Transporte y deposición de sedimentos

A excepción de unos pocos que permanecen in situ y forman una corteza erosionada, la mayoría de los productos de la meteorización de la roca madre deben ser transportados. Debido a las diferentes propiedades de los productos de intemperie, los métodos de transporte y deposición también son diferentes. Uno es el transporte y deposición de materiales detríticos, que se denomina transporte y sedimentación físicos; el otro es el transporte y deposición de materiales disueltos, que se denomina transporte y deposición química y bioquímica. Las principales fuerzas que transportan los sedimentos son el agua, el flujo por gravedad, el viento, el hielo y los organismos.

1. Transporte físico y sedimentación

El transporte físico y la sedimentación incluyen el transporte y sedimentación por flujo de tracción, el transporte y sedimentación por flujo de gravedad y el transporte y sedimentación por glaciares.

(1) Transporte y deposición del flujo de tracción

El flujo de tracción es un fluido que transporta principalmente partículas clásticas en estado de movimiento, incluidas diversas corrientes de agua (ríos, olas, corrientes de marea). , corriente costera, corriente costera) y viento.

1. Transporte y deposición de agua corriente

(1) Factores de control del transporte y deposición de partículas de escombros

En el flujo de tracción, el transporte y deposición de partículas de escombros El transporte o la deposición depende de las fuerzas efectivas de gravedad, empuje (tracción), elevación y adhesión. ①La gravedad efectiva es la gravedad de la partícula menos la fuerza de flotación; ②El empuje es el empuje horizontal ejercido por el flujo de agua sobre la partícula ③La fuerza de sustentación es la diferencia de presión causada por la diferencia en la velocidad del agua que fluye arriba y abajo; la partícula de escombros, que genera una fuerza hacia arriba; ④La fuerza de adhesión es la fuerza de adhesión entre las partículas de escombros y el cuerpo de agua causada por la película de agua en la superficie de la partícula, o la fuerza de adhesión causada por otras razones.

Entre las cuatro fuerzas anteriores, la fuerza de elevación y la fuerza de empuje son las fuerzas que promueven el movimiento de las partículas, mientras que la gravedad efectiva y la fuerza de cohesión son las fuerzas de resistencia que impiden el movimiento de las partículas. Si las dos primeras fuerzas son dominantes, las partículas de escombros se transportan; de lo contrario, las partículas de escombros se depositan.

El tamaño del empuje depende del caudal y caudal del fluido. A mayor caudal, mayor será el empuje. El tamaño del caudal está relacionado con la profundidad del agua. En hidrodinámica, generalmente se acostumbra utilizar flujo rápido y flujo lento para describir el movimiento de fluidos. El estándar para medir el flujo rápido y lento es el número de Froude, donde v es la velocidad promedio del flujo, h es la profundidad del agua y g es la aceleración de la gravedad. Cuando Fr>1, es un flujo rápido; cuando Fr<1, es un flujo lento.

La fuerza ascendente del flujo turbulento es mayor que la del flujo laminar. El flujo turbulento es un flujo en el que las líneas de corriente están desordenadas, mientras que el flujo laminar es un flujo en el que las líneas de corriente son paralelas entre sí (Figura 10-1). El estándar para medir la turbulencia y el flujo lento es el número de Reynolds (Re). El número de Reynolds es la relación entre la fuerza de inercia (v2d2ρ) y (vdμ), es decir, Re=v2d2ρ/vdμ, donde: v es el caudal de agua, d es el diámetro de las partículas, ρ es la densidad del agua y μ es la viscosidad del agua. En el flujo de tubería, cuando Re>2000, el fluido es flujo turbulento; cuando Re<2000, el fluido es flujo laminar. La capacidad de transporte del flujo turbulento es mayor que la del flujo laminar.

