Löss ist ein weit verbreitetes, Windtransport, Schlick-eine geologische Lagerstätte, die etwa 10 Prozent der Erdoberfläche bedeckt. Millionen von Menschen leben in Häusern, arbeiten in Unternehmen und nutzen auf Löss gebaute Straßen, Eisenbahnen und Flughäfen., Löss ist auch das Muttermaterial der produktivsten landwirtschaftlichen Böden der Welt. Da Löss aus der Atmosphäre abgelagert wird, bietet es ein wichtiges geologisches Archiv vergangener atmosphärischer Zirkulation, mit dem atmosphärische Zirkulationsmodelle getestet werden können (Mahowald et al. 2006). Luftstaub, von dem schlammgroße Partikel ein wichtiger Bestandteil sind, beeinflusst auch das Klima durch seine Rolle bei Strahlungstransferprozessen und durch den Transport mineralischer Nährstoffe in die Ozeane, was sich auf die Primärproduktivität und den Kohlenstoffkreislauf auswirkt (Ridgwell 2002, Jickells et al. 2005)., Lössablagerungen bilden sich dort, wo sich Staub schnell genug ansammelt, um eine unverwechselbare schlickreiche Schicht zu bilden, die Böden oder andere geologische Materialien begräbt. Eine Vielzahl von geologischen, klimatischen und biotischen Faktoren interagieren, um schlammgroße Partikel zu bilden, den Schlick aus einer Quelle zu mobilisieren und zu transportieren und ihn in der Landschaft ansammeln zu lassen.
Schlickpartikel sind zwischen 2–50µm (0.002–0.05 mm) groß, zwischen mikroskopisch kleinen Tonpartikeln (Sand (0.05-2mm) (Abbildung 1)., Gletschermahlen ist sehr effektiv bei der Herstellung von schlammgroßen Partikeln, die in Wasser eingearbeitet, durch Schmelzwasser überarbeitet und als „Gletschermehl“ in gletschergeführte Ströme abgegeben und auf Auswaschebenen abgelagert werden, bevor sie vom Wind mitgerissen und abgelagert werden. Löss-Ablagerung ist in Teilen von Alaska, Neuseeland, Island und anderen Gebieten, in denen Flüsse schlammreiches Schmelzwasser aus den heutigen Gletschern transportieren, im Gange., Die geografische Nähe vieler großer Lössvorkommen der Welt zu den Rändern ehemaliger kontinentaler Eisschilde und den Flüssen, die sie entwässerten, sowie das Zusammentreffen des Zeitalters der Lössvorkommen mit dem Vor-und Rückzug der Eisschilde während der letzten Eiszeit verstärken die Verbindung von Gletscherschleifen mit Schlammproduktion und Lössbildung.
Es wurde vorgeschlagen, eine Reihe anderer schlammproduzierender Mechanismen wie Frostzerstörung, Zerkleinerung während des Transports in Bächen und an Hängen, Äolianabrieb und Salzbewitterung zu berücksichtigen Lössvorkommen, die in der Nähe von trockenen oder halbtrockenen Regionen auftreten, in denen keine Gletscher vorhanden sind (Derbyshire et al. 1998, Wright et al. 1998, Wright, 2001, Whalley et al., 1982). Jüngste Studien deuten jedoch darauf hin, dass der größte Teil des Schlickes, aus dem die Löss-Ablagerungen bestehen, die mit diesen „Wüsten“ – Quellen verbunden sind, wahrscheinlich in weiter entfernten Gletscherumgebungen gebildet wurde oder aus schlammigen Felsvorsprüngen in den trockenen Regionen erodiert wurde (Muhs & Bettis 2003).,
Mobilisierung, Transport und Ablagerung von Schlick durch Wind
Deflation, das Anheben und Entfernen von Partikeln von einer Oberfläche durch den Wind, kann auftreten, wenn drei Bedingungen erfüllt sind: 1) eine Quelle für trockenes Sediment ist verfügbar, 2) der Wind ist stark genug, um die Partikel zu mobilisieren, und 3) die Bodenoberfläche ist nicht durch Vegetation oder andere Hindernisse vor dem Wind geschützt. Diese Bedingungen werden durch Wechselwirkungen zwischen geologischen Materialien, atmosphärischen Phänomenen und Biota gesteuert, einschließlich menschlicher Handlungen wie Landreinigung., Schlammgroße Partikel sind besonders anfällig für Winddeflation-ihnen fehlt die elektrostatische Ladung und Affinität für Wasser, die Partikel in Tongröße an der Oberfläche haften lassen, weniger Masse haben und daher leichter im Wind zu suspendieren sind als Sandpartikel.
