Procesy eoliczne - Aeolian processes

Erozja wietrzna gleby u podnóża Chimborazo w Ekwadorze .
Skała wyrzeźbiona przez dryfujący piasek pod Fortification Rock w Arizonie (fot. Timothy H. O'Sullivan , USGS, 1871)

Procesy eoliczne , pisane również jako eoliczne , odnoszą się do aktywności wiatru w badaniach geologii i pogody, a konkretnie do zdolności wiatru do kształtowania powierzchni Ziemi (lub innych planet ). Wiatry mogą erodować , transportować i osadzać materiały i są skutecznymi czynnikami w regionach o rzadkiej roślinności , braku wilgoci w glebie i dużej podaży nieskonsolidowanych osadów . Chociaż woda jest znacznie silniejszą siłą erodującą niż wiatr, procesy eoliczne są ważne w suchych środowiskach, takich jak pustynie .

Termin pochodzi od imienia greckiego boga Aeolus , strażnika wiatrów.

Erozja wietrzna

Skała wyrzeźbiona przez erozję wietrzną w regionie Altiplano w Boliwii
Piasek zdmuchujący grzebień na wydmach Kelso na pustyni Mojave w Kalifornii.
Wyrzeźbiona wiatrem wnęka w piaskowcu Navajo w pobliżu Moab, Utah

Wiatr powoduje erozję powierzchni Ziemi poprzez deflację (usuwanie luźnych, drobnoziarnistych cząstek przez turbulentne działanie wiatru) oraz przez ścieranie ( ścieranie się powierzchni w wyniku rozdrabniania i piaskowania przez cząstki unoszące się na wietrze).

Regiony, które doświadczają intensywnej i trwałej erozji, nazywane są strefami deflacji. Większość eolicznych stref deflacji składa się z pustynnego chodnika , podobnej do arkusza powierzchni fragmentów skał, które pozostają po usunięciu drobnych cząstek przez wiatr i wodę. Prawie połowa pustynnych powierzchni Ziemi to kamieniste strefy deflacji. Skalny płaszcz w chodnikach pustynnych chroni leżący pod spodem materiał przed deflacją.

Ciemna, błyszcząca plama, zwana lakierem pustynnym lub lakierem skalnym, często znajduje się na powierzchni niektórych skał pustynnych, które były eksponowane na powierzchni przez długi czas. Mangan , tlenki żelaza , wodorotlenki i minerały ilaste tworzą większość lakierów i nadają połysk.

Baseny deflacyjne, zwane wydmuchami , to zagłębienia powstałe w wyniku usuwania cząstek przez wiatr. Wypryski są na ogół małe, ale mogą mieć nawet kilka kilometrów średnicy.

Ziarna napędzane wiatrem ścierają ukształtowanie terenu . W niektórych częściach Antarktydy nawiewane przez wiatr płatki śniegu, które technicznie są osadami, również spowodowały ścieranie odsłoniętych skał. Rozdrabnianie przez cząstki przenoszone przez wiatr tworzy rowki lub niewielkie zagłębienia . Otwory wentylacyjne to skały, które zostały pocięte, a czasem wypolerowane przez ścierne działanie wiatru.

Rzeźbione formy terenu, zwane jarangami , mają do kilkudziesięciu metrów wysokości i długości kilku kilometrów i są formami wygładzonymi przez pustynne wiatry. Słynny Wielki Sfinks z Gizy w Egipcie może być zmodyfikowanym yardangiem.

Lista głównych ruchów eolicznych

Uważa się, że główne globalne ruchy pyłu eolicznego mają wpływ i/lub są pod wpływem zmian pogody i klimatu:

