Osad - Sediment

Część serii na
Osady
Według pochodzenia Terygeniczny (litogeniczny) Biogeniczny Kosmogeniczny Wodorowy
Według tekstury Okrągłość Sortowanie Wielkość ziarna otoczak kostka żwir kamyk granulka piasek muł glina koloid Inne oolit zsypisko do
Według składu Guzki manganu Oolityczny piasek aragonitowy Tektyci
Według procesu Osadzanie Budżet osadowy Transport osadów nadbrzeżny Zwietrzenie Erozja Transport eolski (wiatrowy) Biomineralizacja Bioturbacja Zagęszczanie Stwardnienie Równanie Exnera Procesy fluwialne Przepływ lodowca dynamika lądolodu spływy lodowe Lityfikacja Zamulenie Prądy zmętnienia
Według struktury Struktury osadowe Bedformy krzyżowanie pościeli wydma stopniowana pościel zmarszczki Wentylator aluwialny Rzeka aluwialna Wada Zginać Wskaźniki paleoprądowe jedyne oznaczenia pogrążenie się delta rzeki Interfejs osad-woda Basen osadowy Deformacja miękkiego osadu Niezgodność Wywołany roślinnością
Osad glebowy Gleba matryca przestrzeń porów przepuszczalność morfologia tekstura wartość kolor Łańcuch Horyzont glebowy Humus Humin Zasolenie gleby Hydropedologia Mineralizacja Mikrobiologiczne wytrącanie kalcytu
Osad morski Wachlarz głębinowy Aragonit morze aragonitowe oolitowy piasek aragonitowy Kalcyt kalcytowe morze Amorficzny węglan wapnia Zwapnienie Wzrost kontynentalny Zatokowe błoto Bionawadnianie Transport osadów przybrzeżnych Dostawa osadów przybrzeżnych Odparowuje Glina morska pelagiczna czerwona glina Regresja morska przestępstwo Pelagiczny turbidyt konturit hemipelagit Tektonika solna Basen osadowy Wiązka pływowa
Osady biogeniczne szlam wapienny zwapnienie biogenne Krzemionkowy śluz biogeniczna krzemionka ziemia okrzemkowa radiolaryt Mikroskamieniałości Odwrotne wietrzenie
Ekologia osadowa Biopłaszcz glebowy Zoologia gleby patogeny glebowe Pedoróżnorodność Bioróżnorodność gleby ryzosfera mikrobiom korzeni
Węgiel osadowy Magazynowanie węgla w glebie Węgiel glebowy Magazynowanie dwutlenku węgla w oceanach Węgiel Torf
Skała osadowa Węglany wapień dolomit Clastic konglomerat brekcja piaskowiec błotnista ewaporat Kreda Rogowiec Szarogłaz bogaty w żelazo Bogaty w organiczne Fosforyt Krzemionkowy
Związane z Historia geologia geologiczny paleontologia Gleboznawstwo Starszy osad Zasady relacje przekrojowe ciągłość boczna oryginalna horyzontalność Pochodzenie Rekord osadowy sedymentologia Stratygrafia Cykl rockowy wapń krzemionka węglanowo-krzemianowy Paleolimnologia Biosygnatura
v T mi

Rzeka odprowadza osady do oceanu

Osad to naturalnie występujący materiał, który ulega rozkładowi w procesach wietrzenia i erozji , a następnie jest transportowany przez działanie wiatru, wody lub lodu lub przez siłę grawitacji działającą na cząstki. Na przykład piasek i muł mogą być przenoszone w zawiesinie w wodzie rzecznej i po dotarciu do dna morskiego osadzane przez sedymentację ; jeśli zostaną zakopane, mogą ostatecznie stać się piaskowcem i mułowcem ( skałami osadowymi ) poprzez lityfikację .

Transport osadów odbywa się najczęściej drogą wodną ( procesy rzeczne ), ale także wiatrem ( procesy eoliczne ) i lodowcami . Piaski plażowe i osady kanałów rzecznych są przykładami transportu i osadzania rzecznego , chociaż osady często osadzają się również w wodach wolno płynących lub stojących w jeziorach i oceanach. Pustynne wydmy i lessy są przykładami transportu i osadzania eolicznego. Polodowcowe morenowe depozyty i till są osady transportowane lodem.

