15.3: Чому осадження або ерозія?

Вступ

У цьому розділі наведено деякі довідки про основний характер осадження та ерозії. Деякі з них можуть здатися вам елементарними, але чітке розуміння цього є основоположним для продуктивного погляду на природу осадження та ерозії. У цьому розділі я використовуватиму терміни аградації для збільшення висоти поверхні ліжка під час осадження та деградації для зменшення висоти поверхні ліжка під час ерозії.

Широкий погляд на осадження осаду

Візьміть якомога ширше уявлення про відкладення осаду (Рис.\(\PageIndex{1}\)): осад виходить з джерела, мобілізується, транспортується по транспортному шляху і депонується десь, що можна було б придумати раковину. Це просто і елегантно, але тут набагато більше, ніж ви могли б припустити, на перший погляд.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Широкий погляд на транспортування та осадження осаду.

Іноді осадження буває різким, як у випадку дельти в стилі Жилберта, де потік впадає в озеро (\(\PageIndex{2}\)Фігурний А). Найчастіше відкладення відбувається поступово, в просторовому сенсі: воно розкидається на велику відстань. На малюнку\(\PageIndex{2}\) В показаний загальний і важливий приклад.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): А) (верхня) Входить річка і озеро і будує дельту. Б) (нижче) Просторово поступове осадження осаду по типовому транспортному шляху.

Взаємозв'язок між навантаженням і депозитом

Цей підрозділ робить деякі принципові моменти щодо взаємозв'язку між навантаженням осаду та родовищем у потоці осадження. На мою думку, цей матеріал є основоположним для розуміння текстури родовища, хоча навряд чи він скаже вам щось дійсно практичне.

Очевидно (але важливо), коли осад утворюється потоком, що транспортує осад, певний відсоток навантаження осаду витягується з потоку і додається до шару одним або декількома різними процесами, розглянутими в попередньому розділі. Ставлення видобутку осаду до проходу осаду або пропускної здатності може коливатися від майже нуля, в разі майже рівномірного потоку, що несе досить високі концентрації осаду в майже безосаджувальному режимі, до ста відсотків, коли потік скидає весь свій осад в одному місці, як при деяких видах сміттєвих потоків. Просто для зручності я буду називати це співвідношення—неофіційно—коефіцієнтом осадження. (Не турбуйтеся про те, як це співвідношення можна визначити кількісно.) Хоча ви не можете прочитати значення коефіцієнта осадження безпосередньо з грядок у оголенні, я думаю, що це ще одна з тих речей, про які корисно думати як про допомогу у формуванні ваших інтерпретацій.

У цьому розділі розглядається взаємозв'язок між характеристиками осадового навантаження і характеристиками залишеного потоком родовища. Як ви дізналися ще в главі 13, осад - будь то в субстраті, в активному шарі, на поверхні шару або в навантаженні осаду - завжди має певний спільний розподіл ймовірностей розміру частинок, форми частинок та щільності частинок. Ви ніколи не зможете повністю охарактеризувати цей розподіл, навіть коли ви можете отримати хороший репрезентативний зразок навантаження, головним чином через проблему нескінченних змін у формі частинок, але це, тим не менш, реально і важливо.

Коли відбувається осадження, деяка підмножина проходять частинок вибирається з потоку, щоб стати частиною постійного відкладення, залишеного потоком. Ось що я вважаю найбільш фундаментальним питанням осадження: Як залежить характер родовища від характеристик потоку і характеру навантаження? Якщо седиментологи коли-небудь зможуть зробити інтерпретації щодо умов осадження, вивчаючи текстуру родовища, їм доведеться спочатку відповісти на це питання.

Активний шар

У процесі відбору є більше, ніж може здатися вам на перший погляд. Спочатку хотілося б розділити осадовий шар на дві зони глибини (рис.\(\PageIndex{3}\)). Сама верхня зона, що тягнеться на деяку відстань вниз від поверхні ліжка, називається активним шаром. Осад в активному шарі піддається багаторазовому повторному захопленню потоком, оскільки висота шару в будь-якій заданій точці піднімається і падає в результаті локальної ерозії та осадження, що накладається на тривале чисте осадження. Хорошим прикладом таких тимчасових змін підйому ліжка є ті, які пов'язані з проходженням ліжкових форм. Весь осад в активному шарі переробляється потоком принаймні один раз потоком, перш ніж він буде постійно похований. Нижче активного шару знаходиться субстрат, який можна назвати постійним відкладенням. Осад у постійному родовищі знаходиться нижче досяжності місцевих ерозійних процесів потоку, і він ніколи більше не буде захоплений потоком, якщо загальний режим осадження не зміниться в загальний ерозійний режим в якийсь пізніше. (Таким чином, ви повинні взяти слово «постійний», щоб застосувати до часу, який поширюється в майбутнє лише до тих пір, поки умови потоку залишаються досить постійними.)

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Поверхневий шар, активний шар і субстрат (постійний осад).

Товщина активного шару може коливатися від декількох діаметрів зерна, на приблизно площинному шарі, що зазнає погіршення, до багатьох метрів, коли ліжко покрито дуже великими формами шару, які осаджують і повторно розмивають осад, коли вони рухаються вниз за течією.