Es gibt viele potenzielle Quellen für windtransportierten Schlick, da schlammgroße Partikel in terrestrischen Umgebungen allgegenwärtig sind., Schlammpartikel sind entlang von Bächen, die Gletscher ablassen, und in trockenen Intermountain-Becken leicht verfügbar, wo Schlick, der sich in fernen alpinen Gletscherumgebungen bildet und durch Bäche in diese Becken transportiert wird, freigelegt wird, wenn Seen und Teiche austrocknen (Kapp et al. 2011). Aufschlüsse von schlammigem Gestein können auch als Quellen für windgeblasenen Schlick dienen, vorausgesetzt, die konstituierenden Schlickkörner können mobilisiert werden (Muhs et al. 2008). Mit dem Aufkommen der großflächigen Bodenreinigung und des saisonalen Anbaus sind landwirtschaftliche Landschaften auch zu wichtigen Schlammquellen geworden (Tegan et al. 1996).,
Wind ist die treibende Kraft hinter eolischen (windbezogenen) Prozessen. Das Mitreißen von Schlick und Ton erfordert einen stärkeren Wind als erforderlich, um die Bewegung von Sand zu beginnen (die Flüssigkeitsschwelle in Abbildung 2). In der Tat verbessert Energie aus dem Einfluss von Salz und Sandkörnern, die sich bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten bewegen, das Mitreißen von Schlick und Ton erheblich. Salzhaltige Sandkörner treffen auf die Oberfläche und werfen Schlick-und Tonpartikel aus, die sonst aufgrund ihrer kohäsiven Natur und ihres geringen Profils für den Wind schwer zu binden wären., Einmal ausgestoßen, werden Schlick – und Tonpartikel durch turbulente Wirbel in die Atmosphäre befördert, wo sie sich in Suspension, manchmal für längere Zeit, in den Wind bewegen. Schlick – und Tonpartikel bleiben in der Atmosphäre suspendiert, bis 1) die Windgeschwindigkeit unter die Absetzgeschwindigkeit der Partikel fällt, 2) elektrostatische Bindung der Partikel Aggregate mit ausreichender Absetzgeschwindigkeit erzeugt, um zu fallen, oder 3) Staubpartikel oder Aggregate in Regen oder Schneefall eingebaut werden (Pye 1995).,
Mehrere Faktoren beeinflussen, wie stark der Wind über die Landoberfläche weht und dadurch wie viel Schlick (falls vorhanden) mobilisiert wird. Partikel oder Trümmer, die zu groß sind, damit sich der Wind bewegen kann, bilden eine unbewegliche „Rüstung“, die die darunter liegenden Körner vor dem Wind schützt und verhindert, dass sie mitgerissen werden. Pflanzen, Zäune und Gebäude, die sich über die Bodenoberfläche erheben, sowie steil abfallende Brüche in der Landschaft beeinflussen die Geschwindigkeit und Turbulenz des Windes., Diese sogenannten „Rauheitselemente“ steuern die Höhe über der Bodenoberfläche, bei der die Horizontalgeschwindigkeit des Windes zu niedrig ist, um Partikel zu mobilisieren (die“Rauheitshöhe“). Die Vegetationsdecke unterdrückt somit Sandbewegungen und Schlammverschleiß, indem sie die Rauheitshöhe über der Bodenoberfläche hält und die Oberfläche mit Pflanzenstreu bewaffnet (Abbildung 3). Wenn die Vegetationsbedeckung zunimmt, steht weniger kahle Oberfläche für die Mitnahme von Schlick zur Verfügung., Vegetation und andere Rauheitselemente fördern auch die Ablagerung von windtransportierten Partikeln, wenn der von ihnen betroffene Teil des vertikalen Windprofils unter die Aufprallschwelle fällt. Der Grad, in dem Vegetation oder andere Rauheitselemente die Ablagerung fördern, wird als „Fangeffizienz“bezeichnet. Im Allgemeinen hat eine hohe und / oder dichte Vegetation eine größere Fangeffizienz als eine kurze oder verstreute Vegetation., Topografische Merkmale, wie eingeschnittene Bachtäler, Gesteinsböschungen oder andere Hindernisse, können auch salzierende Sandpartikel einfangen und dadurch die Ansammlung von Löss auf ihrer Leeseite fördern (Mason et al. 1999).
