Le Loess est un gisement géologique répandu, transporté par le vent et dominé par le limon, qui couvre environ 10% de la surface terrestre. Des Millions de personnes vivent dans des maisons, travaillent dans des entreprises et utilisent des routes, des chemins de fer et des aéroports construits sur le lœss., Le lœss est également le matériau de base des sols agricoles les plus productifs au monde. Parce que le loess est déposé de l’atmosphère, il fournit une archive géologique importante de la circulation atmosphérique passée qui peut être utilisée pour tester des modèles de circulation atmosphérique (Mahowald et al. 2006). La poussière en suspension dans l’air, dont les particules de la taille du limon sont une composante importante, affecte également le climat par son rôle dans les processus de transfert radiatif et par le transport des nutriments minéraux vers les océans, ce qui affecte la productivité primaire et le cycle du carbone (Ridgwell 2002, Jickells et al. 2005)., Les dépôts de Loess se forment là où la poussière s’accumule assez rapidement pour former une couche distinctive riche en limon qui enterre les sols ou d’autres matériaux géologiques. Une variété de facteurs géologiques, climatiques et biotiques interagissent pour former des particules de la taille du limon, mobiliser et transporter le limon d’une source et lui permettre de s’accumuler dans le paysage.
Les particules de Limon sont entre 2–50µm (0.002–0.05 mm) dans la taille, intermédiaire entre les particules microscopiques d’Argile-Taille (sable (0.05–2mm) (Figure 1)., Le broyage glaciaire est très efficace pour produire des particules de la taille du limon, qui sont incorporées dans le till, retravaillées par les eaux de fonte et rejetées dans les cours d’eau alimentés par les glaciers sous forme de « farine glaciaire » et déposées dans les plaines d’écoulement avant d’être entraînées et déposées par le vent. Le dépôt de lœss est en cours dans certaines parties de l’Alaska, De La Nouvelle-Zélande, de l’Islande et d’autres régions où les rivières transportent les eaux de fonte riches en limon des glaciers actuels., La proximité géographique de bon nombre des grands dépôts de lœss du monde avec les marges des anciennes calottes glaciaires continentales et les rivières qui les ont drainées, ainsi que la coïncidence de l’âge des dépôts de lœss avec l’avance et le retrait des calottes glaciaires au cours de la dernière période glaciaire, renforcent le lien entre le broyage glaciaire
un certain nombre d’autres mécanismes de production de limon, tels que l’éclatement du gel, la fragmentation pendant le transport dans les cours d’eau et sur les pentes, l’abrasion éolienne et l’altération du sel, ont été proposés pour tenir compte des dépôts de lœss 1998, Wright et coll. 1998, Wright, 2001, Whalley et coll., 1982). Cependant, des études récentes ont suggéré que la majeure partie du limon constituant les dépôts de lœss associés à ces sources « désertiques » s’est probablement formée dans des environnements glaciaires plus éloignés ou a été érodée à partir du substrat rocheux limoneux affleurant dans les régions arides (Muhs & Bettis 2003).,
mobilisation, Transport et dépôt de limon par le vent
la déflation, le soulèvement et l’élimination des particules d’une surface par le vent, peut se produire si trois conditions sont réunies: 1) une source de sédiments secs est disponible, 2) le vent est assez fort pour mobiliser les particules et 3) la surface du sol n’est pas protégée du vent par la végétation ou d’autres obstacles. Ces conditions sont contrôlées par les interactions entre les matériaux géologiques, les phénomènes atmosphériques et le biote, y compris les actions humaines telles que le défrichement., Les particules de la taille de la vase sont particulièrement sensibles à la déflation du vent-elles n’ont pas la charge électrostatique et l’affinité pour l’eau qui font que les particules de la taille de l’argile collent à la surface, ont moins de masse et sont donc plus faciles à suspendre dans le vent que les particules de sable.
