Deposizione (geologia)

La deposizione è il processo geologico in cui sedimenti, suolo e rocce vengono aggiunti a una forma di terra o massa terrestre. Il vento, il ghiaccio, l'acqua e la gravità trasportano materiale superficiale precedentemente esposto all'aria, che, alla perdita di sufficiente energia cinetica nel fluido, si deposita, costruendo strati di sedimenti.

La deposizione si verifica quando le forze responsabili del trasporto di sedimenti non sono più sufficienti per superare le forze di gravità e di attrito, creando una resistenza al movimento; questa è nota come ipotesi del punto zero. La deposizione può anche riferirsi all'accumulo di sedimenti da sostanze organiche o processi chimici. Ad esempio, il gesso è costituito in parte dai microscopici scheletri di carbonato di calcio del plancton marino, la cui deposizione ha indotto processi chimici (diagenesi) per depositare ulteriore carbonato di calcio. Allo stesso modo, la formazione del carbone inizia con la deposizione di materiale organico, principalmente da piante, in condizioni anaerobiche.

Ipotesi a punto zero

L'ipotesi del punto zero spiega come il sedimento viene depositato su un profilo di costa in base alla sua granulometria. Ciò è dovuto all'influenza dell'energia idraulica, che si traduce in una chiarificazione verso il mare della dimensione delle particelle di sedimento o in cui la forzatura del fluido è uguale alla gravità per ogni dimensione del grano. Il concetto può anche essere spiegato come "sedimenti di una dimensione particolare possono spostarsi attraverso il profilo in una posizione in cui è in equilibrio con l'onda e i flussi che agiscono su quel grano di sedimento". Questo meccanismo di selezione combina l'influenza della forza gravitazionale del profilo in discesa e le forze dovute all'asimmetria del flusso; la posizione in cui non vi è trasporto netto zero è nota come punto zero ed è stata proposta per la prima volta da Cornaglia nel 1889. La Figura 1 illustra questa relazione tra la dimensione dei granuli di sedimento e la profondità dell'ambiente marino.

Il primo principio alla base della teoria del punto zero è dovuto alla forza gravitazionale; i sedimenti più fini rimangono nella colonna d'acqua per periodi più lunghi, consentendo il trasporto al di fuori della zona di surf per depositarsi in condizioni più calme. L'effetto gravitazionale o la velocità di sedimentazione determina la posizione di deposizione per sedimenti più fini, mentre l'angolo di attrito interno di un grano determina la deposizione di grani più grandi su un profilo di terra. Il principio secondario per la creazione di multe sedimentarie verso il mare è noto come l'ipotesi di soglie asimmetriche sotto le onde; questo descrive l'interazione tra il flusso oscillatorio delle onde e le maree che scorrono sulle forme del letto ondulato dell'onda in un modello asimmetrico. "Il tratto onshore relativamente forte dell'onda forma un eddy o un vortice sul lato sottovento dell'ondulazione, a condizione che il flusso onshore persista, questo eddy rimane intrappolato nel sottovento dell'ondulazione. Quando il flusso si inverte, il vortice viene lanciato verso l'alto il fondo e una piccola nuvola di sedimenti sospesi generati dal vortice vengono espulsi nella colonna d'acqua sopra l'ondulazione, la nuvola di sedimenti viene quindi spostata verso il mare dal colpo offshore dell'onda. " Dove c'è simmetria a forma di ondulazione, il vortice viene neutralizzato, il vortice e la nuvola di sedimenti associati si sviluppano su entrambi i lati dell'ondulazione. Questo crea una colonna d'acqua torbida che viaggia sotto l'influenza delle maree mentre il moto orbitale dell'onda è in equilibrio.

L'ipotesi Null-point è stata dimostrata quantitativamente a Akaroa Harbour, Nuova Zelanda, The Wash, Regno Unito, Bohai Bay e West Huang Sera, Cina continentale e in numerosi altri studi; Ippen e Eagleson (1955), Eagleson e Dean (1959, 1961) e Miller e Zeigler (1958, 1964).

