Ablagerung (Geologie)



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Karte von Cape Cod, die Küsten mit Erosion (Klippenabschnitte) und Küsten mit Meeresablagerungen (Barrieren) zeigt.
Karte von Cape Cod, die Küsten mit Erosion (Klippenabschnitte) in Gelb und Küsten mit Meeresablagerungen (Barrieren) in Blau zeigt.

Ablagerung ist der geologische Prozess, bei dem Sedimente , Boden und Gesteine zu einer Landform oder Landmasse hinzugefügt werden . Wind, Eis, Wasser und Schwerkraft transportieren zuvor verwittertes Oberflächenmaterial, das sich unter Verlust von genügend kinetischer Energie in der Flüssigkeit ablagert und Sedimentschichten aufbaut.

Die Ablagerung tritt auf, wenn die für den Sedimenttransport verantwortlichen Kräfte nicht mehr ausreichen, um die Schwerkraft- und Reibungskräfte zu überwinden , wodurch ein Bewegungswiderstand entsteht; dies ist als Nullpunkthypothese bekannt. Die Ablagerung kann sich auch auf die Ansammlung von Sedimenten aus organischem Material oder chemischen Prozessen beziehen . So besteht beispielsweise Kreide teilweise aus den mikroskopisch kleinen Calciumcarbonatskeletten des marinen Planktons , deren Ablagerung chemische Prozesse ( Diagenese ) zur weiteren Ablagerung von Calciumcarbonat induziert hat . In ähnlicher Weise beginnt die Bildung von Kohle mit der Ablagerung von organischem Material, hauptsächlich aus Pflanzen, unter anaeroben Bedingungen.

Nullpunkthypothese

Die Nullpunkthypothese erklärt, wie Sedimente in einem Uferprofil entsprechend seiner Korngröße abgelagert werden. Dies ist auf den Einfluss der hydraulischen Energie zurückzuführen, die zu einer seewärts gerichteten Schönung der Sedimentpartikelgröße führt oder wenn der Fluidantrieb für jede Korngröße der Schwerkraft entspricht. Das Konzept kann auch so erklärt werden, dass Sediment einer bestimmten Größe sich über das Profil zu einer Position bewegen kann, in der es im Gleichgewicht mit der Welle und den Strömungen ist, die auf dieses Sedimentkorn einwirken. Dieser Sortiermechanismus kombiniert den Einfluss der abfallenden Gravitationskraft des Profils und Kräfte aufgrund der Strömungsasymmetrie; die Position, an der kein Nettotransport stattfindet, wird als Nullpunkt bezeichnet und wurde erstmals 1889 von Cornaglia vorgeschlagen. Abbildung 1 veranschaulicht diese Beziehung zwischen der Sedimentkorngröße und der Tiefe der Meeresumwelt.

Das erste der Nullpunkttheorie zugrunde liegende Prinzip beruht auf der Gravitationskraft; feinere Sedimente verbleiben länger in der Wassersäule, so dass sich der Transport außerhalb der Brandungszone unter ruhigeren Bedingungen ablagern kann. Der Gravitationseffekt oder die Sinkgeschwindigkeit bestimmt den Ablagerungsort für feinere Sedimente, während der innere Reibungswinkel eines Korns die Ablagerung größerer Körner auf einem Uferprofil bestimmt. Das sekundäre Prinzip der seewärtigen Sedimentschönung ist als die Hypothese asymmetrischer Schwellen unter Wellen bekannt; dies beschreibt die Wechselwirkung zwischen dem oszillierenden Wellenfluss und den Gezeiten, die in einem asymmetrischen Muster über die Wellenrippelbetten fließen. "Der relativ starke auflandige Schlag der Wellenformen bildet einen Wirbel oder Wirbel auf der Leeseite der Welligkeit, sofern die auflandige Strömung andauert, bleibt dieser Wirbel im Windschatten der Welligkeit gefangen. Wenn die Strömung umkehrt, wird der Wirbel nach oben geworfen Boden und eine kleine Wolke aus suspendiertem Sediment, die durch den Wirbel erzeugt wird, wird in die Wassersäule über der Welle geschleudert, die Sedimentwolke wird dann durch den Offshore-Schlag der Welle seewärts bewegt." Bei Symmetrie in der Wellenform wird der Wirbel neutralisiert, der Wirbel und die zugehörige Sedimentwolke entstehen auf beiden Seiten der Welle. Dies erzeugt eine trübe Wassersäule, die sich unter dem Einfluss der Gezeiten bewegt, während die Umlaufbewegung der Welle im Gleichgewicht ist.