Das Löss-Ablagerungssystem
Die Produktion, das Mitführen und die Ablagerung von Löss beinhalten Wechselwirkungen zwischen Lithosphäre, Atmosphäre und Biosphäre, die letztendlich vom Klima gesteuert werden. Kalte Bedingungen mit ausreichender Feuchtigkeit zur Unterstützung von Gletschern auf nasser Basis bieten die „Fabriken“ für die Schlammproduktion sowie die Auswaschströme, um Sand, Schlick und Lehm an Orte zu transportieren, an denen durch den Wind mitgerissen werden kann., Im Deflationsbereich müssen ausreichend trockene Bedingungen vorhanden sein, damit Sand die Oberfläche salzen und aufprallen kann, damit Schlick-und Tonpartikel in den Wind ausgestoßen werden können. Wind kann Mineralpartikel nicht von einer feuchten Oberfläche mitreißen, da die Kraft des Windes die Oberflächenspannung des Wassers zwischen den Partikeln nicht überschreiten kann. Eine kahle Oberfläche mit einem Feuchtigkeitsgehalt von nur wenigen Prozent ist für den Wind sehr schwer zu erodieren., Längere trockene Bedingungen führen zu weniger dichter Vegetation, mehr Sandbewegung und einer Erhöhung der Menge an Schlick und Ton, die in die Atmosphäre freigesetzt werden, solange ausreichend Sand, Schlick und Ton auf der Oberfläche verfügbar sind. Auf der anderen Seite verringern topografische Barrieren oder bioklimatische Faktoren, die die Sandbewegung verringern, die Menge an Schlick und Ton, die an diesem Ort in die Atmosphäre gelangen, erhöhen jedoch die Ansammlung von Schlick und Ton aus Aufwindquellen. Mit der Ausdehnung des Löss-Ablagerungsgebiets verschieben sich Orte, an denen Salzaktivität auftritt, in den Gegenwind., Wenn sich die bioklimatischen Bedingungen bis zu dem Punkt ändern, an dem die Salzung im Quellbereich kein wichtiger aktiver Prozess mehr ist, hören die signifikante Stauberzeugung und Lössablagerung auf.