Klasyfikacja

Osad w Zatoce Meksykańskiej

Osad z Półwyspu Jukatan

Osad można klasyfikować na podstawie wielkości ziarna, kształtu ziarna i składu.

Wielkość ziarna

Wielkość osadów mierzy się w skali logarytmicznej 2, zwanej skalą „Phi”, która klasyfikuje cząstki według wielkości od „koloidu” do „głazu”.

Kształt

Schematyczne przedstawienie różnicy w kształcie ziarna. Pokazane są dwa parametry: kulistość (pionowa) i zaokrąglenie (pozioma).

Kształt cząstek można określić za pomocą trzech parametrów. Forma jest ogólny kształt cząstki, przy czym opisy wspólne jest kulisty, płytkowy albo rodlike. Okrągłości jest miarą tego, jak ostre rogi są zboża. Różni się to od ziaren dobrze zaokrąglonych z gładkimi narożnikami i krawędziami do słabo zaokrąglonych ziaren z ostrymi narożnikami i krawędziami. Wreszcie tekstura powierzchni opisuje drobne cechy, takie jak rysy, wgłębienia lub grzbiety na powierzchni ziarna.

Formularz

Formę (zwaną również sferycznością ) określa się mierząc wielkość cząstki na jej głównych osiach. William C. Krumbein zaproponował formuły konwersji tych liczb na pojedynczą miarę formy, takie jak

${\ Displaystyle \ psi _ {l} = {\ sqrt [{3}] {\ Frac {D_ {S} D_ {I}} {D_ {L} ^ {2}}}}}$

gdzie , , i są długościami osi długiej, pośredniej i krótkiej cząstki. Postać zmienia się od 1 dla idealnie kulistej cząstki do bardzo małych wartości dla cząstki płytkopodobnej lub pręcikowej. ${\displaystyle D_{L}}$${\displaystyle D_{I}}$${\displaystyle D_{S}}$${\ Displaystyle \ psi _ {l}}$

Alternatywny środek zaproponowali Sneed i Folk:

${\ Displaystyle \ psi _ {p} = {\ sqrt [{3}] {\ Frac {D_ {S} ^ {2}} {D_ {L} D_ {I}}}}}$

która znowu zmienia się od 0 do 1 wraz ze wzrostem kulistości.

Okrągłość

Tabela porównawcza do oceny okrągłości ziaren osadu

Zaokrąglenie opisuje, jak ostre są krawędzie i rogi cząstki. Do precyzyjnego pomiaru opracowano złożone wzory matematyczne, ale są one trudne do zastosowania, a większość geologów szacuje okrągłość na wykresach porównawczych. Popularne terminy opisowe wahają się od bardzo kanciastych do kanciastych, podkątnych, podzaokrąglonych, zaokrąglonych do bardzo zaokrąglonych, z rosnącym stopniem okrągłości.

Tekstura powierzchni

Tekstura powierzchni opisuje drobne cechy ziarna, takie jak wgłębienia, pęknięcia, grzbiety i rysy. Są one najczęściej oceniane na ziarnach kwarcu , ponieważ zachowują one swoje ślady powierzchni przez długi czas. Tekstura powierzchni waha się od polerowanej do matowej i może ujawnić historię transportu ziarna; na przykład oszronione ziarna są szczególnie charakterystyczne dla osadów eolicznych przenoszonych przez wiatr. Ocena tych cech często wymaga użycia skaningowego mikroskopu elektronowego .

Kompozycja

Skład osadu można mierzyć w kategoriach:

• litologia skał macierzystych
• skład mineralny
• makijaż chemiczny .

Prowadzi to do niejednoznaczności, w której glina może być stosowana zarówno jako rozmiar, jak i kompozycja (patrz minerały ilaste ).

Transport osadów

Osad gromadzi się na falochronach wykonanych przez człowieka, ponieważ zmniejszają one prędkość przepływu wody, więc strumień nie może przenosić tak dużego ładunku osadów.

Lodowaty transport głazów. Te głazy zostaną osadzone w miarę cofania się lodowca.

Osad jest transportowany w oparciu o siłę przepływu, który go niesie oraz jego własny rozmiar, objętość, gęstość i kształt. Silniejsze przepływy zwiększą siłę nośną i opór cząsteczki, powodując jej unoszenie się, podczas gdy większe lub gęstsze cząsteczki będą bardziej skłonne do opadania przez przepływ.