  • Z Sahary (a konkretnie Sahelu i Depresji Bodélé ) przeciętnie 182 miliony ton pyłu rocznie w latach 2007-2011 było przenoszone przez zachodnią krawędź Sahary na 15W długości geograficznej. Zmienność: 86% (2007/11). Przeznaczenie: 132 mln ton przekracza Atlantyk (średnio), 27,7 mln ton spada do Amazonii (średnio), 43 mln trafia na Karaiby. Teksas i Floryda również otrzymują kurz. W ostatnich dziesięcioleciach wydarzenia stały się znacznie częstsze. Źródło: dane z obserwacji satelitarnych NASA Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation ( CALIPSO ). Zimowe burze piaskowe Harmattan w Afryce Zachodniej również występują, wyrzucając pył do oceanu.
  • Pustynia Gobi do Korei, Japonii, Tajwanu (czasami), a nawet zachodnich Stanów Zjednoczonych (wieje na wschód). Zobacz także azjatycki pył .
  • Pustynia Thar przed monsunem w kierunku Delhi, Uttar Pradesh, Równina Indo-Gangetic . Zobacz także 2018 indyjskie burze piaskowe .
  • Szamal wiatry od czerwca do lipca wiejące pył głównie z północy na południe w Arabii Saudyjskiej, Iranie, Iraku, Zjednoczonych Emiratach Arabskich i częściach Pakistanu.
  • Burze piaskowe Haboob w Sudanie, Australii, Arizonie związane z monsunem .
  • Pył Khamsin z Libii, Egiptu i Lewantu na wiosnę związany z pozatropikalnymi cyklonami .
  • Wydarzenie Dust Bowl w USA, niosło piasek na wschód. 5500 ton zdeponowano w rejonie Chicago.
  • Piaszczyste wiatry Sirocco z Afryki/Sahary wiejące na północ do Europy Południowej.
  • Pustynia Kalahari wieje piasek/kurz na wschód przez południową Afrykę w kierunku Oceanu Indyjskiego.
  • Mars w suchych warunkach odkryto wiele procesów eolicznych.

Transport

Burza piaskowa zbliża się do Spearman, Teksas 14 kwietnia 1935 r.
Burza piaskowa w Amarillo w Teksasie . Zdjęcie FSA autorstwa Arthura Rothsteina (1936)
Potężna chmura burzy piaskowej otoczy obóz wojskowy, gdy przetoczy się przez Al Asad w Iraku, tuż przed zapadnięciem zmroku 27 kwietnia 2005 roku.

Cząsteczki są przenoszone przez wiatr poprzez zawieszenie, saltację (przeskakiwanie lub podskakiwanie) i pełzanie (toczenie się lub ślizganie) po ziemi.

Małe cząstki mogą być utrzymywane w atmosferze w zawiesinie. Wznoszące się prądy powietrza podtrzymują ciężar zawieszonych cząstek i utrzymują je w powietrzu w nieskończoność. Typowe wiatry w pobliżu powierzchni Ziemi zawieszają cząstki o średnicy mniejszej niż 0,2 milimetra i rozpraszają je w górę w postaci pyłu lub mgły .

Saltation to ruch cząstek z wiatrem w serii skoków lub przeskoków. Saltation zwykle podnosi cząstki wielkości piasku nie więcej niż jeden centymetr nad ziemię i postępuje z prędkością od połowy do jednej trzeciej prędkości wiatru. Solone ziarno może uderzyć w inne ziarna, które podskoczą, aby kontynuować solenie. Ziarno może również uderzać w większe ziarna, które są zbyt ciężkie do chmielenia, ale które powoli pełzają do przodu, gdy są popychane przez solenie ziaren. Pełzanie powierzchniowe odpowiada za aż 25 procent ruchu ziarna na pustyni.

Eolskie prądy zmętnienia są lepiej znane jako burze piaskowe . Powietrze nad pustyniami jest znacznie schładzane, gdy przechodzi przez nie deszcz. To chłodniejsze i gęstsze powietrze opada w kierunku powierzchni pustyni. Kiedy dociera do ziemi, powietrze jest odchylane do przodu i zamiata szczątki powierzchniowe w turbulencji jak burza piaskowa.

Uprawy , ludzie, wioski , a być może nawet klimat są dotknięte burzami piaskowymi. Niektóre burze piaskowe mają charakter międzykontynentalny, kilka może okrążać kulę ziemską , a czasami mogą pochłonąć całe planety. Kiedy statek kosmiczny Mariner 9 wszedł na orbitę wokół Marsa w 1971 roku, trwająca miesiąc burza piaskowa objęła całą planetę, opóźniając w ten sposób zadanie wykonania zdjęcia powierzchni planety.

