Depozycja loessu: Wiatrowe plany szpalerowe

Źródło: Glacjalna wybrukowana płyta jako fabryka szkła

Formacja loessa zaczyna się daleko od miejsca, gdzie sam loess osadza się, w rzeczkach zlewniowych przepływających przez kontynentalne lodowce i góry skaliste. Lód lodowcowy grzebie skały na niezwykle cienką puderkę o nazwie glacial flour przy użyciu mechanicznego siły, gdy kawałki kamieni włożone w ruchomym lodzie skrapiają podłogę i ściany doliny. Ta puderka jest transportowana przez strumienie zlewniowe i osadzana na szerokich, przewilgotnionych wybrukowanych plainach, czyli sandarach, gdzie regularne powodzie rozrzucają sięldy wielu rozmiarów na płaskie, głównie niewiertowane powierzchni. Krytycznie, te wybrukowane plainy są czasami odsłonięte i suche, szczególnie podczas zimowych, suchej sezonów lodowcowych, gdy strumienie zlewniowe mają mniejszy przepływ i pokrywa roślinna jest minimalna lub brak. Bez wierzbionych korzeni roślin do skorupiania powierzchni i bez ciągłej warstwy wodnej dodającej kohejność, ułamek szkła pozostaje swobodny i odsłonięty, gotowy do podniesienia przez wiatr. Ilość dostępnej szkła ma niezwykle duży wpływ: większe lodowce z bardziej aktywnymi systemami zlewniowymi, jak te które zlewają się na północną dolinę Mississippi lub skandynawskie lodowce na Europie Północnej, wyprodukowały wybrukowane plainy zdolne do dostarczania osadów loessa przez tysiąclecia. Rozkład rozmiarów kryształów źródłowego materiału również ma znaczenie. Wybrukowane osady zazwyczaj zawierają pełny spektrum od kamieni wielkości do gliny, ale wiatr może efektywnie transportować tylko ułamek szkła; piasek jest za ciężki do podniesienia na duże odległości, a cząsteczki gliny, choć lekkie, są często skowalone w agregaty kohecyjne lub pokrywy, które opierają się erozji, aż nie zostaną fizycznie roztrącone. Ta selektywna dostępność ustanawia podstawowy mechanizm sortowania, na którym opiera się cała inna system loessa.

Zawieszenie i zawieszanie: Dlaczego Szpaler Ciepla Przemieszcza Się tak Daleko

Po tym, jak zostaną odsłonięte, grzywki zasilek są podnoszone do atmosfery głównie poprzez proces zwany bombardowaniem sólami, w którym cięższe ziarenka siodła uderzają na mniejsze grzywki i porzucają je na powietrzu. Grzywki zasilek są wystarczająco małe, aby podczas ich lotu pozostawały zawieszone nawet w wynik niewielkich turbulencji atmosferycznych, ponieważ ich prędkość opadu pod wpływem grawitacji jest niska w porównaniu z górne komponenty turbulenckich obrotów powietrza. To jest jądro sortowania aeolijnego: transportowa zdolność zależy silnie od wielkości kropli, a zależności te sugerują, że prędkość terminalna opadu cząsteczki skali się około kwadratem jej średnicy dla niewielkich kropeczek, takich jak grzywki zasilek. Grzywka o średnicy 0,02 milimetry może mieć prędkość opadu tylko kilka milimetrów na sekundę, co oznacza, że nawet niewielkie turbulencje atmosferyczne mogą jej pozostawiać w powietrzu przez godziny, pozwoliwszy wiatrom przemieszczać ją tysiące kilometrów. Grzywki siodła opadają znacznie szybciej i głównie pozostają w zasięgu kilku kilometrów od źródła, tworząc pola duneiczne często znajdujące się bezpośrednio dolejkę wiatru po źródle wystrzępionym przed rozpoczęciem szpaleru loessowego. Wysokość, do której podniesione są grzywki zasilek, również ma znaczenie: cząsteczki zawieszone w warstwie granicznego perykolatu planety, czyli najwyżej jednego do dwóch kilometrów powietrza, mogą być efektywnie przemieszczone przez silniejsze i bardziej regularne wiatry znajdujące się ponad warstwą opadłej powierzchni. W okresach glaciarniczych silne katabatyczne wiatry spływające ze sztuk glacjarnych, połączone z ostrej gradacji temperatury i ciśnienia związanych z rozszerzonymi polarnymi wysokimi napięciami, generowały ciągłe silne wiatry o prędkościach potrzebnych do podnoszenia i przemieszczania grzywki zasilek na skalę wymagającą budowy szpalerów loessowych do wielkości kilkadziesiąt metrów w ciągu tylko kilku tysięcy lat.