Procesy rzeczne: rzeki, strumienie i przepływ lądowy

Ruch cząstek

Rzeki i strumienie niosą osady w swoich przepływach. Osad ten może znajdować się w różnych miejscach przepływu, w zależności od równowagi między prędkością cząstek w górę (siły ciągnięcia i podnoszenia) a prędkością osiadania cząstki. Zależności te przedstawiono w poniższej tabeli dla liczby Rouse'a , która jest stosunkiem prędkości osiadania osadu (prędkości opadania) do prędkości w górę.

$${\ Displaystyle {\ textbf {Rouse}} = {\ Frac {\ tekst {Prędkość osiadania}} {\ tekst {Prędkość w górę z windy i przeciągania}}} = {\ Frac {w_ {s}} {\ kappa u_ { *}}}}$$

gdzie

• ${\displaystyle w_{s}}$ jest prędkość osiadania
• ${\ Displaystyle \ kappa}$jest stała von Kármána
• ${\ Displaystyle u_ {*}}$jest prędkość ścinania

Krzywa Hjulströma : prędkości prądów wymaganych do erozji, transportu i osadzania (sedymentacji) cząstek osadów o różnych rozmiarach

Jeżeli prędkość w górę jest w przybliżeniu równa prędkości osiadania, osad będzie transportowany w dół w całości jako ładunek zawieszony . Jeśli prędkość w górę jest znacznie mniejsza niż prędkość osiadania, ale wciąż wystarczająco wysoka, aby osad mógł się poruszać (patrz Rozpoczęcie ruchu ), będzie on poruszał się wzdłuż złoża jako obciążenie złoża poprzez toczenie, przesuwanie i solenie (wskakiwanie do przepływu , transportowany na niewielką odległość, a następnie ponownie osiadający). Jeżeli prędkość w górę jest wyższa niż prędkość osadzania, osad będzie transportowany wysoko w przepływie jako ładunek zmywania .

Ponieważ na ogół w przepływie występuje szereg różnych rozmiarów cząstek, często materiał o różnych rozmiarach przemieszcza się przez wszystkie obszary przepływu w danych warunkach strumienia.

Łóżka rzeczne

Współczesne asymetryczne fale powstałe w piasku na dnie rzeki Hunter w Nowej Południowej Walii w Australii. Kierunek przepływu jest od prawej do lewej.

Wydmy z falistymi grzywami odsłonięte podczas odpływu w rzece Cornwallis w pobliżu Wolfville w Nowej Szkocji

Starożytne złoże kanałowe w formacji Stellarton ( Pensylwanian ), Coalburn Pit, niedaleko Thorburn, Nowa Szkocja.

Ruch osadów może tworzyć samoorganizujące się struktury, takie jak zmarszczki , wydmy lub wydmy na korycie rzeki lub strumienia . Te formy dna są często zachowane w skałach osadowych i można je wykorzystać do oszacowania kierunku i wielkości przepływu, który spowodował osadzanie się osadów.

Odpływ powierzchniowy

Przepływ lądowy może powodować erozję cząstek gleby i transportować je w dół zbocza. Erozja związana z przepływem lądowym może wystąpić różnymi metodami w zależności od warunków meteorologicznych i przepływowych.

• Jeśli początkowe uderzenie kropli deszczu spowoduje przemieszczenie gleby, zjawisko to nazywa się erozją rozpryskową.
• Jeżeli przepływ lądowy jest bezpośrednio odpowiedzialny za porywanie osadów, ale nie tworzy wąwozów, nazywa się to „erozją arkusza”.
• Jeżeli przepływ i podłoże umożliwiają kanalizację, mogą tworzyć się wpusty; jest to określane jako „erozja żlebowa”.

Kluczowe środowiska depozycji rzecznej

Główne środowiska rzeczne (rzeki i strumienie) dla depozycji osadów obejmują:

• Delty (prawdopodobnie środowisko pośrednie między rzecznymi a morskimi)
• Słupki punktowe
• Wentylatory aluwialne
• Plecione rzeki
• Starorzecza
• Wałów
• Wodospady

Procesy eoliczne: wiatr

Wiatr powoduje transport drobnego osadu i tworzenie się pól wydmowych i gleb z pyłu zawieszonego w powietrzu.