Większość pyłu przenoszonego przez burze piaskowe ma postać cząstek wielkości mułu . Złoża tego nawiewanego przez wiatr mułu znane są jako less . Najgrubsze znane złoże lessu o długości 335 metrów znajduje się na płaskowyżu lessowym w Chinach . Ten sam azjatycki pył unosi się na tysiące mil, tworząc głębokie pokłady w miejscach tak odległych jak Hawaje. W Europie i obu Amerykach nagromadzenia lessu mają zazwyczaj grubość od 20 do 30 metrów. Gleby wytworzone na lessie są na ogół bardzo produktywne dla rolnictwa.

Transport eoliczny z pustyń odgrywa ważną rolę w ekosystemach na całym świecie, np. transport minerałów z Sahary do dorzecza Amazonki . Pył saharyjski jest również odpowiedzialny za tworzenie czerwonych gleb gliniastych w południowej Europie. Na procesy eoliczne ma wpływ działalność człowieka, np. korzystanie z pojazdów 4x4 .

Małe trąby powietrzne, zwane diabłami pyłowymi , są powszechne na suchych terenach i uważa się, że są one związane z bardzo intensywnym lokalnym ogrzewaniem powietrza, które powoduje niestabilność masy powietrza. Pyłowe diabły mogą mieć nawet kilometr wysokości.

Zeznanie

Materiały osadzane na wietrze zawierają wskazówki dotyczące przeszłości, a także teraźniejszości kierunków i intensywności wiatru. Te cechy pomagają nam zrozumieć obecny klimat i siły, które go ukształtowały. Osady piaskowe osadzane przez wiatr występują w postaci tafli piasku , fal i wydm .

Arkusze piasku to płaskie, delikatnie pofałdowane piaszczyste działki piasku pokryte ziarnami, które mogą być zbyt duże do solenia. Stanowią około 40 procent eolicznych powierzchni depozycji. Arkusz piasku Selima na wschodniej Saharze, zajmujący 60 000 kilometrów kwadratowych w południowym Egipcie i północnym Sudanie , jest jednym z największych na Ziemi arkuszy piasku. Selima jest w kilku miejscach absolutnie płaska; w innych po jego powierzchni poruszają się aktywne wydmy .

Wiatr wiejący na piaskowej powierzchni faluje powierzchnię w grzbiety i doliny, których długie osie są prostopadłe do kierunku wiatru. Średnia długość skoków podczas saltacji odpowiada długości fali lub odległości między sąsiednimi grzbietami fal . W falach najgrubsze materiały gromadzą się w grzbietach, powodując odwrotną gradację . To odróżnia małe fale od wydm, gdzie najgrubsze materiały znajdują się zazwyczaj w korytach. Jest to również cecha odróżniająca fale wodne od fal eolicznych.

Nagromadzenie osadów nawianych przez wiatr do kopca lub grzbietu , wydmy mają łagodne zbocza nawietrzne od strony nawietrznej . Część zawietrzna wydmy, nachylenie zawietrzne, jest zwykle stromym zboczem lawinowym, określanym jako poślizg . Wydmy mogą mieć więcej niż jedną powierzchnię poślizgu. Minimalna wysokość poślizgu to około 30 centymetrów.

Nawiewany wiatrem piasek porusza się po łagodnie nawietrznej stronie wydmy poprzez salto lub pełzanie. Piasek gromadzi się na krawędzi, w górnej części poślizgu. Gdy nagromadzenie piasku na krawędzi przekracza kąt usypu , niewielka lawina ziaren ześlizguje się po powierzchni poślizgu. Ziarno za ziarnem wydma porusza się z wiatrem.

Niektóre z najbardziej znaczących pomiarów eksperymentalnych ruchu piasków eolicznych zostały wykonane przez Ralpha Algera Bagnolda , inżyniera armii brytyjskiej, który pracował w Egipcie przed II wojną światową . Bagnold zbadał fizykę cząstek poruszających się w atmosferze i osadzanych przez wiatr. Rozpoznał dwa podstawowe typy wydm, półksiężycową, którą nazwał „ barchan ”, oraz liniową, którą nazwał podłużną lub „seif” (arab. „miecz”).