Die Nullpunkt-Hypothese wurde in Akaroa Harbour, Neuseeland, The Wash , Großbritannien, Bohai Bay und West Huang Sera, Festlandchina, und in zahlreichen anderen Studien quantitativ nachgewiesen ; Ippen und Eagleson (1955), Eagleson und Dean (1959, 1961) und Miller und Zeigler (1958, 1964).

Ablagerung von nichtbindigen Sedimenten

Grobkörnige Sedimente, die entweder durch Geschiebe oder Schwebstoffe transportiert werden, kommen zur Ruhe, wenn die Bodenscherspannung und die Fluidturbulenz nicht ausreichen, um das Sediment in Bewegung zu halten; Bei der schwebenden Last kann dies eine gewisse Distanz sein, da die Partikel durch die Wassersäule fallen müssen. Dies wird dadurch bestimmt, dass die nach unten wirkende Gewichtskraft des Getreides durch eine kombinierte Auftriebs- und Flüssigkeitswiderstandskraft ausgeglichen wird und kann ausgedrückt werden durch:

Abwärts wirkende Gewichtskraft = Aufwärts wirkende Auftriebskraft + Aufwärts wirkende Flüssigkeitswiderstandskraft

wo:

  • ist das Verhältnis des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser.
  • R ist der Radius des kugelförmigen Objekts (in m),
  • ist die Massendichte des Fluids (kg/m 3 ),
  • g ist die Erdbeschleunigung (m/s 2 ),
  • C d der Luftwiderstandsbeiwert ist und
  • w s ist die Sinkgeschwindigkeit des Teilchens (in m/s).

Um den Luftwiderstandsbeiwert zu berechnen, muss die Reynolds-Zahl des Korns ermittelt werden, die auf der Art der Flüssigkeit basiert, durch die das Sedimentpartikel strömt, laminarer Strömung, turbulenter Strömung oder einer Mischung aus beidem. Wenn die Flüssigkeit aufgrund kleinerer Korngrößen oder größerer Absetzgeschwindigkeiten viskoser wird, ist die Vorhersage weniger einfach und es ist anwendbar, das Stokes-Gesetz (auch als Reibungskraft oder Widerstandskraft bekannt) des Absetzens zu berücksichtigen .

Ablagerung kohäsiver Sedimente

Die Kohäsion von Sedimenten tritt mit den kleinen Korngrößen auf, die mit Schluffen und Tonen oder Partikeln kleiner als 4 auf der Phi- Skala verbunden sind. Bleiben diese feinen Partikel in der Wassersäule dispergiert, gilt das Stokessche Gesetz für die Absetzgeschwindigkeit der einzelnen Körner, obwohl Meerwasser ein starkes Elektrolytbindemittel ist, kommt es zur Ausflockung, bei der einzelne Partikel eine elektrische Bindung eingehen, die aneinander haften und Flocken bilden . "Die Oberfläche eines Tonplättchens hat eine leichte negative Ladung, während die Kante eine leichte positive Ladung hat, wenn zwei Blutplättchen in enge Nähe zueinander kommen, werden die Vorderseite eines Partikels und die Kante des anderen elektrostatisch angezogen." Die Flocken haben dann eine höhere kombinierte Masse, was zu einer schnelleren Ablagerung durch eine höhere Fallgeschwindigkeit und einer Ablagerung in einer mehr landseitigen Richtung führt, als sie dies als die einzelnen feinen Körner von Ton oder Schluff haben würden.

Das Auftreten der Nullpunkttheorie

Akaroa Harbour liegt auf der Banks Peninsula , Canterbury, Neuseeland , 43°48S 172°56E / 43.800°S 172.933°E / -43.800; 172.933 . Die Entstehung dieses Hafens ist auf aktive Erosionsprozesse an einem erloschenen Schildvulkan zurückzuführen, wobei das Meer die Caldera überflutet hat und eine 16 km lange Bucht mit einer durchschnittlichen Breite von 2 km und einer Tiefe von 13 m relativ zu mittlerer Meeresspiegel am 9-km-Punkt unterhalb des Transekts der Mittelachse. Die vorherrschende Sturmwellenenergie hat aus südlicher Richtung eine unbegrenzte Reichweite für den Außenhafen, mit einer ruhigeren Umgebung im Innenhafen, obwohl lokale Hafenbrisen Oberflächenströmungen erzeugen und die Meeressedimentationsprozesse beeinflussen. Lössablagerungen aus nachfolgenden Eiszeiten haben sich über Jahrtausende in gefüllten vulkanischen Klüften gebildet, was zu vulkanischen Basalt und Löss als den wichtigsten Sedimenttypen führte, die für die Ablagerung im Hafen von Akaroa verfügbar sind