Procesy lodowcowe

Osady lodowcowe z Montana

Lodowce niosą osady o różnej wielkości i odkładają je w morenach .

Bilans masy

Ogólną równowagę między osadem w transporcie a osadem osadzającym się na złożu określa równanie Exnera . Wyrażenie to stwierdza, że ​​tempo wzrostu wysokości złoża w wyniku osadzania jest proporcjonalne do ilości osadu, który wypada z przepływu. Równanie to jest ważne, ponieważ zmiany mocy przepływu zmieniają zdolność przepływu do przenoszenia osadów, co znajduje odzwierciedlenie we wzorcach erozji i osadzania obserwowanych w całym strumieniu. Może to być zlokalizowane i po prostu z powodu małych przeszkód; przykładami są przeszukiwane dziury za głazami, gdzie przepływ przyspiesza, oraz osadzanie się po wewnętrznej stronie zakoli meandrów . Erozja i osadzanie mogą mieć również charakter regionalny; erozja może wystąpić z powodu usunięcia zapory i spadku poziomu podstawy . Osadzanie może wystąpić z powodu umieszczenia tamy, które powoduje zaleganie rzeki i odkładanie całego ładunku, lub z powodu wzrostu poziomu podstawy.

Brzegi i płytkie morza

Morza, oceany i jeziora z czasem gromadzą osady. Osad może składać się z materiału terygenicznego , który pochodzi z lądu, ale może być osadzany w środowisku lądowym, morskim lub jeziornym lub z osadów (często biologicznych) pochodzących z akwenu. Materiał terytorialny jest często dostarczany przez pobliskie rzeki i strumienie lub przetworzony osad morski (np. piasek ). W środkowym oceanie egzoszkielety martwych organizmów są przede wszystkim odpowiedzialne za akumulację osadów.

Zdeponowane osady są źródłem skał osadowych , w których mogą znajdować się skamieniałości mieszkańców akwenu, który po śmierci został przykryty nagromadzonym osadem. Osady z dna jeziora, które nie zestaliły się w skałę, można wykorzystać do określenia dawnych warunków klimatycznych .

Kluczowe morskie środowiska depozycji

Holoceński eolianit i plaża węglanowa na Long Island na Bahamach

Główne obszary depozycji osadów w środowisku morskim to:

• Piaski przybrzeżne (np. piaski plażowe, odpływowe piaski rzeczne, ławice przybrzeżne i mierzeje, w większości klastyczne z niewielką zawartością fauny)
• Szelf kontynentalny ( gliny pylaste , zwiększająca się zawartość fauny morskiej).
• Margines półkowy (niska podaż terygeniczna, głównie szkielety fauny wapiennej )
• Nachylenie szelfu (znacznie więcej drobnoziarnistych mułów i glin)
• Koryta estuariów z powstałymi osadami zwanymi " mułami zatokowymi ".

Innym środowiskiem depozycji, które jest mieszanką środowiska rzecznego i morskiego, jest system turbidytowy , który jest głównym źródłem osadów w głębokich basenach sedymentacyjnych i głębinowych, a także w głębokich rowach oceanicznych .

Każda depresja w środowisku morskim, w której z czasem gromadzą się osady, nazywana jest osadnikiem .

Teoria punktu zerowego wyjaśnia, w jaki sposób osadzanie się osadów podlega hydrodynamicznemu procesowi sortowania w środowisku morskim, co prowadzi do rozdrobnienia ziarna osadów w kierunku morza.

Kwestie ochrony środowiska

Erozja i dostarczanie osadów rolniczych do rzek

Jedną z przyczyn wysokich obciążeniach osadów jest system żarowy i przesuwanie uprawa z tropikalnych lasów. Kiedy powierzchnia gruntu zostaje pozbawiona roślinności, a następnie wypalona ze wszystkich żywych organizmów, górne warstwy gleby są podatne zarówno na erozję wietrzną, jak i wodną. W wielu regionach ziemi całe sektory kraju stały się podatne na erozję. Na przykład na centralnym płaskowyżu Madagaskaru , który stanowi około dziesięciu procent obszaru lądowego tego kraju, większość obszaru lądowego jest pokryta roślinnością, a wąwozy uległy erozji w glebie, tworząc charakterystyczne wąwozy zwane lavakami . Są to zazwyczaj 40 metrów (130 stóp) szerokości, 80 metrów (260 stóp) długości i 15 metrów (49 stóp) głębokości. Niektóre obszary mają nawet 150 lavak na kilometr kwadratowy, a lavaki mogą stanowić 84% wszystkich osadów odprowadzanych przez rzeki. To zamulenie powoduje zmianę zabarwienia rzek na ciemnoczerwono-brązowy kolor i prowadzi do śmiertelności ryb.

