Dystrybucja rozmiarów granulozy i skala Wentwortha

Skala Wentwortha: Nazewnictwo rozmiarów

W 1922 roku geolog Chester K. Wentworth zaproponował klasyfikację rozmiarów cząsteczek sztukowodnych, która nadal stanowi fundament sedimentologii. Buduje się ona na proste obserwacje: rozmiary cząsteczek w naturze zaspaniają wiele rzędów, od bouldrów o średnicy ponad 256 milimetrów po glinowe cząsteczki finierniejsze niż 0,0039 milimetra, więc skala musi być logarytmiczna zamiast liniowa. Pracując od największych w dół, główne klasy to boulder, cobble, pebble, granule, piasek, glina i glina, z samym piaskiem często dzielonym na podklasy bardzo kośćmi, kośćmi, średnimi, finiemi i bardzo finiemi. Każda granica w skali ustawiona jest na podwójne (lub połowe) średnicy, więc cobble obejmuje około 64 do 256 milimetrów, a pebble ok. 4 do 64 milimetry. Relacja podwójna ta jest formalnie zaszyta w skali phi (φ), gdzie phi równa się ujemnemu logarytmowi o podstawie dwa średnicy cząsteczki w milimetrach. Cząsteczki kośćmi mają ujemne wartości phi, piasek kumuluje się wokół zera do cztery phi, a glina rozszerza się poza osiem phi. Sedimentolodzy preferują jednostki phi, ponieważ zamieniają one nieporęczny zakres eksponencjalny na proste i równomiernie przestrzegane arytmetyczne, co znacząco ułatwia opis statystyczny rozkładu rozmiarów cząsteczek próby. To również oznacza, że pionowe klatki w histogramach o jednakowej szerokości w przestrzeni phi odpowiadają rzeczywistym i równoznacznym przedziałom rozmiarów, co jest nieporęczne dla pionowych klatek o jednakowej szerokości w milimetrach, które byłyby absurdalnie kośćmi na końcu bouldrów i absurdalnie finiemi na końcu gliny. Skala Wentwortha-Uddena (Udden zaproponował logarytmiczną podstawę w 1898 roku, a Wentworth rozszerzył i popularyzował nazwy klas) pozostaje standardowym odniesieniem w sedimentologicznej petrologii, naukach o glebach i geotechnice inżynieryjnej, dokładnie dlatego, że pasuje do tego, jak rzeczywisty świat zmienia rozmiary cząsteczek: przez stosunki, a nie stałe zwiększenia.

Sieving: Konwersja granulozy na liczby

Klasyczny sposób pomiaru dystrybucji rozmiarów graniastosłupów próby zasadowo do piasku i kamieni jest mechaniczne sieganie. Zestaw siłek tworzy się w taki sposób, że otwory siłeczek są coraz mniej przepuszczalne od góry do dołu, a każda siłka zwykle odpowiada granicy Wentwortha lub połowy phi. Na dole znajduje się solidny półki, który służy do zbiórki materiału mniej przepuszczalnego niż najmniejsze otwory siłek. Waga i wyswordowana próba jest wypuszczone na górne siłecze, a cała sztuczka jest przykręcona do mechanicznego drukarza, który vibruje przez kilka minut, często dodając bokowe tapotowanie, aby utrzymać cząsteczki w rozproszeniu i uniknąć zbudowy na otwór. Podczas drukowania każda cząsteczka spada do dolniejszego siłka, aż natrafia na otwór mniej przepuszczalny, gdzie osiąga stan odpoczynku. Coarse pebbles pozostają na górnej siłce, srednio piaskowe graniaste zatrzymują się kilka siłek dalej, a tylko najmniejsze szpury i glina docierają do półki, przy założeniu, że te klasy są nawet obecne. Przeciętna glina i wiele szpur są zbyt mniej przepuszczalne i zbyt ciepłe, aby siegać efektywnie; te materiały są zwykle pomiarowane za pomocą innych technik, takich jak metoda pipetka lub hydrometryczna, lub przez difrację laserową. Po drukowaniu każda siłka jest waga odrobiną osobno, odjąć wagę pustych siłek i wyrazić masę zatrzymaną na każdej siłce jako procent całkowitej masy próby. Narysowanie akumulowanego procenta zatrzymania (lub procentu przepuszczalnego) w odniesieniu do rozmiaru granulozy, zwykle na osi phi lub logarytmicznej, tworzy krzywą dystrybucji rozmiarów graniastosłupów. Prosta histograma procentowa według klas rozmiarów przekazuje tę samą informację w formie bardziej intuicyjnego wykresu słupkowego, a obie reprezentacje pozwalają geolodze natychmiast porównać teksturę jednej próby z drugą lub z krzywymi referencyjnymi dla znanych środowisk.