Deposizione di sedimenti non coesivi

I sedimenti a grana grossa trasportati dal carico del letto o dal carico sospeso si fermeranno quando lo stress da taglio del letto e la turbolenza del fluido sono insufficienti per mantenere il sedimento in movimento; con il carico sospeso questa può essere una certa distanza poiché le particelle devono cadere attraverso la colonna d'acqua. Ciò è determinato dalla forza di peso ad azione verso il basso del grano che viene abbinata da una spinta combinata e da una forza di trascinamento fluida e può essere espressa da:

43πR3ρsg = 43πR3ρg + 12CdρπR2ws2 {\ displaystyle {\ frac {4} {3}} \ pi R ^ {3} \ rho _ {s} g = {\ frac {4} {3}} \ pi R ^ {3} \ rho g + {\ frac {1} {2}} \ mathbb {C} _ {d} \ rho \ pi R ^ {2} w_ {s} ^ {2} \,}

Forza di peso ad azione verso il basso = forza di galleggiamento ad azione verso l'alto + forza di trascinamento del fluido ad azione verso l'alto

dove:

• π è il rapporto tra la circonferenza di un cerchio e il suo diametro.
• R è il raggio dell'oggetto sferico (in m),
• ρ è la densità di massa del fluido (kg / m3),
• g è l'accelerazione gravitazionale (m / s2),
• Cd è il coefficiente di resistenza, e
• ws è la velocità di assestamento della particella (in m / s).

Per calcolare il coefficiente di resistenza, è necessario scoprire il numero di Reynolds del grano, che si basa sul tipo di fluido attraverso il quale scorre la particella del sedimento, flusso laminare, flusso turbolento o un ibrido di entrambi. Quando il fluido diventa più viscoso a causa delle dimensioni dei grani più piccoli o delle velocità di assestamento maggiori, la previsione è meno semplice ed è applicabile per incorporare la legge di Stokes (nota anche come forza di attrito o forza di trascinamento) dell'insediamento.

Deposizione di sedimenti coesivi

La coesione dei sedimenti si verifica con le piccole dimensioni del grano associate a limo e argille o particelle più piccole di 4 ° sulla scala phi. Se queste particelle fini rimangono disperse nella colonna d'acqua, la legge di Stokes si applica alla velocità di assestamento dei singoli granuli, sebbene a causa dell'acqua di mare che è un forte agente legante elettrolitico, si verifica la flocculazione in cui le singole particelle creano un legame elettrico aderendo l'un l'altro per formare fiocchi. "La faccia di una piastrina di argilla ha una leggera carica negativa dove il bordo ha una leggera carica positiva, quando due piastrine si avvicinano l'una all'altra la faccia di una particella e il bordo dell'altra vengono attratti elettrostaticamente." I floc hanno quindi una massa combinata più elevata che porta a una deposizione più rapida attraverso una velocità di caduta più elevata e una deposizione in una direzione più verso terra di quella che avrebbero come singoli grani fini di argilla o limo.

Il verificarsi della teoria dei punti nulli

Il porto di Akaroa si trova sulla penisola di Banks, Canterbury, in Nuova Zelanda, 43 ° 48′S 172 ° 56′E / 43.800 ° S 172.933 ° E / -43.800; 172,933. La formazione di questo porto è avvenuta a causa di processi erosivi attivi su un vulcano a scudo spento, per cui il mare ha inondato la caldera, creando un'insenatura di 16 km di lunghezza, con una larghezza media di 2 km e una profondità di -13 m rispetto a -13 m livello medio del mare nel punto 9 km lungo il transetto dell'asse centrale. L'energia delle onde di tempesta predominante ha un recupero illimitato per il porto esterno da una direzione meridionale, con un ambiente più calmo all'interno del porto interno, sebbene le brezze localizzate del porto creino correnti superficiali e tagli influenzando i processi di sedimentazione marina. Depositi di loess dai successivi periodi glaciali si sono riempiti di fessure vulcaniche per millenni, causando basalto vulcanico e loess come i principali tipi di sedimenti disponibili per la deposizione nel porto di Akaroa