Da Schlick – und Tonpartikel durch turbulente Wirbel in der Atmosphäre suspendiert sind, können sie weit von ihrem Quellbereich entfernt transportiert werden, bevor sie sich als Löss ansammeln. Die Staubablagerungsrate und die Dicke der resultierenden Lössablagerung ist in der Nähe der Quelle am größten und nimmt mit der Entfernung ab (Abbildung 4)., Andere Eigenschaften von Löss, wie durchschnittliche Korngröße, Tongehalt und mineralogische Zusammensetzung, können ebenfalls systematisch mit der Entfernung von der Quelle variieren (Abbildung 5, Muhs et al. 2008). Diese Variationen verleihen Lösslandschaften physikalische und chemische Muster, die Bodenerosion, Hangstabilität, Wasseraufnahmekapazität und andere wichtige Eigenschaften beeinflussen.,
Beispiele
Beispiele aus dem modernen Alaska und aus der letzten Eiszeit im amerikanischen Mittleren Westen veranschaulichen die Funktionsweise von zwei Löss-Ablagerungssystemen-eines direkt mit Gletschern verbunden und ein zweites mit trockenen Bedingungen in einem Quellgebiet verbunden. Häufige starke Winde im unteren Teil des Delta River Valley in Zentralalaska führen zu Staubstürmen und Ablagerungen des modernen Löss. Mehrere Talgletscher, die mit Schlick beladene Auswässer liefern, die starken Winden ausgesetzt sind, die die gesamte Ebene während geringer Fließzeiten trocknen, versorgen den Fluss., Sand, der über die exponierte und vegetationsfreie Braidebene eindringt, wirft Schlick und Tonpartikel aus, die von turbulenten Wirbeln in die Luft gefegt werden (Abbildung 6). Die Vegetation im Gegenwind fängt einen Teil des mitgerissenen Schlamms und Lehm als Staubbeschichtungen auf Blättern, Stängeln, Stämmen und der Bodenoberfläche ein. Trapping ist besonders effektiv, wenn die Vegetation mit Tau oder Frost feucht ist. Löss, der sich in den letzten mehreren tausend Jahren auf beiden Seiten des Tals angesammelt hat, bietet eine längerfristige Perspektive auf den Löss-Akkumulationsprozess., Der Löss verdünnt von mehreren Metern Dicke auf Bluffs im Nadelwald neben dem Fluss bis zu weniger als einem Meter in einem ähnlichen Wald mehrere Kilometer in den Wind. An nahegelegenen Baumreihenstellen ist der Löss deutlich dünner, da die Vegetation niedriger und offener mit einer viel geringeren Fangeffizienz ist als im Nadelwald.
Ein großes Gebiet mit dickem Löss des letzten Gletschers grenzt abrupt an den südöstlichen Rand der Nebraska Sand Hills, dem größten aktiven Dünenfeld Nordamerikas während der letzten Eiszeit und erst vor 1500 Jahren (Abbildung 4)., Kompositorische Untersuchungen des Löss deuten darauf hin, dass Schlicksteinaufschlüsse nordwestlich der Sandhügel die Quelle für den Löss waren (Muhs et al. 2008). Ein Modell vorgeschlagen, diese löss Dicke und Zusammensetzung Beziehungen zu erklären, ist, dass kalt, trocken last-Gletscher klimatische Bedingungen im oberen Mittleren Westen gefördert spärliche Vegetation Abdeckung und Einfrieren-Auftauen Zyklen, die in idealen Bedingungen für Sand Bewegung und Winderosion der exponierten Schlickstein geführt., Schlick und Tonpartikel, die im Quellgebiet mitgerissen wurden, wurden nach Südosten in das Dünenfeld Active Sand Hills geblasen, wo salzhaltiger Sand absetzenden Schlick und Lehm wieder mitgerissen hat. Schlick und Lehm bewegten sich weiter über und durch die Sandhügel, bis salzhaltiger Sand an Flusstälern und anderen topografischen Barrieren entlang des südöstlichen Randes des Dünenfeldes aus dem System fiel (Mason 2001)., Mit dem Aufprall von salzendem Sand, der nicht mehr zur erneuten Aussetzung von Schlick und Lehm beiträgt, und mit fortgesetztem Mitreißen und Transport von Schlick aus dem Aufwind sammelte sich dicker Löss auf der Landschaft südöstlich der Sandhügel an (Abbildung 7).
Zusammenfassung
Löss sedimentäre Systeme werden von klimatischen und landschaftlichen Prozessen und Bedingungen angetrieben, die Schlammpartikel produzieren, die Partikel aus Quellgebieten einschließen und transportieren und eine ausreichende Schlickansammlung im Gegenwind des Entrainmentbereichs fördern, um eine Lössablagerung zu bilden. Trockene Quellgebiete mit einer spärlichen Vegetationsbedeckung ermöglichen Sandversalzung und ballistisches Mitführen von Schlickpartikeln, Prozesse, die die Schlickdeflation und den Transport verbessern., Umgekehrt fehlt es Oberflächen, auf denen sich Löss ansammelt, im Allgemeinen an salzhaltigem Sand und muss vor dem Wind geschützt sein, was durch Vegetation, topografische Barrieren oder andere Bedingungen, die die Windgeschwindigkeit verringern, bereitgestellt werden kann.