Deposition (geologi)

För bredare täckning av detta ämne, se Sedimenttransport .

Karta över Cape Cod som visar stränder som genomgår erosion (klippiga sektioner) i gult och stränder som kännetecknas av marin nedfall (barriärer) i blått.

Deposition är den geologiska process där sediment , jord och stenar läggs till en landform eller landmassa . Vind, is, vatten och gravitation transporterar tidigare väderbitna ytmaterial, som vid förlust av tillräckligt med kinetisk energi i vätskan avsätts och bygger upp lager av sediment.

Avsättning sker när krafterna som ansvarar för sedimenttransport inte längre är tillräckliga för att övervinna tyngdkraften och friktion , vilket skapar ett motstånd mot rörelse; detta är känt som nollpunktshypotesen. Deposition kan också hänvisa till uppbyggnaden av sediment från organiskt material eller kemiska processer . Till exempel består krita delvis av mikroskopiska kalciumkarbonatskelett av marint plankton , vars avsättning har inducerat kemiska processer ( diagenes ) för att avsätta ytterligare kalciumkarbonat. På liknande sätt börjar bildningen av kol med avsättning av organiskt material, främst från växter, under anaeroba förhållanden.

Nollpunktshypotes

Nollpunktshypotesen förklarar hur sediment avsätts i en strandprofil enligt dess kornstorlek. Detta beror på påverkan av hydraulisk energi, vilket resulterar i en havsåtgående finning av sedimentpartikelstorleken, eller där vätskepådrivning är lika med tyngdkraften för varje kornstorlek. Konceptet kan också förklaras som "sediment av en viss storlek kan röra sig över profilen till ett läge där det är i jämvikt med vågen och flöden som verkar på det sedimentkornet". Denna sorteringsmekanism kombinerar påverkan av profilens gravitationskraft i nedförsbackarna och krafter på grund av flödesasymmetri; positionen där det finns noll nettotransport är känd som nollpunkten och föreslogs först av Cornaglia 1889. Figur 1 illustrerar detta förhållande mellan sedimentkornstorlek och djupet i den marina miljön.

Figur 1. Åskådliggörande av sedimentstorleksfördelningen över en strandlinjeprofil, där finare sediment transporteras bort från högenergimiljöer och sedimenterar ur suspensionen eller avsätts i lugnare miljöer. Grova sediment upprätthålls i den övre strandlinjeprofilen och sorteras efter den våggenererade hydrauliska regimen

Den första principen som ligger till grund för nollpunktsteorin beror på gravitationskraften; finare sediment förblir i vattenpelaren under längre tid, vilket gör att transport utanför surfzonen kan avsättas under lugnare förhållanden. Gravitationseffekten eller sedimenteringshastigheten bestämmer platsen för avsättningen för finare sediment, medan ett korns inre friktionsvinkel bestämmer avsättningen av större korn på en strandprofil. Den sekundära principen till skapandet av finfördelning av sediment mot havet är känd som hypotesen om asymmetriska trösklar under vågor; detta beskriver växelverkan mellan det oscillerande flödet av vågor och tidvatten som flödar över vågens rippelbäddformer i ett asymmetriskt mönster. "Vågformens relativt starka landslag bildar en virvel eller virvel på läsidan av krusningen, förutsatt att landflödet kvarstår, förblir denna virvel instängd i krusningens lä. När flödet vänder kastas virveln uppåt från botten och ett litet moln av suspenderat sediment som genereras av virveln kastas ut i vattenpelaren ovanför krusningen, sedimentmolnet flyttas sedan mot havet av vågens offshore-slag." Där det finns symmetri i krusningsform neutraliseras virveln, virveln och dess tillhörande sedimentmoln utvecklas på båda sidor om krusningen. Detta skapar en grumlig vattenpelare som färdas under tidvatteninflytande när vågorbitalrörelsen är i jämvikt.

Nollpunktshypotesen har bevisats kvantitativt i Akaroa Harbour, Nya Zeeland, The Wash , Storbritannien, Bohai Bay och West Huang Sera, Kina, och i många andra studier; Ippen och Eagleson (1955), Eagleson och Dean (1959, 1961) och Miller och Zeigler (1958, 1964).

