Sediment - Sediment

Řeka vypouštějící sediment do oceánu

Sediment je přirozeně se vyskytující materiál, který se rozkládá procesy zvětrávání a eroze a následně je transportován působením větru, vody nebo ledu nebo gravitační silou působící na částice. Například, písek a bahno se může provádět v suspenzi v říční vodě a na dosažení mořské dno nanesenou sedimentace ; pokud budou pohřbeni, mohou se nakonec stát pískovcem a prachovcem ( sedimentární horniny ) prostřednictvím litifikace .

Sedimenty jsou nejčastěji transportovány vodou ( fluviální procesy ), ale také větrem ( eolické procesy ) a ledovci . Plážové písky a ložiska říčních kanálů jsou příklady fluviálního transportu a depozice , ačkoli sediment se také často usazuje z pomalu se pohybující nebo stojaté vody v jezerech a oceánech. Pouštní písečné duny a spraše jsou příklady Liparského transportu a depozice. Glaciální morénové nánosy a pokladny jsou sedimenty přepravované ledem.

Klasifikace

Sediment v Mexickém zálivu

Sediment lze klasifikovat podle velikosti zrna, tvaru zrna a složení.

Velikost zrna

Velikost sedimentu se měří na stupnici log base 2, nazývané „Phi“ stupnice, která klasifikuje částice podle velikosti od „koloidu“ po „balvan“.

stupnice φ Rozsah velikostí
(metrický)
Rozsah velikostí
(palce)
Agregovaná třída
(Wentworth)
Ostatní jména
<−8 > 256 mm > 10,1 palce Balvan
−6 až −8 64–256 mm 2,5–10,1 palce Valoun
−5 až −6 32–64 mm 1,26–2,5 palce Velmi hrubý štěrk Oblázek
−4 až −5 16–32 mm 0,63–1,26 palce Hrubý štěrk Oblázek
−3 až −4 8–16 mm 0,31–0,63 palce Střední štěrk Oblázek
−2 až −3 4–8 mm 0,157–0,31 palců Jemný štěrk Oblázek
−1 až −2 2–4 mm 0,079–0,157 palců Velmi jemný štěrk Granule
0 až -1 1–2 mm 0,039–0,079 palců Velmi hrubý písek
1 až 0 0,5–1 mm 0,020–0,039 palce Hrubý písek
2 až 1 0,25–0,5 mm 0,010–0,020 palce Střední písek
3 až 2 125–250 μm 0,0049–0,010 palců Jemný písek
4 až 3 62,5–125 μm 0,0025–0,0049 palců Velmi jemný písek
8 až 4 3,9–62,5 μm 0,00015–0,0025 palců Silt Bláto
> 8 <3,9 μm <0,00015 palců Jíl Bláto
> 10 <1 μm <0,000039 palců Koloidní Bláto

Tvar

Schematické znázornění rozdílu ve tvaru zrna. Jsou ukázány dva parametry: kulovitost (svislá) a zaoblení (vodorovná).

Tvar částic lze definovat pomocí tří parametrů. Forma je celkový tvar částice, se společné popisy jsou kulovité, platy, nebo podlouhlých. Zaoblení je měřítkem toho, jak ostré rohy jsou obilí. To se liší od dobře zaoblených zrn s hladkými rohy a hranami až po špatně zaoblená zrna s ostrými rohy a hranami. Nakonec textura povrchu popisuje drobné vlastnosti, jako jsou škrábance, jámy nebo hřebeny na povrchu zrna.

Formulář

Forma (také nazývaná sférická ) je určena měřením velikosti částice na jejích hlavních osách. William C. Krumbein navrhl vzorce pro převod těchto čísel do jediné míry formy, jako např

kde , a jsou dlouhé, střední a krátké osové délky částice. Forma se pohybuje od 1 pro dokonale sférickou částici po velmi malé hodnoty pro deskovitou nebo tyčovou částici.

Alternativní opatření navrhla společnost Sneed and Folk:

která se opět mění od 0 do 1 s rostoucí kulovitostí.

Kulatost

Srovnávací tabulka pro hodnocení kulatosti zrn sedimentu

Kulatost popisuje, jak ostré jsou hrany a rohy částic. Pro jeho přesné měření byly navrženy složité matematické vzorce, které je však obtížné aplikovat a většina geologů odhaduje zaoblení ze srovnávacích tabulek. Běžné popisné termíny se pohybují od velmi úhlových přes úhlové přes subangulární po subroundované až zaoblené až po velmi zaoblené, se zvyšujícím se stupněm zaoblení.