Il existe de nombreuses sources potentielles de limon transporté par le vent, car les particules de la taille du limon sont omniprésentes dans les environnements terrestres., Les particules de limon sont facilement disponibles Le long des cours d’eau qui drainent les glaciers et dans les bassins intermontains secs où le limon formé dans des environnements glaciaires alpins éloignés et transporté par les cours d’eau dans ces bassins est exposé lorsque les lacs et les étangs s’assèchent (Kapp et al. 2011). Les affleurements du substrat rocheux limoneux peuvent également servir de sources pour le limon soufflé par le vent, à condition que les grains de limon constitutifs puissent être mobilisés (Muhs et al. 2008). Avec l’avènement du défrichement à grande échelle et de la culture saisonnière, les paysages agricoles sont également devenus d’importantes sources de limon (Tegan et al. 1996).,
Le vent est la force motrice derrière les processus éoliens (liés au vent). L’entraînement du limon et de l’argile nécessite un vent plus fort que nécessaire pour commencer le mouvement du sable (le seuil de fluide de la Figure 2). En fait, l’énergie provenant de l’impact des grains de sable salants qui se déplacent à des vitesses de vent plus faibles améliore considérablement l’entraînement du limon et de l’argile. Les grains de sable salant ont un impact sur la surface et éjectent des particules de limon et d’argile qui seraient autrement difficiles à entraîner en raison de leur nature cohésive et de leur faible profil face au vent., Une fois éjectées, les particules de limon et d’argile sont transportées dans l’atmosphère par des tourbillons turbulents où elles se déplacent sous le vent en suspension, parfois pendant de longues périodes. Les particules de limon et d’argile restent en suspension dans l’atmosphère jusqu’à ce que 1) la vitesse du vent tombe en dessous de la vitesse de décantation des particules, 2) la liaison électrostatique des particules produit des agrégats ayant une vitesse de décantation suffisante pour tomber, ou 3) des particules de poussière ou des agrégats s’incorporent dans la pluie ou les chutes de neige (Pye, 1995).,
Plusieurs facteurs influencent la façon dont les coups de vent sur la surface de la terre et, partant, combien de limon (le cas échéant) seront mobilisés. Les particules ou débris trop gros pour que le vent se déplace forment une « armure » immobile qui protège les grains sous-jacents du vent et les empêche d’être entraînés. Les plantes, les clôtures et les bâtiments qui s’élèvent au-dessus de la surface du sol, ainsi que les ruptures en forte pente dans le paysage, affectent la vitesse et la turbulence du vent., Ces » éléments de rugosité « contrôlent la hauteur au-dessus de la surface du sol à laquelle la vitesse horizontale du vent est trop faible pour mobiliser les particules (la »hauteur de rugosité »). La couverture végétale supprime ainsi le mouvement du sable et l’entraînement du limon en maintenant la hauteur de rugosité au-dessus de la surface du sol et en armant la surface avec de la litière végétale (Figure 3). À mesure que la couverture végétale augmente, moins de surface nue est disponible pour l’entraînement du limon., La végétation et d’autres éléments de rugosité favorisent également le dépôt de particules transportées par le vent lorsque la partie du profil vertical du vent affectée tombe en dessous du seuil d’impact. Le degré auquel la végétation ou d’autres éléments de rugosité favorisent le dépôt est appelé « efficacité de piégeage ». Généralement, la végétation haute et/ou dense a une plus grande efficacité de piégeage que la végétation courte ou dispersée., Les caractéristiques topographiques, telles que les vallées de cours d’eau incisées, les escarpements rocheux ou d’autres obstacles, peuvent également piéger les particules de sable salant et favoriser ainsi l’accumulation de lœss sur leur côté sous le vent (Mason et al. 1999).
Les Dépôts de Loess Système
La production, de l’entraînement et des dépôts de loess impliquent des interactions entre la lithosphère, l’atmosphère et la biosphère qui sont ultimement contrôlée par les changements climatiques. Des conditions froides avec suffisamment d’humidité pour soutenir les glaciers à base humide fournissent les « usines » pour la production de Limon ainsi que les cours d’eau d’évacuation pour transporter le sable, le limon et l’argile vers des endroits où l’entraînement par le vent peut se produire., Des conditions suffisamment sèches doivent exister dans la zone de déflation pour que le sable puisse saler et avoir un impact sur la surface afin que les particules de limon et d’argile puissent être éjectées dans le vent. Le vent ne peut pas entraîner les particules minérales d’une surface humide parce que la force du vent ne peut pas dépasser la tension superficielle de l’eau entre les particules. Une surface nue avec une teneur en humidité de seulement quelques pour cent est très difficile à éroder pour le vent., Des conditions sèches prolongées entraîneront une végétation moins dense, plus de mouvement du sable et une augmentation de la quantité de limon et d’argile libérée dans l’atmosphère tant que suffisamment de sable, de limon et d’argile sont disponibles à la surface. D’autre part, les barrières topographiques ou les facteurs bioclimatiques qui réduisent le mouvement du sable diminueront la quantité de limon et d’argile entrant dans l’atmosphère à cet endroit, mais augmenteront l’accumulation de limon et d’argile provenant de sources remontées au vent. Au fur et à mesure que la zone de dépôt de lœss s’étend, les endroits où l’activité salante se déplace vers le vent., Si les conditions bioclimatiques changent au point où la saltation n’est plus un processus actif majeur dans la zone source, la production importante de poussières et les dépôts de lœss cessent.