Czytanie sortowania: sztywny w stosunku do szerokiego

Najważniejszym celem diagnostycznym krzywej rozmiarów granulozy jest jej sztywność lub szerokość, właściwość, o której mówią sedimentolodzy jako sortowanie. Dobre sortowanie oznacza, że większość masy sedimentu koncentruje się w małym zakresie rozmiarów, co powoduje wykres histogramu wysoki i sztywny oraz stromą krzywą akumulacyjną. Złe sortowanie polega na rozłożeniu masy sedimentu po wielu klasach rozmiarowych jednocześnie, co prowadzi do wykresu histogramu niskiego i szerokiego oraz łagodnie nachmurzoną krzywą akumulacyjną. Sortowanie jest oceniane statystycznie, często używając formuły opartej na phi wartości w 16%, 50% i 84% kwantyfikacji rozkładu akumulacyjnego, co daje indeks sortowania o zakresie od bardzo dobrej sortowania do bardzo zła. Sortowanie odzwierciedla wybieralność medium transportującego. Wiatr jest słabej i niskodensyfikowanej cieczy w porównaniu z wodą, więc przy dowolnej prędkości wiatru może utrzymywać tylko mały zakres rozmiarów granulozy w powietrzu lub pędząc (proces nazywany saltyacją); wszystko większe prosto nie może być podniesione, a wszystko znacznie finałniejsze jest przenoszone całkowicie jako zawieszona pył i usunięte z depozytu. Wynik ten, widoczny w piasku dunów pustynnych i loessie, jest sławnym sortowaniem o doskonałej jakości, często najlepszym, jakiego można znaleźć w naturze. Piasek plażowe i rzeczniczy również jest dość dobrze sortowany, ponieważ płyn ciekły oraz energia fal przemawiają za ograniczonym zakresem rozmiarów, choć zwykle nie tak skompreksowanym jak wiatr. W przeciwieństwie do tego znajduje się sediment, który doświadczył prawie pełnego braku wybieralności transportu. Glaciał till, materiał, który jest zderzany, przetrzymywany i następnie po prostu opuszczony, gdy lód glacjarny roli, zawiera wszystko, co ice pickiło w swoim trasie, od mikroskopowych pyłów granitowego do kamieni o rozmiarze domu, wszystkie mieszane razem bez procesu winnowania, który by je oddzieliło. Krzywa rozmiarów tego sedimentu jest prawie płaska na całym zakresie, a to jest definicją w podręczniku bardzo zła sortowania, i ta jedna właściwość często wystarcza geolodowi, aby wykryć depozit tillu w polu przed sprawdzeniem czegokolwiek innego.

Wzór krzywej: symetria, przesunięcie i wskazówki dotyczące procesów depozycyjnych