Textura povrchu

Textura povrchu popisuje drobné vlastnosti zrna, jako jsou jámy, zlomeniny, hřebeny a škrábance. Ty se nejčastěji hodnotí na křemenných zrnech, protože si po dlouhou dobu uchovávají své povrchové značky. Povrchová struktura se liší od leštěné po matnou a může odhalit historii transportu zrna; například matná zrna jsou zvláště charakteristická pro eolické sedimenty, přepravované větrem. Vyhodnocení těchto vlastností často vyžaduje použití rastrovacího elektronového mikroskopu .

Složení

Složení sedimentu lze měřit pomocí:

To vede k nejednoznačnosti, ve které lze jíl použít jako velikostní rozmezí i jako složení (viz jílové minerály ).

Transport sedimentů

Usazeniny se hromadí na vlnolamech vyrobených lidmi, protože snižují rychlost toku vody, takže proud nemůže nést tolik nánosu sedimentů.
Ledová doprava balvanů. Tyto balvany budou uloženy při ústupu ledovce.

Sediment je transportován na základě síly toku, který jej nese, a jeho vlastní velikosti, objemu, hustoty a tvaru. Silnější toky zvýší vztlak a odpor částice, což způsobí její vzestup, zatímco větší nebo hustší částice budou proudem pravděpodobněji propadávat.

Fluviální procesy: řeky, potoky a pozemní tok

Pohyb částic

Řeky a potoky nesou ve svých tocích usazeniny. Tento sediment může být na různých místech toku, v závislosti na rovnováze mezi rychlostí vzestupu na částici (síly tažení a zvedání) a rychlostí usazování částice. Tyto vztahy jsou uvedeny v následující tabulce pro číslo Rouse , což je poměr rychlosti usazování sedimentu (rychlosti pádu) k rychlosti směrem nahoru.

kde

Hjulströmova křivka : rychlosti proudů potřebné pro erozi, transport a ukládání (sedimentaci) částic sedimentu různých velikostí
Způsob dopravy Rouse číslo
Zatížení postele > 2,5
Zavěšené zatížení : 50% zavěšené > 1,2, <2,5
Zavěšené zatížení : 100% zavěšené > 0,8, <1,2
Náplň praní <0,8

Pokud je rychlost směrem nahoru přibližně stejná jako rychlost usazování, bude sediment transportován po proudu zcela jako zavěšený náklad . Pokud je rychlost vzhůru mnohem menší než rychlost usazování, ale stále je dostatečně vysoká na to, aby se sediment mohl pohybovat (viz Zahájení pohybu ), bude se pohybovat po lůžku jako zatížení lože válcováním, klouzáním a solením (skákání do proudu transportován na krátkou vzdálenost a poté opět usazen). Pokud je rychlost vzhůru vyšší než rychlost usazování, bude sediment transportován vysoko v proudu jako náplň praní .

Protože v toku je obecně řada různých velikostí částic, je běžné, že se materiál různých velikostí pohybuje za daných podmínek proudu všemi oblastmi toku.

Fluviální podložní formace

Moderní asymetrické vlnky se vyvinuly v písku na dně řeky Hunter, Nový Jižní Wales, Austrálie. Směr toku je zprava doleva.
Duny s chocholatým hřbetem vystavené při odlivu v řece Cornwallis poblíž Wolfville, Nové Skotsko
Ložisko starověkého kanálu ve formaci Stellarton ( Pennsylvanian ), Coalburn Pit, poblíž Thorburn, Nové Skotsko.

Pohyb sedimentu může vytvářet samoorganizované struktury, jako jsou vlnky , duny nebo antiduny na řece nebo korytě potoka . Tyto formy jsou často zachovány v sedimentárních horninách a lze je použít k odhadu směru a velikosti toku, který sediment ukládal.

Povrchový odtok

Pozemní tok může narušit půdní částice a transportovat je po svahu. K erozi spojené s pozemním tokem může docházet různými způsoby v závislosti na meteorologických a průtokových podmínkách.

  • Pokud počáteční dopad dešťových kapek uvolní půdu, tento jev se nazývá eroze deště.
  • Pokud je pozemní tok přímo odpovědný za strhávání sedimentů, ale nevytváří rokle, říká se mu „eroze plechu“.
  • Pokud tok a substrát umožňují channelizaci, mohou se vytvořit vpusti; toto se nazývá „eroze vpusti“.

Klíčová fluviální depoziční prostředí

Mezi hlavní fluviální (říční a potoková) prostředí pro ukládání sedimentů patří:

Liparské procesy: vítr

Vítr má za následek transport jemného sedimentu a tvorbu polí písečných dun a půd z polétavého prachu.

