less jest rozległym, transportowanym wiatrem, zdominowanym przez Muł złożem geologicznym, który obejmuje około 10 procent powierzchni Ziemi. Miliony ludzi mieszkają w domach, pracują w firmach i korzystają z dróg, linii kolejowych i lotnisk zbudowanych na less., Less jest również materiałem macierzystym najbardziej produktywnych gleb rolniczych na świecie. Ponieważ less jest zdeponowany z atmosfery, stanowi ważne archiwum geologiczne przeszłości cyrkulacji atmosferycznej, które mogą być wykorzystane do testowania modeli cyrkulacji atmosferycznej (Mahowald et al. 2006). Pył unoszący się w powietrzu, którego ważnym składnikiem są cząstki mułu, wpływa również na klimat poprzez swoją rolę w procesach przenoszenia promieniowania oraz transport składników mineralnych do oceanów, co wpływa na pierwotną Produktywność i cykl węglowy (Ridgwell 2002, Jickells et al. 2005)., Osady lessowe tworzą się, gdy pył gromadzi się wystarczająco szybko, aby utworzyć charakterystyczną warstwę bogatą w muł, która grzebie gleby lub inne materiały geologiczne. Różne czynniki geologiczne, klimatyczne i biotyczne oddziałują, tworząc cząstki wielkości mułu, mobilizują i transportują muł ze źródła i pozwalają mu akumulować się w krajobrazie.
cząstki mułu mają rozmiar od 2 do 50 µm (0,002-0,05 mm), pośredni między mikroskopijnymi cząstkami gliny (piasek (0,05–2 mm) (Rysunek 1)., Mielenie lodowcowe jest bardzo skuteczne w wytwarzaniu cząstek o wielkości mułu, które są wbudowane w till, przerobione przez roztopioną wodę i odprowadzane do strumieni zasilanych lodowcem jako „mąka lodowcowa” i odkładane na równinach, zanim zostaną uwięzione i zdeponowane przez wiatr. Osadnictwo lessowe trwa w częściach Alaski, Nowej Zelandii, Islandii i innych obszarach, w których rzeki przenoszą bogate w muł wody roztopowe z dzisiejszych lodowców., Geograficzna bliskość wielu wielkich światowych złóż lessowych do brzegów dawnych kontynentalnych pokryw lodowych i rzek, które je osuszały, a także zbieżność wieku złóż lessowych z postępem i wycofaniem się pokryw lodowych podczas ostatniej epoki lodowcowej, wzmacniają powiązanie szlifowania lodowcowego z produkcją mułu i formacją lessową.
zaproponowano szereg innych mechanizmów produkujących muł, takich jak rozdrabnianie szronu, rozdrabnianie podczas transportu w strumieniach i na zboczach, ścieranie Eolskie i wietrzenie soli, aby uwzględnić osady lessowe, które występują w pobliżu suchych lub półpustynnych regionów, w których lodowce nie istniały (Derbyshire et al. 1998, Wright et al. 1998, Wright, 2001, Whalley et al., 1982). Jednak ostatnie badania sugerują, że większość mułu składającego się na złoża lessowe związane z tymi „pustynnymi” źródłami prawdopodobnie uformowała się w bardziej odległych środowiskach Lodowcowych lub została zerodowana z wychodni skał mułowych w suchych regionach (Muhs & Bettis 2003).,
mobilizacja, Transport i osadzanie mułu przez wiatr
deflacja, podnoszenie i usuwanie cząstek z powierzchni przez wiatr, może nastąpić, jeśli spełnione są trzy warunki: 1) dostępne jest źródło suchego osadu, 2) wiatr jest wystarczająco silny, aby zmobilizować cząstki, i 3) Powierzchnia gruntu nie jest osłonięta przed wiatrem przez roślinność lub inne przeszkody. Warunki te są kontrolowane przez interakcje między materiałami geologicznymi, zjawiskami atmosferycznymi i biotą, w tym działaniami człowieka, takimi jak oczyszczanie terenu., Cząstki wielkości mułu są szczególnie podatne na deflację wiatru-brak im ładunku elektrostatycznego i powinowactwa do wody, które sprawiają, że cząstki wielkości gliny przyklejają się do powierzchni, mają mniejszą masę i dlatego łatwiej je zawiesić na wietrze niż cząstki piasku.