Badanie z 2011 roku opublikowane w Catenie zbadało wpływ roślinności na akumulację pyłu eolicznego na półpustynnych stepach północnych Chin. Stosując serię tac o różnym pokryciu roślinnością i model kontrolny bez żadnego, autorzy stwierdzili, że zwiększenie pokrycia roślinnością poprawia efektywność akumulacji pyłu i dodaje więcej składników odżywczych do środowiska, zwłaszcza węgla organicznego. Ich dane ujawniły dwa krytyczne punkty: 1. skuteczność wychwytywania pyłu rośnie powoli powyżej 15% pokrycia i gwałtownie spada poniżej 15% pokrycia. 2. przy pokryciu około 55%-75% nagromadzenie kurzu osiąga maksymalną pojemność.

W Europie Komisja Europejska zwróciła się do Wspólnego Centrum Badawczego o opracowanie pierwszej paneuropejskiej mapy erozji wietrznej. W pierwszym etapie grupa naukowców wykorzystała zestaw danych dotyczących wierzchniej warstwy gleby LUCAS do określenia podatności gleb europejskich na erozję wietrzną. Następnie opracowali wskaźnik podatności gruntów do jakościowej oceny erozji wietrznej. Na koniec zmodyfikowali model RWEQ, aby oszacować utratę gleby spowodowaną erozją wietrzną w europejskich glebach rolniczych.

Trzyletnie badania ilościowe nad wpływem usuwania roślinności na erozję wietrzną wykazały, że usuwanie traw w środowisku eolicznym zwiększa tempo depozycji gleby. W tym samym badaniu wykazano związek między zmniejszaniem się zagęszczenia roślin a zmniejszaniem się składników odżywczych w glebie. Podobnie wykazano, że poziomy przepływ gleby przez teren testowy wzrasta wraz ze wzrostem usuwania roślinności.

Badanie z 1998 roku opublikowane w Earth Surfaces Processes and Landforms badało związek między pokrywą wegetatywną na powierzchniach piasku a szybkością transportu piasku. Stwierdzono, że strumień piasku zmniejszał się wykładniczo wraz z pokrywą roślinną. Dokonano tego poprzez pomiar działek o różnym stopniu wegetacji w stosunku do tempa transportu piasku. Autorzy twierdzą, że zależność tę można wykorzystać do manipulowania szybkością przepływu osadów poprzez wprowadzanie roślinności na dany obszar lub do ilościowego określenia wpływu człowieka poprzez rozpoznanie wpływu utraty roślinności na krajobrazy piaszczyste.

Aeroplankton

Mgiełka morska zawierająca mikroorganizmy morskie może zostać zmieciona wysoko do atmosfery i może przemieszczać się po kuli ziemskiej, zanim opadnie z powrotem na ziemię.

Aeroplanktonie lub antena planktonu są małe formy życia, które unoszą się i przenoszenie w powietrzu, przenoszone przez prąd na wietrze ; są atmosferycznym odpowiednikiem planktonu oceanicznego .

Większość żywych organizmów, z których składa się aeroplankton, jest od bardzo małych do mikroskopijnych rozmiarów, a wiele z nich może być trudnych do zidentyfikowania z powodu ich niewielkich rozmiarów. Naukowcy mogą je zbierać do badań w pułapkach i sieciach do wymiatania z samolotów , latawców lub balonów.

Aeroplankton składa się z licznych drobnoustrojów , w tym wirusów , około 1000 różnych gatunków bakterii , około 40 000 odmian grzybów i setek gatunków protistów , glonów , mchów i wątrobowców , które przez pewien okres swojego cyklu życiowego żyją jako aeroplankton , często jako zarodniki , pyłek , i rozproszone przez wiatr nasiona . Dodatkowo mikroorganizmy perypatetyczne są wyrzucane w powietrze z ziemskich burz pyłowych, a jeszcze większa ilość unoszących się w powietrzu mikroorganizmów morskich jest wyrzucana wysoko do atmosfery w postaci mgły morskiej. Aeroplankton codziennie umieszcza setki milionów wirusów przenoszonych drogą powietrzną i dziesiątki milionów bakterii na każdym metrze kwadratowym planety.

Zobacz też

Bibliografia

  • Hughes, J. Donald (2016). Co to jest historia środowiska? (wyd. 2). Cambridge: Prasa polityczna.

Zewnętrzne linki