Deposition av icke-kohesiva sediment

Storkorniga sediment som transporteras med antingen bäddlast eller hängande last kommer att stanna när det inte finns tillräcklig bäddskjuvspänning och vätsketurbulens för att hålla sedimentet i rörelse; med den hängande lasten kan detta vara en bit då partiklarna behöver falla genom vattenpelaren. Detta bestäms av kornets nedåtverkande viktkraft som matchas av en kombinerad flytkraft och vätskedragkraft och kan uttryckas med:

${\frac {4}{3}}\pi R^{3}\rho _{s}g={\frac {4}{3}}\pi R^{3}\rho g+{\frac {1}{2}}\mathbb {C} _{d}\rho \pi R ^{2}w_{s}^{2}\,$

Nedåtverkande viktkraft = Uppåtverkande flytkraft + Uppåtverkande vätskedragkraft

var:

• π är förhållandet mellan en cirkels omkrets och dess diameter.
• R är radien för det sfäriska föremålet (i m),
• ρ är vätskans massdensitet (kg/m ³ ),
• g är gravitationsaccelerationen (m/s ² ),
• Cd _och är luftmotståndskoefficienten,
• w _s är partikelns sedimenteringshastighet (i m/s).

För att kunna beräkna luftmotståndskoefficienten måste spannmålets Reynolds-tal upptäckas, vilket är baserat på vilken typ av vätska genom vilken sedimentpartikeln strömmar, laminärt flöde, turbulent flöde eller en hybrid av båda. När vätskan blir mer trögflytande på grund av mindre kornstorlekar eller större sedimenteringshastigheter är förutsägelsen mindre okomplicerad och den är tillämpbar för att införliva Stokes Law (även känd som friktionskraften eller dragkraften) för sedimenteringen.

Deposition av kohesiva sediment

Sammanhållningen av sediment uppstår med de små kornstorlekar som är förknippade med silt och leror, eller partiklar mindre än 4ϕ på phi -skalan. Om dessa fina partiklar förblir dispergerade i vattenpelaren, Stokes lag för sedimenteringshastigheten för de enskilda kornen, även om på grund av att havsvatten är ett starkt elektrolytbindemedel , uppstår flockning där enskilda partiklar skapar en elektrisk bindning som fäster varandra för att bilda flockar . "Ytan på en lerplätt har en liten negativ laddning där kanten har en liten positiv laddning när två blodplättar kommer i nära anslutning till varandra, ansiktet på en partikel och kanten på den andra attraheras elektrostatiskt." Flockar har då en högre kombinerad massa, vilket leder till snabbare avsättning genom en högre fallhastighet, och avsättning i mer strandriktning än de skulle ha som de enskilda fina lerkornen eller siltkornen.

Förekomsten av nollpunktsteori

Akaroa Harbor ligger på Banks Peninsula , Canterbury, Nya Zeeland , . Bildandet av denna hamn har skett på grund av aktiva erosionsprocesser på en utdöd sköldvulkan, varvid havet har översvämmat kalderan och skapat ett 16 km långt inlopp med en genomsnittlig bredd på 2 km och ett djup på -13 m i förhållande till medelhavsnivån vid 9 km-punkten nedför den centrala axelns tvärsnitt. Den dominerande stormvågsenergin har obegränsad apport för den yttre hamnen från sydlig riktning, med en lugnare miljö i den inre hamnen, även om lokaliserade hamnvindar skapar ytströmmar och hack som påverkar de marina sedimentationsprocesserna. Avlagringar av löss från efterföljande glaciala perioder har fyllt vulkaniska sprickor under årtusenden, vilket resulterar i vulkanisk basalt och löss som de huvudsakliga sedimenttyperna tillgängliga för deponering i Akaroa Harbor

Figur 2. Karta över Akaroa hamn som visar en finning av sediment med ökad batymetri mot hamnens centrala axel. Taget från Hart et al. (2009) och University of Canterbury under kontraktet av Environment Canterbury.