Depozycja i Trend Zmiany Rozmiarów Grzbiętni W Dół Wiatru

Loess depozytuje się, gdy zdolność wiatru do utrzymywania siłetu w suspenzji spada poniżej koncentracji siłetu obecnej w powietrzu, co dzieje się stopniowo z upływem czasu ze wzrostem odległości od źródła i z powstaniem roślinności, topografii lub prostym rozciągnięciem. Ponieważ prędkość opadania jest silnie zależna od średnicy kawałka, największe kawałki siłetu opadają najpierw, najbliżej źródła, podczas gdy coraz finałniejsze kawałki pozostają w suspenzji dłużej i docierają dalej przed opadnięciem. Wynikiem jest jedno z najbardziej charakterystycznych cech płasków loessowych na całym świecie: systematyczny trend zmiany rozmiarów grzbiętni w kierunku dołu wiatru, gdzie średnica średniej grzbiety i cała grubość depozytu spadek sięgają stopniowo z odległości od źródła wydmianego. Blisko-źródłowy loess może mieć wielkość do dziesięciu metrów w skale z grzywną siłetu do piasku, podczas gdy loess znaleziony setki kilometrów w dół wiatru może być tylko metr lub dwa centymetry grubości i dominować finałne siłety i materiały o wielkości gliny. Roślinność odgrywa niezwykle ważną, ale często niedotyczną rolę w zatrzymywaniu opadającego siletu: trawy i niskie krzewy rosnące na powierzchni depozytowej tworzą brudny pokrywowy, który zmniejsza prędkość wiatru na powierzchni i fizycznie zaszywa opadające kawałki siletu, działając jako efektywny filتر, który reguluje stopa depozycji i pomaga loessom budować pionowo, a nie tylko przepływać. Ta reakcja odwrotna z roślinnością wyjaśnia również dlaczego depozyty loessu są często związane z terenami stepowymi i przewodnikami trawy, zarówno w przeszłości, jak i w współczesnych regionach tworzących loess, takich jak brzegi stepej azjatyckiej.

Warstwowanie, paleosoli i zapis klimatyczny

Płyty loessu są rzadko jednorodne; zwykle są one podzielone na ciemniejsze, bardziej węglowite warstwy nazywane paleosolami – foszylnymi glebami, które powstawały podczas cieplejszych i wilgotniejszych okresów interglacjalnych lub interstadialnych, gdy dostawę pyłu ograniczało się, a stabilność powierzchni pozwalała na dominowanie procesów tworzenia gleby, takich jak akumulacja materiału organicznego i przemieszczanie gliny. Ta alternatywa między ciemnymi, niestrukturalnymi warstwami płytek loessu, zdeposycjonowanymi szybko podczas chłodnych, suchej i wiatrowych faz glacjalnych, a ciemniejszymi paleosolami, powstawanymi podczas cichszych okresów ciepłych, tworzy zapis stratigraficzny przypominający pęcherz drzew. Każda para loess-paleosol odpowiada cyklu glacialno-interglacialnemu, a sekwencje w miejscach takich jak Płaskowyż Loessu chińskiego zachowują nieprzerwane zapisy rozciągające się na ponad dwa miliony lat, pokazując wiele tych cykli w kontynuowanych sekcjach pionowych. Geolodzy i paleoklimatologowie wykorzystują modyfikację magnetyczną, wielkość kropli oraz proxy geochemiczne pomiarowe przez te sekwencje do odtworzenia przeszłej siły wiatrów, wilgotności źródła gleby i intensywności monsunów z niezwykle dobrym rozdzielczością czasową. Grubość poszczególnych warstw płytek loessu stanowi bezpośredni proxy dla przepływu pyłu, co pozwala na odtworzenie również prędkości wiatru i wydatku źródła gleby podczas danego okresu, czyniąc stratigrafię loessu jednym z najbardziej wartościowych archiwów klimatycznych terenowych, uzupełniających korepetycje lodowe i zapisy sedimentarno-morskie, szczególnie w północno-wschodnich kontynentach, gdzie te inne archiwa nie są dostępne.

Obecna znaczenie: przystosowanie do życia, erozja i zagrożenia techniczne

Toteż te same cechy, które sprawiają, że loess jest świetnym archiwem klimatycznym, uczyniły go wartościowym w zakresie rolnictwa oraz potencjalnie zagrożeniem geotechnicznym. Loess jest naturalnie bogaty na zasoby, ponieważ jego cienka struktura sztylietowa i dobrze uporządkowana sierpuchwałosina ułatwia efektywną utrzymanie wody i substancji chemicznych, jednocześnie pozostając wystarczająco powszechne do przepuszczenia korzeni. Dlatego loess jest podstawą niektórych z najbardziej produktywnych obszarów rolniczych na świecie, takich jak brzegi Corn Belt w Ameryce Północnej, pola rolnicze półwyspu loessa chińskiego i niektóre części pasa czornozemowego Ukrainy, który jest częściowo pochodzenia loessa. Jednak loess ma niezwykłą i niebezpieczną właściwość strukturalną: jest zdeponowany z otwartym, metastaabilnym ułożeniem granicznym utrzymywanej przez słabe mostki gliny i cementację karbonatu węglanu, co oznacza, że może wytrzymać znaczące obciążenie w stanie suchym, ale straci siłę katastroficznie, gdy się zatopie, co nazywa się hydrokompresją lub upadaniem loessa. Niespodziewane zatokowanie spowodowane przez nawodnienie, silne deszcze czy uszkodzone instalacje przepustnicze może powodować abrupte upadek ułożenia granicznego, co prowadzi do opadania ziemi, szkodząc budynkom, drogom i przewadom, a na stromych połosach loessa może spowodować katastroficzne przepływowe upadki; trzęsienie ziemi w 1920 roku w regionie loessa Chin spowodowało niektóre z najgorszych w historii upadków ziemi właśnie ze względu na to, że granice strukturalne loessa mogły się nagle rozpadnąć. Inżynierowie pracujący w terenie loessem muszą uwzględniać potencjał tego upadku jasno i wykorzystywać przedwietrzenie, dynamiczną kompresję lub stabilizację chemiczną, aby zmniejszyć ryzyko. Zrozumienie procesów wiatrowych przenoszenia się powietrza i sortowania granicznego badanych w tej symulacji ma bezpośrednie i praktyczne konsekwencje dla rolnictwa, oceny zagrożeń i planowania infrastruktury w regionach loessem na całym świecie.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Loess Deposition: Wind-Built Silt Landscapes i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.