Hart et al. (2009) hanno scoperto attraverso il rilevamento batimetrico, l'analisi del setaccio e della pipetta dei sedimenti subtidali, che le trame dei sedimenti erano correlate a tre fattori principali: profondità, distanza dal litorale e distanza lungo l'asse centrale del porto. Ciò ha comportato la chiarificazione di trame di sedimenti con profondità crescente e verso l'asse centrale del porto, o se classificate in granulometrie, "il transetto tracciato per l'asse centrale va da sabbie limose nella zona intercotidale, a limo sabbioso nel interno vicino alla costa, agli insenature nelle parti esterne delle baie per fangare a profondità di 6 m o più ”. Vedere la figura 2 per i dettagli.

Altri studi hanno dimostrato questo processo di sgranatura delle dimensioni dei granuli di sedimento dall'effetto della forzatura idrodinamica; Wang, Collins e Zhu (1988) hanno correlato qualitativamente l'intensità crescente della forzatura dei fluidi con l'aumentare delle dimensioni del grano. "Questa correlazione è stata dimostrata negli appartamenti marea argillosi a bassa energia di Bohai Bay (Cina), nell'ambiente moderato della costa del Jiangsu (Cina) dove il materiale di fondo è limoso e negli appartamenti sabbiosi della costa ad alta energia di The Wash (Regno Unito )." Questa ricerca mostra prove conclusive per la teoria del punto nullo esistente su piani di marea con diversi livelli di energia idrodinamica e anche su piani che sono sia erosivi che accrescibili.

Kirby R. (2002) riprende ulteriormente questo concetto spiegando che le ammende vengono sospese e rielaborate in maniera aerea offshore lasciando dietro di sé depositi di lag con gusci principalmente bivalvi e gasteropodi separati dal substrato più fine sottostante, onde e correnti quindi accumulando questi depositi per formare creste più costose la zona di marea, che tende ad essere forzata sul profilo della battigia ma anche lungo la battigia. I chenier si trovano a qualsiasi livello sulla battigia e caratterizzano prevalentemente un regime dominato dall'erosione.

Applicazioni per la pianificazione e la gestione delle coste

La teoria del punto nullo è stata controversa nella sua accettazione nella scienza costiera tradizionale poiché la teoria opera in equilibrio dinamico o equilibrio instabile e molte osservazioni sul campo e in laboratorio non sono riuscite a replicare lo stato di un punto nullo ad ogni dimensione del grano in tutto il profilo. L'interazione di variabili e processi nel tempo nel contesto ambientale causa problemi; "il gran numero di variabili, la complessità dei processi e la difficoltà di osservazione pongono tutti seri ostacoli alla sistematizzazione, quindi in alcuni campi ristretti la teoria fisica di base può essere solida e affidabile ma le lacune sono grandi"

I geomorfologi, gli ingegneri, i governi e i pianificatori dovrebbero essere consapevoli dei processi e dei risultati coinvolti con l'ipotesi del punto zero quando eseguono attività come il nutrimento delle spiagge, il rilascio di consensi per l'edilizia o la costruzione di strutture di difesa costiera. Questo perché l'analisi della dimensione dei granuli di sedimento in un profilo consente di dedurre i tassi di erosione o di accrescimento possibili se si modifica la dinamica della costa. Pianificatori e gestori dovrebbero anche essere consapevoli che l'ambiente costiero è dinamico e la scienza contestuale dovrebbe essere valutata prima dell'implementazione di qualsiasi modifica del profilo costiero. Pertanto studi teorici, esperimenti di laboratorio, modellistica numerica e idraulica cercano di rispondere a domande relative alla deriva del litorale e alla deposizione di sedimenti, i risultati non devono essere visti in modo isolato e un corpus sostanziale di dati osservativi puramente qualitativi dovrebbe integrare qualsiasi decisione di pianificazione o gestione.