenskap ettersom teorien opererer i dynamisk likevekt eller ustabil likevekt, og mange felt og laboratorieobservasjoner har ikke klart å replikere tilstanden til et nullpunkt ved hver kornstørrelse gjennom hele profilen. Samspillet mellom variabler og prosesser over tid i miljøkonteksten forårsaker problemer; "Et stort antall variabler, kompleksiteten i prosessene og vanskeligheten med å observere, setter alle alvorlige hindringer i veien for systematisering, derfor kan den grunnleggende fysiske teorien på visse smale felt være forsvarlig og pålitelig, men hullene er store"

Geomorfologer, ingeniører, regjeringer og planleggere bør være klar over prosessene og resultatene som er involvert i nullpunktshypotesen når de utfører oppgaver som strandernæring , utstedelse av bygningsgodkjenninger eller bygging av kystforsvarsstrukturer . Dette er fordi sedimentkornstørrelsesanalyse gjennom en profil tillater slutning på erosjon eller akkresjonshastigheter som er mulig hvis landdynamikken endres. Planleggere og ledere bør også være klar over at kystmiljøet er dynamisk og kontekstuell vitenskap bør evalueres før implementering av eventuelle endringer i strandprofilen. Således søker teoretiske studier, laboratorieeksperimenter, numerisk og hydraulisk modellering å svare på spørsmål knyttet til kystdrift og sedimentavsetning, resultatene bør ikke ses isolert, og en betydelig mengde rent kvalitative observasjonsdata bør supplere enhver planleggings- eller ledelsesbeslutning.

Se også

Referanser