Poza tym, jak szeroka lub szeroka jest dystrybucja rozmiarów granulozy, jej ogólna forma zawiera dodatkowe informacje. Krzywa symetryczna, gdzie dystrybucja zanika równomiernie w stronę obu końców – mokrej i twardej – wokół maksymalnego punktu centralnego, sugeruje jednolite działanie procesu transportowego stabilnego na źródle sztukowisk, które nie uległy znacznym zmianom w czasie. Wiele dojrzałych piaszczystych rzek i stabilnych plaż brzegowych zbliża się do tego rodzaju symetrii. Krzywa przesunięta natomiast opowiada o bardziej warstwowym wydarzeniu. Przesunięcie dodatnie (twarda) oznacza, że dystrybucja ma długi ogon w stronę końca twardego, z większością masy skupioną w większych rozmiarach; ten wzór często występuje tam, gdzie silne przepływy depozytują swoją dużą ilość materiału twardego, ale mniejsza ilość mokrego materiału również opada z zawiesiny niedaleko, lub gdzie mokry materiał jest wiatrowo uszczuplany dalejSTREAMLINE, pozostawiając za sobą tylko pozostały ogon mokrego. Przesunięcie ujemne (mokre), oznaczone przez długi ogon w stronę końca twardego, może wskazywać na środowisko, gdzie inaczej mokre i spokojne miejsce czasami przerywa się wysokoenergii popyt, takie jak warstwy burz depozytujące materiały twardsze w normalnie cichej glinie lub piaszu. Niektóre środowiska produkcji również generują wyraźnie bimodalne dystrybucje, dwie osobne wierzchołki zamiast jednego, co jest silnym wskazówką na to, że dwa różne procesy transportowe lub dwa różne źródła materiałów przyczyniły się do tego samego depozytu. Na przykład piaszczyste deszczówki osadzające się na powierzchni glinianej warstwy granulatów, czy mieszanka glinianych popiołów wulkanicznych z ponowionym sztukowiskiem strumienia. Poprzez połączenie sortowania, przesunięcia i modalności sedimentolog może często ograniczyć nie tylko jak wysokie było energii transportującego procesu, ale także ile różnych procesów lub epoce przyczyniły się do jednego próbek, konwertując butelkę z piaszem na niewyobrażalnie szczegółową historię transportu.

Z biurka do krajobrazu: interpretacja rzeczywistych środowisk

Analiza rozmiarów granulozy nie jest tylko akademickim zadaniem; to jedna z podstawowych narzędzi geologów, które pozwala im odtworzyć starych środowiska depozycyjnych na podstawie kamieni i szpalerów, co jest kluczowe dla zasady, że obecne procesy są kluczem do interpretacji przeszłości. Pietrowisko z dobrze uporządkowanymi granulatami, wygładzonymi grzywaczkami i małym, symetrycznym rozkładem rozmiarów jest zgodne z dawną poliem piaszczykowatych lub plażą, szczególnie gdy towarzyszą mu inne wskazówki, takie jak przekrzyżowane warstwy czy wygładzanie. Grunt z nieuporządkowanym conglomeratem zawierającym od matrycy gliny do dużych ostrosłowatych kamieni wskazuje na depozycje glaciowe, przepływów śniegu lub fanu alluvialnego, środowiska, gdzie ruch masowy czy lodowisko transportowało materiał z małym lub brakiem uporządkowania. Szpaler sedimentów rzecznych zwykle pokazuje mniej więcej uporządkowane rozłożenie, które ulepsza się w dół strumienia, ponieważ największe kamienie i kamyki są postepowo zostawiane blisko źródła, podczas gdy finałowy materiał podróżuje dalej, co geolodzy nazywają zjawiskiem uporządkowania w dół. Sedimenty morza różnią się znacząco w zależności od głębokości wody i energii: obszary brzegowe o wysokiej energii sortują piaszczysto, podczas gdy głębokie, cisze baseny wybrzeżowe zbierają finałowy, dobrze uporządkowany glinę i glinę, ponieważ tylko najfinalsze cząsteczki dotykają się tak daleko od brzegu przed opadnięciem. Praca nad rozkładem rozmiarów granulozy ma również duże zastosowanie praktyczne poza puresjonalną badaniami. Inżynierowie budowlani i geotechnici wykonują analizy szkieletowe na glebę i agregaty, aby ocenić zachowanie kompresji, przepustowość i odpowiedniość do betonu lub podłoża drogowego. Geologowie hydrogeologiccy używają danych o rozmiarach granulozy do oszacowania permeabilności i porowatości uwarunkowania wodnego, ponieważ dobrze uporządkowane piaszczyste gliny przesyłają wody podziemne znacznie lepiej niż nieuporządkowane sedimentry, gdzie finałowe cząsteczki zablokują przestrzenie między większymi grzywaczkami. W każdym przypadku podstawowa logika powraca do tego samego fizycznego zasady badanej w tym symulatorze: kształt krzywej rozkładu rozmiarów granulozy rejestruje, w kwantyfikowanej i powtarzalnej formie, dokładnie jak selektywny był proces odpowiadający za depozycję sedimentów.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Sediment Grain-Size Distribution and the Wentworth Scale i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.