Erozja jest również problemem na obszarach współczesnego rolnictwa, gdzie usuwanie rodzimej roślinności w celu uprawy i zbioru jednego rodzaju roślin spowodowało brak wsparcia gleby. Wiele z tych regionów znajduje się w pobliżu rzek i drenów. Utrata gleby spowodowana erozją powoduje usunięcie użytecznych gruntów rolnych, zwiększa obciążenie osadów i może pomóc w transporcie nawozów antropogenicznych do systemu rzecznego, co prowadzi do eutrofizacji .

Wskaźnik dostarczania osadów (SDR) to ułamek erozji brutto (erozja międzyzasypowa, żlebowa, żlebowa i strumieniowa), która ma zostać dostarczona do ujścia rzeki. Przenoszenie i osadzanie osadów można modelować za pomocą modeli dystrybucji osadów, takich jak WaTEM/SEDEM. W Europie, zgodnie z szacunkami modelu WaTEM/SEDEM, wskaźnik dostarczania osadów wynosi około 15%.

Rozwój wybrzeża i sedymentacja w pobliżu raf koralowych

Rozwój zlewni w pobliżu raf koralowych jest główną przyczyną stresu koralowego związanego z osadami. Pozbawienie naturalnej roślinności w zlewni w celu zagospodarowania naraża glebę na zwiększone działanie wiatru i opadów, w wyniku czego odsłonięte osady stają się bardziej podatne na erozję i dostarczanie do środowiska morskiego podczas opadów deszczu. Osad może negatywnie wpływać na koralowce na wiele sposobów, na przykład poprzez fizyczne przytłaczanie ich, ścieranie ich powierzchni, powodując, że koralowce zużywają energię podczas usuwania osadów i powodując zakwity glonów, które mogą ostatecznie prowadzić do mniejszej przestrzeni na dnie morskim, gdzie młode koralowce (polipy) mogą rozstrzygać.

Kiedy osady są wprowadzane do regionów przybrzeżnych oceanu, zmienia się proporcja osadów lądowych, morskich i pochodzenia organicznego, które charakteryzują dno morskie w pobliżu źródeł wydobycia osadów. Ponadto, ponieważ źródło osadów (tj. ląd, ocean lub organicznie) jest często skorelowane z tym, jak duże lub drobne rozmiary ziaren osadu charakteryzują dany obszar, rozkład wielkości ziaren osadu będzie się zmieniać w zależności od względnego wkładu gruntu ( zazwyczaj drobne), morskie (zwykle gruboziarniste) i pochodzenia organicznego (zmienne wraz z wiekiem). Te zmiany w osadach morskich charakteryzują ilość osadów zawieszonych w słupie wody w danym czasie oraz stres koralowy związany z osadami.

Względy biologiczne

W lipcu 2020 r. biolodzy morscy poinformowali, że mikroorganizmy tlenowe (głównie), w „ quasi-zawieszonej animacji ”, zostały znalezione w ubogich organicznie osadach, do 101,5 miliona lat, 250 stóp poniżej dna morskiego w Południowym Pacyfiku (SPG). („najbardziej martwe miejsce w oceanie”) i mogą być najdłużej żyjącymi formami życia, jakie kiedykolwiek znaleziono.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

• Prothero, Donald R.; Schwab, Fred (1996), Geologia osadowa: wprowadzenie do skał osadowych i stratygrafii , WH Freeman, ISBN 978-0-7167-2726-2
• Siever, Raymond (1988), Sand , New York: Scientific American Library, ISBN 978-0-7167-5021-5
• Nichols, Gary (1999), sedymentologia i stratygrafia , Malden, MA: Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-632-03578-6
• Reading, HG (1978), Środowiska sedymentacyjne: Procesy, Facje i Stratygrafia , Cambridge, Massachusetts: Blackwell Science, ISBN 978-0-632-03627-1