löss is een wijdverspreide, door de wind getransporteerde, door slib gedomineerde geologische afzetting die ongeveer 10% van het aardoppervlak beslaat. Miljoenen mensen wonen in huizen, werken in bedrijven en gebruiken wegen, spoorwegen en luchthavens gebouwd op löss., Löss is ook het moedermateriaal van ‘ s werelds meest productieve landbouwgronden. Omdat löss uit de atmosfeer wordt afgezet levert het een belangrijk geologisch archief van de atmosferische circulatie uit het verleden dat kan worden gebruikt om atmosferische circulatiemodellen te testen (Mahowald et al. 2006). Zwevend stof, waarvan slibdeeltjes een belangrijke component zijn, beïnvloedt ook het klimaat door zijn rol in stralingstransferprocessen en door minerale nutriënten naar de oceanen te transporteren, wat de primaire productiviteit en de koolstofcyclus beïnvloedt (Ridgwell 2002, Jickells et al. 2005)., Löss-afzettingen vormen zich waar stof zich snel genoeg ophoopt om een kenmerkende slibrijke laag te vormen die bodems of andere geologische materialen begraaft. Een verscheidenheid van geologische, klimatologische en biotische factoren interageren om slib-grootte deeltjes te vormen, mobiliseren en transporteren het slib van een bron, en laat het zich ophopen op het landschap.
slibdeeltjes liggen tussen 2-50µm (0,002–0,05 mm) in grootte, tussen microscopische kleideeltjes (zand (0,05-2 mm) (figuur 1)., Glaciaal malen is zeer effectief in het produceren van slib grootte deeltjes, die worden opgenomen in de till, herwerkt door smeltwater en geloosd in gletsjergestookte stromen als “glaciaal meel” en afgezet op outwash vlaktes voordat ze worden ingesloten en afgezet door de wind. Löss-afzetting is aan de gang in delen van Alaska, Nieuw-Zeeland, IJsland en andere gebieden waar rivieren slibrijk smeltwater van de huidige gletsjers vervoeren., De geografische nabijheid van veel van ‘ s werelds grote löss-afzettingen tot de randen van voormalige continentale ijskappen en de rivieren die ze droogden, evenals het samenvallen van de leeftijd van de löss-afzettingen met de opmars en terugtocht van de ijskappen tijdens de laatste ijstijd, versterken de koppeling van het slijpen van gletsjers met de productie van slib en de löss-vorming.
een aantal andere slibproducerende mechanismen, zoals vorstversnippering, verbrijzeling tijdens transport in beken en hellingen, Eolische slijtage en zout verwering, zijn voorgesteld om löss-afzettingen op te vangen die voorkomen in de buurt van droge of semi-aride gebieden waar geen gletsjers hebben bestaan (Derbyshire et al. 1998, Wright et al. 1998, Wright, 2001, Whalley et al., 1982). Recente studies hebben echter aangetoond dat het grootste deel van het slib dat deel uitmaakt van de löss-afzettingen die geassocieerd zijn met deze “woestijn” – bronnen waarschijnlijk gevormd is in verder afgelegen glaciale omgevingen of geërodeerd is door slibachtige gesteenten in droge gebieden (Muhs & Bettis 2003).,
mobilisatie, Transport en afzetting van slib door Wind
deflatie, het optillen en verwijderen van deeltjes van een oppervlak door de wind, kan optreden als aan drie voorwaarden wordt voldaan: 1) Er is een bron van droog sediment beschikbaar, 2) De wind is sterk genoeg om de deeltjes te mobiliseren, en 3) het grondoppervlak is niet afgeschermd van de wind door vegetatie of andere obstakels. Deze omstandigheden worden beheerst door interacties tussen geologische materialen, atmosferische verschijnselen en biota, met inbegrip van menselijke acties zoals land clearing., Slibdeeltjes zijn vooral gevoelig voor winddeflatie-ze missen de elektrostatische lading en affiniteit voor water waardoor kleideeltjes aan het oppervlak blijven plakken, minder massa hebben en daarom gemakkelijker in de wind kunnen worden opgehangen dan zanddeeltjes.