comme les particules de limon et d’argile sont en suspension dans l’atmosphère par des tourbillons turbulents, elles peuvent être transportées loin de leur zone d’origine avant de s’accumuler sous forme de lœss. Le taux de dépôt de poussière et l’épaisseur du dépôt de lœss résultant sont les plus élevés près de la source et diminuent avec la distance (Figure 4)., D’autres propriétés du loess, telles que la taille moyenne des grains, la teneur en argile et la composition minéralogique peuvent également varier systématiquement avec la distance de la source (Figure 5, Muhs et al. 2008). Ces variations confèrent des caractéristiques physiques et chimiques aux paysages de lœss qui affectent l’érosion des sols, la stabilité des pentes, la capacité de rétention d’eau et d’autres propriétés importantes.,
exemples
des exemples de L’Alaska moderne et de la dernière période glaciaire dans le Midwest américain illustrent le fonctionnement de deux systèmes de dépôt de lœss-l’un directement lié aux glaciers et l’autre lié aux conditions sèches dans une zone source. Les vents violents fréquents dans la partie inférieure de la vallée de la rivière Delta, au centre de l’Alaska, entraînent des tempêtes de poussière et des dépôts de lœss moderne. Plusieurs glaciers de vallée qui fournissent des écoulements limoneux exposés à des vents forts qui assèchent la plaine de braid pendant les périodes de faible débit alimentent la rivière., La salinité du sable à travers la plaine de tresse exposée et sans végétation éjecte des particules de limon et d’argile, qui sont balayées dans l’air par des tourbillons turbulents (Figure 6). La végétation sous le vent emprisonne une partie du limon et de l’argile entraînés comme revêtement de poussière sur les feuilles, les tiges, les troncs et la surface du sol. Le piégeage est particulièrement efficace lorsque la végétation est humide avec de la rosée ou du gel. Le Loess qui s’accumule depuis plusieurs milliers d’années des deux côtés de la vallée offre une perspective à plus long terme sur le processus d’accumulation du loess., Le lœss s’amincit de plusieurs mètres d’épaisseur sur les falaises de la forêt de conifères à côté de la rivière à moins d’un mètre dans une forêt similaire à plusieurs kilomètres sous le vent. Dans les localités proches de la limite des arbres, le loess est beaucoup plus mince parce que la végétation est plus basse et plus ouverte avec une efficacité de piégeage beaucoup plus faible que dans la forêt de conifères.
Une vaste zone de lœss glaciaire épais borde brusquement la marge Sud-Est des collines de sable du Nebraska, qui était le plus grand champ dunaire actif en Amérique du Nord au cours de la dernière période glaciaire, et aussi récemment que 1500 ans (Figure 4)., Les études de composition du loess indiquent que les affleurements de siltstone au nord-ouest des collines de Sand ont été la source du loess (Muhs et al. 2008). Un modèle proposé pour expliquer ces relations d’épaisseur et de composition du loess est que les conditions climatiques froides et sèches de la dernière glaciation dans le Midwest supérieur ont favorisé la couverture végétale clairsemée et les cycles de gel-dégel qui ont donné lieu à des conditions idéales pour le mouvement du sable et l’érosion éolienne de la siltstone exposée., Les particules de limon et d’argile entraînées dans la région de la source ont été soufflées vers le sud-est dans le champ dunaire actif de Sand Hills où le sable salant a réentraîné tout limon et argile de décantation. Le limon et l’argile ont continué à se déplacer sur et à travers les collines de sable jusqu’à ce que le sable salant se détache du système dans les vallées fluviales et d’autres barrières topographiques le long de la marge Sud-Est du champ de dunes (Mason, 2001)., Avec l’impact du sable salant n’agissant plus pour remettre en suspension le limon et l’argile et avec l’entraînement et le transport continus du limon par le vent, du lœss épais s’est accumulé dans le paysage au sud-est des collines de sable (Figure 7).
résumé
les systèmes sédimentaires de Lœss sont entraînés par des processus et des conditions climatiques et paysagers qui produisent des particules de limon, entraînent et transportent les particules des zones sources et favorisent une accumulation suffisante de limon sous le vent de la zone d’entraînement pour former un dépôt de lœss. Les zones de source sèche avec une couverture végétale clairsemée permettent la saltation du sable et l’entraînement balistique des particules de limon, processus qui améliorent la déflation et le transport du limon., Inversement, les surfaces où le loess s’accumule manquent généralement de sable salant et doivent être protégées du vent, ce qui peut être fourni par la végétation, des barrières topographiques ou d’autres conditions qui réduisent la vitesse du vent.