Hart et al. (2009) upptäckte genom batymetrisk undersökning, sikt- och pipettanalys av subtidala sediment att sedimenttexturer var relaterade till tre huvudfaktorer: djup, avstånd från kustlinjen och avstånd längs hamnens centrala axel. Detta resulterade i finfördelning av sedimenttexturer med ökande djup och mot hamnens centrala axel, eller om den klassificeras i kornklassstorlekar, "går den plottade transekten för den centrala axeln från siltig sand i tidvattenzonen till sandig silt i den inre strandnära, till slam i vikarnas yttre delar till lera på 6 m djup eller mer”. Se figur 2 för detaljer.

Andra studier har visat denna process med utvinning av sedimentkornstorlek från effekten av hydrodynamisk forcering; Wang, Collins och Zhu (1988) korrelerade kvalitativt ökande intensitet av vätskepressning med ökande kornstorlek. "Denna korrelation demonstrerades vid de lågenergiiga leriga tidvattenslätterna i Bohai Bay (Kina), den måttliga miljön på Jiangsu- kusten (Kina) där bottenmaterialet är siltigt, och sandiga lägenheterna på högenergikusten The Wash (Storbritannien) )." Den här forskningen visar avgörande bevis för nollpunktsteorin som finns på tidvattensplattor med olika hydrodynamiska energinivåer och även på lägenheter som är både erosions- och ackretionella.

Kirby R. (2002) tar detta koncept vidare och förklarar att de fina partiklarna suspenderas och omarbetas från luften offshore och lämnar efter sig lagavlagringar av de huvudsakliga musslorna och snäckorna separerade från det finare substratet under, vågor och strömmar samlar sedan dessa avlagringar för att bilda chenier åsar i hela tidvattenzonen, som tenderar att tvingas upp längs strandprofilen men också längs strandkanten. Cheniers kan hittas på vilken nivå som helst på strandkanten och kännetecknar övervägande en erosionsdominerad regim.

Ansökningar om kustplanering och förvaltning

Nollpunktsteorin har varit kontroversiell i sin acceptans i mainstream kustvetenskap eftersom teorin verkar i dynamisk jämvikt eller instabil jämvikt, och många fält och laboratorieobservationer har misslyckats med att replikera tillståndet för en nollpunkt vid varje kornstorlek genom hela profilen. Interaktionen mellan variabler och processer över tid inom miljökontexten orsakar problem; "ett stort antal variabler, processernas komplexitet och svårigheten att observera, alla lägger allvarliga hinder i vägen för systematisering, därför kan den grundläggande fysikaliska teorin inom vissa smala områden vara sund och pålitlig men klyftorna är stora."

Geomorfologer, ingenjörer, regeringar och planerare bör vara medvetna om de processer och resultat som är involverade i nollpunktshypotesen när de utför uppgifter som strandnäring , utfärdande av bygglov eller byggande av kustförsvarsstrukturer . Detta beror på att analys av sedimentkornstorlek genom en profil tillåter slutsatser om erosions- eller ansamlingshastigheter som är möjliga om stranddynamiken modifieras. Planerare och förvaltare bör också vara medvetna om att kustmiljön är dynamisk och kontextvetenskap bör utvärderas innan någon modifiering av strandprofilen genomförs. Sålunda försöker teoretiska studier, laboratorieexperiment, numeriska och hydrauliska modellering besvara frågor som rör kustavdrift och sedimentavsättning, resultaten bör inte ses isolerade och en betydande mängd rent kvalitativa observationsdata bör komplettera alla planering- eller förvaltningsbeslut.

Se även

• Cementering (geologi) – Process av kemisk utfällning som binder sedimentära korn
• Tvärbädd – Sedimentära bergskikt i olika vinklar
• Drift (geologi) – Material av glacialt ursprung
• Flockning – Process genom vilken kolloidala partiklar kommer ut ur suspensionen för att fällas ut som flock eller flingor
• Långstrandsdrift – Sediment som förflyttas av strömmen längs med kusten
• Overbank – Alluvial geologisk fyndighet
• Sedimentärt berg – Berg som bildas genom deponering och efterföljande cementering av material
• Sedimentära strukturer – Geologiska strukturer som bildas under sedimentavsättning
• Sedimentering – Process genom vilken partiklar rör sig mot botten av en vätska och bildar ett sediment
• Shields parameter
• Stokes lag – Lag för mätning av en kropps hastighet i trögflytande vätska
• Ytliga avlagringar – Geologiska avlagringar