istnieje wiele potencjalnych źródeł mułu transportowanego przez wiatr, ponieważ cząstki wielkości mułu są wszechobecne w środowiskach lądowych., Cząstki mułu są łatwo dostępne wzdłuż strumieni, które odprowadzają lodowce i w suchych dorzeczach międzymountain, gdzie muł utworzony w odległych alpejskich środowiskach Lodowcowych i transportowany przez strumienie do tych basenów jest narażony, gdy jeziora i stawy wysychają (Kapp et al. 2011). Wychodnie mułu skalnego mogą również służyć jako źródła mułu dmuchanego wiatrem, pod warunkiem, że ziarna mułu składowego mogą być mobilizowane (Muhs et al. 2008). Wraz z pojawieniem się na dużą skalę polan i sezonowych upraw, krajobrazy rolnicze stały się również ważnymi źródłami mułu (Tegan et al. 1996).,
wiatr jest siłą napędową procesów eolian (związanych z wiatrem). Wciąganie mułu i gliny wymaga silniejszego wiatru niż jest to wymagane do rozpoczęcia ruchu piasku (próg płynu na rysunku 2). W rzeczywistości energia wynikająca z wpływu słonych ziaren piasku, które poruszają się przy niższych prędkościach wiatru, znacznie zwiększa wciąganie mułu i gliny. Słone ziarna piasku wpływają na powierzchnię i wyrzucają cząstki mułu i gliny, które w przeciwnym razie byłyby trudne do związania ze względu na ich spójny charakter i niski profil na wiatr., Po wyrzuceniu cząstki mułu i gliny są przenoszone do atmosfery przez turbulentne wiry, gdzie poruszają się w zawieszeniu z wiatrem, czasami przez dłuższy czas. Cząstki mułu i gliny pozostają zawieszone w atmosferze, dopóki 1) prędkość wiatru nie spadnie poniżej prędkości osadzania się cząstek, 2) Wiązanie elektrostatyczne cząstek wytwarza Agregaty z wystarczającą prędkością osadzania się, aby spaść lub 3) cząstki pyłu lub Agregaty zostają włączone do deszczu lub śniegu (Pye 1995).,
kilka czynników wpływa na to, jak silny wiatr wieje po powierzchni ziemi, a tym samym ile mułu (jeśli w ogóle) zostanie zmobilizowanych. Cząstki lub zanieczyszczenia, które są zbyt duże, aby wiatr mógł się poruszać, tworzą nieruchomy „pancerz”, który chroni leżące u podłoża ziarna przed wiatrem i zapobiega ich uwięzieniu. Rośliny, ogrodzenia i budynki, które wznoszą się nad powierzchnią ziemi, a także stromo opadające przerwy w krajobrazie, wpływają na prędkość i turbulencje wiatru., Te tak zwane „elementy chropowatości” kontrolują wysokość nad powierzchnią ziemi, przy której pozioma prędkość wiatru jest zbyt niska, aby zmobilizować cząstki („wysokość chropowatości”). Pokrywa roślinna hamuje w ten sposób ruch piasku i wciąganie mułu, utrzymując wysokość chropowatości nad powierzchnią gruntu i zbrojąc powierzchnię ściółką roślinną (ryc. 3). Wraz ze wzrostem pokrywy roślinnej, dostępna jest mniej Naga powierzchnia dla mułu., Roślinność i inne elementy chropowatości sprzyjają również osadzaniu się cząstek przenoszonych przez wiatr, gdy część pionowego profilu wiatru, na który one wpływają, spada poniżej progu uderzenia. Stopień, w jakim roślinność lub inne elementy chropowatości sprzyjają osadzaniu się, określa się jako „skuteczność odłowu”. Ogólnie rzecz biorąc, wysoka i / lub gęsta roślinność ma większą skuteczność od niskiej lub rozproszonej roślinności., Cechy topograficzne, takie jak nacięte doliny strumieni, skarpy skalne lub inne przeszkody, mogą również zatrzymywać słone cząstki piasku, a tym samym promować gromadzenie się less na ich zawietrznej stronie (Mason et al. 1999).
System depozycji less
produkcja, uwięzienie i depozycja less obejmuje interakcje między litosferą, atmosferą i biosferą, które są ostatecznie kontrolowane przez klimat. Zimne warunki z wystarczającą ilością wilgoci, aby utrzymać mokre lodowce, zapewniają „fabryki” do produkcji mułu, a także strumienie odpływowe do transportu piasku, mułu i gliny do miejsc, w których może wystąpić uwięzienie przez wiatr., W obszarze deflacji muszą istnieć wystarczająco suche warunki, aby piasek zasolał i wpływał na powierzchnię, aby cząstki mułu i gliny mogły zostać wyrzucone na wiatr. Wiatr nie może uwięzić cząstek mineralnych z wilgotnej powierzchni, ponieważ Siła wiatru nie może przekroczyć napięcia powierzchniowego wody między cząstkami. Naga powierzchnia o zawartości wilgoci zaledwie kilku procent jest bardzo trudna do erozji przez wiatr., Długotrwałe suche warunki doprowadzą do mniej gęstej roślinności, większego ruchu piasku i zwiększenia ilości mułu i gliny uwalnianej do atmosfery, o ile na powierzchni jest dostępna wystarczająca ilość piasku, mułu i gliny. Z drugiej strony bariery topograficzne lub czynniki bioklimatyczne, które zmniejszają ruch piasku, zmniejszają ilość mułu i gliny wchodzącej do atmosfery w tym miejscu, ale zwiększają gromadzenie się mułu i gliny ze źródeł pod wiatr. W miarę jak Obszar lessowy się rozszerza, miejsca doświadczające aktywności solnej przesuwają się pod wiatr., Jeśli warunki bioklimatyczne ulegną zmianie do momentu, w którym saltacja nie jest już głównym aktywnym procesem w obszarze źródłowym, wówczas ustanie wytwarzanie pyłu i osadzanie lessowe.