Glaciální procesy

Ledovcové sedimenty z Montany

Ledovce nesou širokou škálu velikostí sedimentů a ukládají je na morény .

Hmotnostní bilance

Celková rovnováha mezi sedimentem v transportu a sedimentem ukládaným na lože je dána Exnerovou rovnicí . Tento výraz uvádí, že rychlost nárůstu elevace lože v důsledku depozice je úměrná množství sedimentu, který vypadává z toku. Tato rovnice je důležitá v tom, že změny v síle toku mění schopnost toku nést sediment, a to se odráží ve vzorcích eroze a ukládání pozorovaných v celém toku. To lze lokalizovat a jednoduše kvůli malým překážkám; příklady jsou pročištění děr za balvany, kde se tok zrychluje, a usazování na vnitřní straně meandrových ohybů. Eroze a depozice mohou být také regionální; může dojít k erozi v důsledku odstranění hráze a poklesu úrovně základny . K depozici může dojít v důsledku umístění hráze, která způsobí, že se řeka spojí a uloží celé své zatížení, nebo v důsledku vzestupu základní hladiny.

Břehy a mělká moře

Moře, oceány a jezera v průběhu času hromadí usazeniny. Sediment může sestávat z zemního materiálu, který pochází z pevniny, ale může být uložen buď v suchozemském, mořském nebo jezerním (jezerním) prostředí, nebo ze sedimentů (často biologických) pocházejících z vodního útvaru. Vlastenecký materiál je často dodáván blízkými řekami a potoky nebo přepracovaným mořským sedimentem (např. Písek ). Ve středním oceánu jsou za akumulaci sedimentů primárně zodpovědné exoskelety mrtvých organismů.

Usazené sedimenty jsou zdrojem sedimentárních hornin , které mohou obsahovat zkameněliny obyvatel vodního útvaru, které byly po smrti pokryty hromaděním usazenin. Sedimenty jezerního dna, které neztuhly ve skálu, lze použít ke stanovení minulých klimatických podmínek.

Klíčová mořská depoziční prostředí

Eloianit holocénu a karbonátová pláž na Long Islandu na Bahamách

Mezi hlavní oblasti pro ukládání sedimentů v mořském prostředí patří:

  • Přímořské písky (např. Plážové písky, odtokové písky, pobřežní bary a koryta, převážně klastické s malým obsahem faunalů)
  • Kontinentální šelf ( prachové jíly , zvyšující obsah mořských faunalů).
  • Police marže (nízká terigenní zásoba, většinou vápnité faunální kostry)
  • Sklon police (mnohem více jemnozrnných siltů a jílů)
  • Lůžka ústí řek s výslednými nánosy zvaná „ zálivové bahno “.

Jedním dalším depozičním prostředím, které je směsí fluviálních a mořských, je turbiditový systém, který je hlavním zdrojem sedimentů v hlubokých sedimentárních a propastných pánvích a hlubokých oceánských příkopech .

Jakákoli deprese v mořském prostředí, kde se v průběhu času hromadí sedimenty, je známá jako lapač usazenin .

Teorie nulového bodu vysvětluje, jak depozice sedimentů prochází v mořském prostředí procesem hydrodynamického třídění, který vede k vyčištění velikosti zrna sedimentu směrem k moři.

Otázky životního prostředí

Eroze a dodávka zemědělských sedimentů do řek

Jednou z příčin vysokých sedimentu zatížení je lomítko a spálit a přesouvá pěstování z tropických lesů. Když je povrch země zbaven vegetace a poté spálen od všech živých organismů, jsou horní půdy citlivé na větrnou i vodní erozi. V řadě regionů Země jsou celé sektory země erodovatelné. Například na vysoké centrální plošině Madagaskaru , která představuje přibližně deset procent rozlohy této země, je většina rozlohy země rozrušena a vpusti erodovaly do podložní půdy a vytvářely výrazné rokle zvané lavaky . Obvykle mají šířku 40 metrů, délku 80 metrů a hloubku 15 metrů. Některé oblasti mají až 150 lavak na kilometr čtvereční a na lavaky připadá 84% všech sedimentů odnesených řekami. Toto zanášení vede k odbarvení řek na tmavě červenohnědou barvu a vede k zabíjení ryb.

Eroze je také problémem v oblastech moderního zemědělství, kde odstranění původní vegetace pro pěstování a sklizeň jednoho druhu plodin zanechalo půdu bez podpory. Mnoho z těchto oblastí se nachází v blízkosti řek a drenáží. Ztráta půdy v důsledku eroze odstraňuje užitečnou zemědělskou půdu, zvyšuje zatížení sedimentů a může pomoci transportovat antropogenní hnojiva do říčního systému, což vede k eutrofizaci .