Hartet al. (2009) entdeckten durch bathymetrische Untersuchungen, Sieb- und Pipettenanalysen von subtidalen Sedimenten, dass die Sedimenttexturen mit drei Hauptfaktoren zusammenhingen: Tiefe, Entfernung von der Küste und Entfernung entlang der Mittelachse des Hafens. Dies führte zu einer Verfeinerung der Sedimenttexturen mit zunehmender Tiefe und zur Mittelachse des Hafens hin, oder bei Einteilung in Kornklassengrößen geht der eingezeichnete Transekt für die Mittelachse von schluffigen Sanden in der Gezeitenzone zu sandigen Schluffen in der inneren küstennah, zu Schlick in den äußeren Ausläufern der Buchten bis hin zu Schlamm in Tiefen von 6 m oder mehr. Siehe Abbildung 2 für Details.

Andere Studien haben diesen Prozess des Abtropfens der Sedimentkorngröße durch die Wirkung des hydrodynamischen Antriebs gezeigt; Wang, Collins und Zhu (1988) korrelierten qualitativ eine zunehmende Intensität des Fluidantriebs mit zunehmender Korngröße. "Diese Korrelation wurde an den energiearmen, tonigen Wattflächen der Bohai-Bucht (China), der gemäßigten Umgebung der Jiangsu- Küste (China), wo das Bodenmaterial schluffig ist, und den sandigen Ebenen der energiereichen Küste von The Wash (Großbritannien ) demonstriert )." Diese Forschung zeigt schlüssige Beweise für die Nullpunkttheorie, die auf Wattflächen mit unterschiedlichen hydrodynamischen Energieniveaus und auch auf Erosions- und Akkretionsebenen existiert.

Kirby R. (2002) führt dieses Konzept weiter aus, indem er erklärt, dass die Feinanteile vor der Küste aus der Luft suspendiert und nachbearbeitet werden, wobei Lag-Ablagerungen der wichtigsten Muscheln und Schnecken zurückbleiben, die vom feineren Substrat darunter getrennt sind in der gesamten Gezeitenzone, die tendenziell im Vorlandprofil, aber auch entlang des Vorufers gezwungen werden. Cheniers sind auf allen Ebenen des Vorland zu finden und charakterisieren überwiegend ein von Erosion dominiertes Regime.

Anwendungen für Küstenplanung und -management

Die Nullpunkttheorie war umstritten in ihrer Akzeptanz in der Mainstream-Küstenwissenschaft, da die Theorie im dynamischen Gleichgewicht oder instabilen Gleichgewicht arbeitet und viele Feld- und Laborbeobachtungen den Zustand eines Nullpunkts bei jeder Korngröße im gesamten Profil nicht reproduzieren konnten. Die Interaktion von Variablen und Prozessen im Laufe der Zeit im Umweltkontext verursacht Probleme; "eine große Anzahl von Variablen, die Komplexität der Prozesse und die Schwierigkeit der Beobachtung stellen alle der Systematisierung ernsthafte Hindernisse in den Weg, daher mag die grundlegende physikalische Theorie in bestimmten engen Bereichen solide und zuverlässig sein, aber die Lücken sind groß."

Geomorphologen, Ingenieure, Regierungen und Planer sollten sich der Prozesse und Ergebnisse bewusst sein, die mit der Nullpunkthypothese verbunden sind, wenn sie Aufgaben wie Strandernährung , Baugenehmigungen oder den Bau von Küstenschutzbauten ausführen . Dies liegt daran, dass die Korngrößenanalyse des Sediments über ein Profil hinweg Rückschlüsse auf die möglichen Erosions- oder Akkretionsraten ermöglicht, wenn die Uferdynamik modifiziert wird. Planer und Manager sollten sich auch bewusst sein, dass die Küstenumgebung dynamisch ist und kontextbezogene Wissenschaften evaluiert werden sollten, bevor eine Änderung des Küstenprofils durchgeführt wird. Daher sollen theoretische Studien, Laborexperimente, numerische und hydraulische Modellierungen Fragen zu Küstendrift und Sedimentablagerung beantworten , die Ergebnisse sollten nicht isoliert betrachtet werden und eine umfangreiche Sammlung rein qualitativer Beobachtungsdaten sollte jede Planungs- oder Managemententscheidung ergänzen.

Siehe auch

Verweise

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