ponieważ cząstki mułu i gliny są zawieszone w atmosferze przez turbulentne wiry, mogą być transportowane daleko od obszaru ich źródła, zanim zostaną nagromadzone jako less. Szybkość osadzania się pyłu i grubość powstającego złoża lessowego jest największa w pobliżu źródła i maleje wraz z odległością (ryc. 4)., Inne właściwości less, takie jak średnia wielkość ziarna, zawartość gliny i skład mineralogiczny mogą również różnić się systematycznie w zależności od odległości od źródła (Rysunek 5, Muhs et al. 2008). Zmiany te wpływają na fizyczne i chemiczne wzorce krajobrazu lessowego, które wpływają na erozję gleby, stabilność nachylenia, zdolność zatrzymywania wody i inne ważne właściwości.,
przykłady
przykłady ze współczesnej Alaski i z ostatniego okresu lodowcowego na amerykańskim Środkowym Zachodzie ilustrują działanie dwóch systemów deponowania less-jednego bezpośrednio związanego z lodowcami, a drugiego związanego z suchymi warunkami w obszarze źródłowym. Częste silne wiatry w dolnej części Doliny delty Środkowej Alaski powodują burze pyłowe i osadzanie się współczesnego lessu. Rzeka zasilana jest przez liczne lodowce dolinne, które zapewniają obfite odpływy, wystawione na silne wiatry, które osuszają równinę warkoczą w okresach niskiego przepływu., Piasek zasolony przez odsłoniętą i wolną od roślinności równinę warkocza wyrzuca cząstki mułu i gliny, które są unoszone w powietrzu przez burzliwe wiry (ryc. 6). Roślinność z wiatrem zatrzymuje część uwięzionego mułu i gliny jako powłoki pyłowe na liściach, łodygach, pniach i powierzchni gleby. Pułapkowanie jest szczególnie skuteczne, gdy roślinność jest wilgotna rosą lub mrozem. Less, który kumulował się w ciągu ostatnich kilku tysięcy lat po obu stronach doliny, zapewnia długoterminową perspektywę na proces akumulacji lessu., Less rozrzedza się od kilku metrów grubości na urwiskach w lesie iglastym obok rzeki do mniej niż metr w podobnym lesie kilka kilometrów z wiatrem. W pobliskich miejscach linii drzew less jest znacznie cieńszy, ponieważ roślinność jest niższa i bardziej otwarta z znacznie mniejszą skutecznością odłowu niż w lesie iglastym.
duży obszar gęstego lessuglacjalnego nagle graniczy z południowo-wschodnim brzegiem Nebraska Sand Hills, który był największym aktywnym polem wydmowym w Ameryce Północnej w ostatnim okresie zlodowacenia, a nawet niedawno, jak 1500 lat temu (Rysunek 4)., Badania kompozytowe less wskazują, że wychodnie mułu na północny zachód od piaskowych wzgórz były źródłem less (Muhs et al. 2008). Jednym z modeli zaproponowanych do wyjaśnienia tych zależności grubości i składu less jest to, że zimne, suche warunki klimatyczne ostatniego zlodowacenia w górnym środkowym zachodzie sprzyjały rzadkiej pokrywie roślinnej i cyklom zamrażania i rozmrażania, które doprowadziły do idealnych warunków dla ruchu piasku i erozji wiatrowej odsłoniętego mułu., Cząstki mułu i gliny uwięzione w obszarze źródłowym zostały wysadzone na południowy wschód w Aktywne pole wydmowe piaskowych wzgórz, gdzie słony piasek ponownie uwięził osadowy muł i glinę. Muł i glina nadal przemieszczały się po piaszczystych wzgórzach, dopóki słony piasek nie spadł z systemu w dolinach rzecznych i innych szlakach topograficznych wzdłuż południowo-wschodniego marginesu pola wydmowego (Mason 2001)., Z wpływem słonego piasku, który nie działa już w celu ponownego zawieszenia mułu i gliny oraz z ciągłym wciąganiem i transportem mułu z wiatru, gęsta less nagromadziła się na krajobrazie na południowy wschód od piaskowych wzgórz (ryc. 7).
podsumowanie
lessowe systemy osadowe są napędzane przez procesy klimatyczne i krajobrazowe oraz warunki, które wytwarzają cząstki mułu, zatrzymują i transportują cząstki z obszarów źródłowych oraz sprzyjają wystarczającej akumulacji mułu z wiatrem obszaru uwięzienia w celu utworzenia złoża lessowego. Suche obszary źródłowe z rzadką pokrywą roślinną pozwalają na zasolenie piasku i balistyczne uwięzienie cząstek mułu, procesy, które zwiększają deflację i transport mułu., Z drugiej strony, powierzchnie, na których nagromadza się less, zazwyczaj nie mają piasku solnego i muszą mieć schronienie przed wiatrem, które może być zapewnione przez roślinność, bariery topograficzne lub inne warunki, które zmniejszają prędkość wiatru.