Poměr dodávání sedimentů (SDR) je podíl hrubé eroze (mezerová, rýhová, vpustová a proudová eroze), který se očekává, že bude dodán do vyústění řeky. Přenos a ukládání sedimentů lze modelovat pomocí modelů distribuce sedimentů, jako je WaTEM/SEDEM. V Evropě je podle odhadů modelu WaTEM/SEDEM poměr dodávky sedimentu asi 15%.

Pobřežní vývoj a sedimentace v blízkosti korálových útesů

Rozvoj povodí v blízkosti korálových útesů je primární příčinou korálového stresu souvisejícího se sedimentem. Odizolování přirozené vegetace v povodí pro rozvoj vystavuje půdu zvýšenému větru a dešťovým srážkám a v důsledku toho může způsobit, že exponovaný sediment bude během dešťových srážek náchylnější k erozi a dodávkám do mořského prostředí. Sediment může negativně ovlivnit korály mnoha způsoby, například fyzickým zadusením, odřením jejich povrchů, což způsobí, že korály vynakládají energii při odstraňování sedimentů, a způsobí výkvět řas, což může v konečném důsledku vést k menšímu prostoru na mořském dně, kde mohou mladistvé korály (polypy) usadit.

Když jsou do pobřežních oblastí oceánu zavedeny sedimenty, změní se podíl pevniny, mořských a organických sedimentů, které charakterizují mořské dno v blízkosti zdrojů produkce sedimentů. Navíc, protože zdroj sedimentu (tj. Pevnina, oceán nebo organicky) často koreluje s tím, jak jsou v průměru hrubé nebo jemné velikosti zrn sedimentu, které charakterizují danou oblast, bude se distribuce velikosti zrna v sedimentu měnit podle relativního vstupu půdy ( typicky jemný), mořský (typicky hrubý) a organicky odvozený (proměnlivý s věkem) sediment. Tyto změny v mořském sedimentu charakterizují množství sedimentu, které je suspendováno ve vodním sloupci v daném okamžiku, a korálové napětí související se sedimentem.

Biologické aspekty

V červenci 2020 mořští biologové oznámili, že aerobní mikroorganismy (hlavně) v „ kvazisuspendované animaci “ byly nalezeny v organicky chudých sedimentech, starých až 101,5 milionu let, 250 stop pod mořským dnem v South Pacific Gyre (SPG) („nejsmrtelnější místo v oceánu“) a mohou to být nejdéle žijící formy života, jaké kdy byly nalezeny.

Viz také

  • Bar (říční morfologie)  - Zvýšená oblast sedimentu v řece, která byla uložena tokem
  • Plážové hroty  - Pobřežní útvary tvořené různými stupni sedimentu v obloukovém vzoru
  • Biorhexistasy
  • Bioswale  - krajinné prvky určené k odstranění nečistot a znečištění z povrchové odtokové vody
  • Dekantace
  • Depozice (geologie)  - geologický proces, při kterém se do krajiny nebo pevniny přidávají sedimenty, půda a horniny
  • Depoziční prostředí  - kombinace fyzikálních, chemických a biologických procesů spojených s ukládáním určitého typu sedimentu
  • Eroze  - Přírodní procesy, které odstraňují půdu a horniny
  • Exnerova rovnice
  • Velikost zrna , známá také jako velikost částic - průměr jednotlivých zrn sedimentu nebo litifikovaných částic v klastických horninách
  • Dešťový prach , také známý jako srážení sedimentů
  • Regolit  - vrstva volných, heterogenních povrchových ložisek pokrývajících pevnou horninu
  • Písek  - zrnitý materiál složený z jemně rozdělených hornin a minerálních částic
  • Sedimentologie  - studium přírodních sedimentů a procesů, kterými jsou vytvářeny
  • Lapač sedimentů  - Jakákoli topografická deprese, kde se sedimenty v průběhu času podstatně hromadí
  • Usazování  - proces, při kterém se částice usazují na dně kapaliny a vytvářejí sediment
  • Povrchový odtok  - Tok přebytečné dešťové vody, která nepronikne do země po jejím povrchu

Reference

Další čtení

  • Prothero, Donald R .; Schwab, Fred (1996), Sedimentary Geology: An Introduction to Sedimentary Rocks and Stratigraphy , 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), Sedimentology & Stratigraphy , Malden, MA: Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-632-03578-6
  • Reading, HG (1978), Sedimentary Environments: Processes, Facies and Stratigraphy , Cambridge, Massachusetts: Blackwell Science, ISBN 978-0-632-03627-1