Er zijn veel Potentiële Bronnen voor door wind getransporteerd slib, omdat slibdeeltjes alomtegenwoordig zijn in terrestrische omgevingen., Slibdeeltjes zijn gemakkelijk beschikbaar langs stromen die gletsjers afvoeren en in droge Intermountain bekkens waar slib gevormd in verre alpine glaciale omgevingen en getransporteerd door stromen in deze bekkens wordt blootgesteld wanneer meren en vijvers opdrogen (Kapp et al. 2011). Uitstroppen van slibachtig gesteente kan ook dienen als bronnen voor wind-geblazen slib, op voorwaarde dat de samenstellende slib korrels kunnen worden gemobiliseerd (Muhs et al. 2008). Met de komst van grootschalige land clearing en seizoensgebonden teelt, agrarische landschappen zijn ook belangrijke bronnen van slib geworden (Tegan et al. 1996).,
Wind is de drijvende kracht achter Eolische (windgerelateerde) processen. De entrainment van slib en klei vereist een sterkere wind dan nodig is om de beweging van zand te beginnen (de vloeistofdrempel in Figuur 2). In feite, energie van de impact van zoutende zandkorrels die bewegen bij lagere windsnelheden sterk versterkt de entrainment van slib en klei. Zoute zandkorrels beïnvloeden het oppervlak en werpen slib en kleideeltjes uit die anders moeilijk te verstrengelen zouden zijn vanwege hun samenhangende aard en laag profiel voor de wind., Eenmaal uitgeworpen worden slib-en kleideeltjes door turbulente draaikolken in de atmosfeer gebracht, waar ze in suspensie met de wind mee bewegen, soms voor langere tijd. Slib en kleideeltjes blijven zwevend in de atmosfeer totdat 1) de windsnelheid daalt tot onder de bezinkingssnelheid van de deeltjes, 2) De elektrostatische binding van de deeltjes aggregaten produceert met voldoende bezinkingssnelheid om te vallen, of 3) stofdeeltjes of aggregaten worden opgenomen in regen of sneeuwval (Pye 1995).,
verschillende factoren beïnvloeden hoe sterk de wind over het land waait en daarbij hoeveel slib (indien aanwezig) zal worden gemobiliseerd. Deeltjes of puin dat te groot is voor de wind om te bewegen vormen een immobiel “pantser” dat onderliggende korrels beschermt tegen de wind en voorkomt dat ze worden meegevoerd. Planten, hekken en gebouwen die boven het grondoppervlak uitstijgen, evenals steil hellende breuken in het landschap, beïnvloeden de snelheid en turbulentie van de wind., Deze zogenaamde “ruwheidselementen” regelen de hoogte boven het grondoppervlak waarbij de horizontale snelheid van de wind te laag is om deeltjes te mobiliseren (de “ruwheidshoogte”). Vegetatiebedekking onderdrukt zo de beweging van zand en slib door de ruwheid boven het grondoppervlak te houden en het oppervlak te bepantseren met plantenstrooisel (Figuur 3). Naarmate de vegetatiebedekking toeneemt, is er minder kaal oppervlak beschikbaar voor slib entrainment., Vegetatie en andere ruwheidselementen bevorderen ook de afzetting van door de wind getransporteerde deeltjes wanneer het deel van het verticale windprofiel dat erdoor wordt beïnvloed, onder de impactdrempel daalt. De mate waarin vegetatie of andere ruwheidselementen depositie bevorderen, wordt “vangefficiëntie”genoemd. Over het algemeen heeft hoge en/of dichte vegetatie een grotere vangefficiëntie dan korte of verspreide vegetatie., Topografische kenmerken, zoals ingesneden Beek valleien, rotswanden, of andere belemmeringen, kunnen ook zoute zanddeeltjes vangen en daardoor de accumulatie van löss aan hun benedenwaartse kant bevorderen (Mason et al. 1999).
het löss-Depositiesysteem
de productie, entrainment en depositie van löss omvatten interacties tussen de lithosfeer, de atmosfeer en de biosfeer die uiteindelijk door het klimaat worden beheerst. Koude omstandigheden met voldoende vocht om natte gletsjers te ondersteunen bieden de” fabrieken ” voor de productie van slib en de uitstroomstromen om zand, slib en klei te transporteren naar locaties waar de wind mee kan worden meegevoerd., Er moeten voldoende droge omstandigheden zijn in het deflatiegebied zodat zand kan zouten en het oppervlak kan raken, zodat slib en kleideeltjes in de wind kunnen worden uitgeworpen. Wind kan geen minerale deeltjes van een vochtig oppervlak insluiten omdat de kracht van de wind de oppervlaktespanning van water tussen de deeltjes niet kan overschrijden. Een kaal oppervlak met een vochtgehalte van slechts een paar procent is voor wind erg moeilijk te eroderen., Langdurige droge omstandigheden zullen leiden tot minder dichte vegetatie, meer zand beweging, en toename van de hoeveelheid slib en klei vrijgegeven aan de atmosfeer, zolang er voldoende zand, slib en klei beschikbaar zijn op het oppervlak. Aan de andere kant zullen topografische barrières of bioklimatische factoren die de beweging van zand verminderen de hoeveelheid slib en klei verminderen die de atmosfeer op die locatie binnendringt, maar de accumulatie van slib en klei uit upwind verhogen. Naarmate het löss afzettingsgebied zich uitbreidt, verschuift de plaats met zoutgevende activiteit naar boven., Als de bioklimatologische omstandigheden zodanig veranderen dat het zout in het brongebied niet langer een belangrijk actief proces is, dan wordt een einde gemaakt aan de aanzienlijke stofontwikkeling en de afzetting van löss.