Якщо розглядати з точки зору активного шару, осадження, отже, передбачає поховання певних частинок досить глибоко всередині активного шару, щоб вони більше не переміщувалися потоком знову, після чого вони стають частиною постійного відкладення. Під час тривалої аградації в точці на ложі осаду активний шар піднімається вертикально відносно деякої бази, глибоко закопаної в субстрат. Частинки осаду додають в активний шар з осадового навантаження, шляхом спокою хоча б ненадовго на поверхню шару, і при цьому основа активного шару піднімається вгору через осад, так як частинки біля основи активного шару проходять за межі досяжності потоку (або, іншими словами, як ймовірність можливого повторного захоплення потоком стає нульовою).

фракціонування

Якби ми жили в світі негабаритного (і «однорідного» і «єдиного») осаду (нудний світ, для седиментацістів!) , то те, що пішло раніше в цьому розділі, було б все, що є до нього. Однак у реальному світі кожен осад містить діапазон розмірів частинок, форм і щільності, як ви бачили раніше в цих примітках. (Тут для зручності я буду називати дроби в тривимірному спільному розподілі частоти розміру, форми і щільності як «фракції SSD».) Це відкриває можливість фракціонування: просторової сегрегації різних фракцій SSD при транспортуванні та осадженні.

Найпростіший вид фракціонування для розуміння - це бічне: різні фракції SSD можуть бути відкладені або збережені вздовж «боків» транспортного шляху - як, наприклад, при надбережному відкладенні в річковій системі. Як наслідок, розподіл SSF транспортуваного осаду, який ми могли б назвати «пропускною здатністю», розвивається в напрямку нижче за течією.

Оскільки лише підмножина частинок навантаження в кінцевому підсумку стає частиною постійного відкладення, існує можливість фракціонування різних фракцій SSD між навантаженням і відкладенням. Очевидно, що таке фракціонування може відбуватися тільки при наявності певного діапазону розмірів, форм або щільності в навантаженні в першу чергу. Але всі природні опади показують хоч якусь варіацію в розмірах і формі.

Фракціонування можна розглядати як багатоступінчастий процес, від навантаження, до поверхні ліжка, до активного шару і, нарешті, до постійного відкладення. \(\PageIndex{4}\)На малюнку показані деякі загальні речі про хід цього фракціонування під час осадження. Перший крок - фракціонування між вантажем і поверхнею ліжка. Як ви бачили в розділі 13, більшість тягових потоків поверхня ліжка грубіша, ніж навантаження, хоча цей ефект найбільш вражає при слабких транспортних швидкостях і стає набагато менше при більш високих транспортних швидкостях. Інша частина активного шару, нижче поверхні ліжка, тонша, ніж поверхня ліжка, але вона може бути як тоншою, так і грубішою, ніж навантаження. Хоча потрібно зробити більше роботи, здається зрозумілим, що в слабких потоках активний шар, а також поверхня шару грубіше, ніж навантаження, але в сильних потоках, що несуть грубий осад, активний шар насправді тонший, ніж навантаження! Взаємозв'язок між активним шаром і постійним родовищем все ще недостатньо вивчена, але це не є основним ефектом при фракціонуванні.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Етапи фракціонування, від осадового навантаження до постійного родовища.

У найсильніших потоках, з високими концентраціями осаду, що рухається як як навантаження на ліжко, так і підвішене навантаження, більш грубі частинки рідше знаходять постійні місця відпочинку на ліжку, тому осад набагато тонший, ніж навантаження. У більш слабких потоках, з іншого боку, в умовах, що не набагато вище порогу для транспортування частинок, середній розмір осаду більше середнього розміру навантаження. Перша реакція полягає в тому, що чим сильніше потік, тим грубіше осад. Але якраз навпаки вірно! (Кваліфікація тут полягає в тому, що ми розглядаємо даний запас осаду, який тече з діапазоном сили потоку обмежений для перенесення.) Ось ще один приклад того, як дедукція або інтуїція можуть ввести нас в оману, коли мова йде про динаміку транспортування осаду турбулентними потоками.

Примітка про деградацію

До теперішнього часу в цьому розділі основна увага приділялася агрегації. Деградацію також важливо враховувати, оскільки в послідовності відкладеного осаду можуть бути тонкі інтервали, які представляють періоди тимчасової деградації, і характер розподілу SSD в цих інтервалах може сильно відрізнятися від решти послідовності. Зокрема, фракції щільності, які важче транспортувати потоку, можуть стати концентрованими для утворення економічно важливої розсипи.

У контексті диференціального транспорту (див. попередній розділ про режими осадження), якщо з якої-небудь причини швидкість транспортування осаду збільшується нижче за течією в заданому діапазоні потоку, висота пласта зменшується, викликаючи деградацію. Якщо потік здатний транспортувати весь осад, з яким він стикається під час поїдання, в субстрат, то процес може тривати нескінченно довго до тих пір, поки масштабні зміни, які спричиняють деградацію - як зниження базового рівня в річці - продовжують діяти. Якщо найгрубіші фракції, що транспортуються, знаходяться в діапазоні розмірів гравію, ложе, ймовірно, буде прокладено (див. Розділ 13), але більш грубі частинки, що складають тротуар, можуть транспортуватися потоком, і тому, хоча точний характер дорожнього покриття може змінюватися з часом, деградація може тривати. Якщо, однак, під час деградації потік стикається з фракціями розміру, які настільки грубі, що не може їх транспортувати, то тротуар еволюціонує в броню, і деградація припиняється.