omdat slib-en kleideeltjes door turbulente draaikolken in de atmosfeer worden gesuspendeerd, kunnen ze ver van hun brongebied worden getransporteerd voordat ze zich als löss ophopen. De afzetting van stof en de dikte van de resulterende löss-afzetting zijn het grootst in de nabijheid van de bron en nemen af met de afstand (Figuur 4)., Andere eigenschappen van löss, zoals de gemiddelde korrelgrootte, kleigehalte en mineralogische samenstelling kunnen ook systematisch variëren met de afstand tot de bron (Figuur 5, Muhs et al. 2008). Deze variaties geven fysische en chemische patronen op löss-landschappen die van invloed zijn op bodemerosie, helling stabiliteit, waterhoudende capaciteit, en andere belangrijke eigenschappen.,
voorbeelden
voorbeelden uit het moderne Alaska en uit de laatste ijstijd in het Amerikaanse Midwesten illustreren de werking van twee löss-depositiesystemen-één direct gekoppeld aan gletsjers en een tweede gekoppeld aan droge omstandigheden in een brongebied. Frequente harde wind in het onderste deel van central Alaska ‘ s Delta River valley resulteert in stofstormen en afzetting van moderne löss. Verschillende vallei gletsjers die slib-beladen outwash blootgesteld aan sterke winden die de vlechtvlakte drogen tijdens lage stromingsperioden voeden de rivier., Zand dat zout maakt over de blootgestelde en vegetatievrije vlechtvlakte, stoot slib en kleideeltjes uit, die door turbulente draaikolken in de lucht worden geveegd (Figuur 6). Benedenwind vegetatie vangt een deel van de meegezogen slib en klei als stof coatings op bladeren, stengels, stammen, en het bodemoppervlak. Vallen is vooral effectief wanneer de vegetatie vochtig is met dauw of vorst. Löss die zich de afgelopen duizenden jaren aan beide zijden van de vallei heeft opgestapeld, biedt een langetermijnperspectief op het löss-accumulatieproces., De löss verdunt van enkele meters dik op klippen in het naaldbos naast de rivier tot minder dan een meter in een soortgelijk bos enkele kilometers benedenwinds. Op nabijgelegen boomgrensplaatsen is de löss aanzienlijk dunner omdat de vegetatie lager en opener is met een veel lagere vangefficiëntie dan in het naaldbos.
een groot gebied van dikke last-glacial löss grenst abrupt aan de zuidoostelijke rand van de Nebraska Sand Hills, het grootste actieve duinveld in Noord-Amerika tijdens de laatste ijstijd, en nog maar 1500 jaar geleden (Figuur 4)., Compositorische studies van de löss geven aan dat siltstone uitsteeksels ten noordwesten van de zandheuvels de bron waren voor de löss (Muhs et al. 2008). Een model voorgesteld om deze löss dikte en samenstelling relaties te verklaren is dat koude, droge laatste-glaciale klimatologische omstandigheden in de bovenste Midwest bevorderd schaarse vegetatiebedekking en bevriezen-dooi cycli die resulteerde in ideale omstandigheden voor zand beweging en winderosie van de blootgestelde siltstone., Slib en kleideeltjes in het brongebied werden naar het zuidoosten geblazen in het actieve zandheuvels duinveld waar zouthoudend zand elk bezinksel en klei opnieuw inslibde. Slib en klei bleven over en door de zandheuvels bewegen totdat zouthoudend zand uit het systeem viel bij rivierdalen en andere topografische barrières langs de zuidoostelijke rand van het duinveld (Mason 2001)., Door de gevolgen van het verzilveren van zand dat niet langer werkt om slib en klei te resuspenderen en door de voortdurende entrainment en transport van slib uit de wind, verzamelde Dikke löss zich op het landschap ten zuidoosten van de zandheuvels (Figuur 7).
samenvatting
löss sedimentaire systemen worden aangestuurd door Klimaat-en landschapsprocessen en-omstandigheden die slibdeeltjes produceren, de deeltjes uit de brongebieden transporteren en voldoende slibaccumulatie bevorderen benedenwinds van het entrainmentgebied om een löss-afzetting te vormen. Droge brongebieden met een schaarse vegetatiebedekking zorgen voor zand zouten en ballistische entrainment van slibdeeltjes, processen die slibdeflatie en transport verbeteren., Omgekeerd hebben oppervlakken waar löss zich ophoopt over het algemeen geen zouthoudend zand en moeten ze beschutting hebben tegen de wind, die kan worden geboden door vegetatie, topografische barrières of andere omstandigheden die de windsnelheid verminderen.