Figura 10-1 Características de flujo de flujo laminar y flujo turbulento

Figura 10-2 Flujo turbulento y capa inferior de flujo laminar en ríos (la longitud de la línea de corriente representa la velocidad del flujo) (Rubey, 1938)

(2) El modo de transporte de partículas de escombros

Los modos de transporte de partículas de escombros en el flujo de tracción impulsan principalmente el transporte y el transporte en suspensión. El manejo de empuje incluye el manejo de rodadura y el manejo de salto. La mayoría de las partículas de escombros más gruesas (grava, arena y limo) se transportan a lo largo del fondo del agua que fluye de forma rodante o saltando (Figura 10-3). Las partículas más finas suelen transportarse en suspensión en el flujo de agua. Cuando la potencia del flujo de agua es insuficiente para vencer la gravedad de las partículas de escombros, el material de escombros transportado se depositará. El transporte y deposición de material detrítico en el agua que fluye depende de la relación entre la velocidad del flujo y el tamaño de las partículas.

El experimento de Juhlstrom (1936) sobre la relación entre el tamaño de las partículas de cuarzo y la velocidad del flujo de agua en un lecho plano de arena con una profundidad de agua de 1 m mostró que (Figura 10-4):

1) La velocidad del flujo de agua a la que se comienzan a transportar las partículas es mayor que la velocidad del flujo a la que se continúan transportando las partículas. Esto se debe a que la velocidad del flujo inicial no solo debe superar la gravedad de las partículas mismas, sino también superarla. la fuerza de adsorción entre partículas;

Figura 10-3 Escombros Cómo se transportan las partículas en el agua corriente

2) Las partículas de 0,05 a 2 mm requieren el caudal inicial más pequeño y la diferencia con el caudal de sedimentación no es grande.

Por lo tanto, las partículas de este tamaño son fáciles de transportar y depositar en el agua corriente, lo que muestra un transporte saltante.

3) El caudal inicial de partículas con un tamaño de partícula superior a 2 mm tiene una diferencia muy pequeña con respecto al normal; tasa de flujo crítica para la deposición, es decir, un ligero cambio en la tasa de flujo puede cambiar su estado de transporte o deposición. Por lo tanto, las partículas de más de 2 mm en la naturaleza son difíciles de transportar a largas distancias y, a menudo, se transportan de forma rodante; >

4) El caudal inicial de partículas menores de 0,05 mm es diferente de La velocidad crítica de sedimentación es muy diferente, es decir, si el caudal cambia mucho, las partículas aún pueden ser transportadas, por lo tanto, una vez que las partículas sean más pequeñas. Se transportan más de 0,06 mm, pueden permanecer suspendidos durante mucho tiempo y no son fáciles de sedimentar.

Figura 10-4 La relación entre la erosión, transporte, deposición y velocidad de flujo de materiales clásticos en agua corriente (Hjulstrom, 1936)

El transporte rodante es común en la capa de flujo laminar en el fondo del lecho del río medio. Debido a la capacidad de transporte relativamente débil del flujo laminar, se deposita grava o arena gruesa cuando las fuerzas de empuje y elevación son menores que la gravedad efectiva.

El transporte por salto se observa en flujo laminar o turbulento con fuerte flujo de agua. Cuando la fuerza de empuje y elevación son menores que la gravedad efectiva, se deposita arena y limo grueso.

El transporte suspendido se observa en rápidos y flujos turbulentos. Cuando la velocidad del flujo disminuye o la fuerza de elevación es menor que la gravedad efectiva, se depositan limo fino, lodo y minerales en escamas suspendidos en el agua que fluye.

(3) Fenómeno de mezcla de partículas clásticas de diferentes tamaños

Los tamaños de partículas de los sedimentos depositados a veces difieren mucho. El experimento de Walker (1975) explicó la variación de cierta intensidad del flujo. La relación entre el tamaño máximo de partícula que el agua que fluye puede rodar y suspender (Figura 10-5):

1) Cuando la intensidad del flujo es P, el tamaño máximo de partícula de grava que puede rodar es de 8 cm, y se puede suspender al mismo tiempo. El tamaño máximo de partícula es de 2,2 cm;

2) Cuando la intensidad del flujo es menor que P, se pueden colocar gravas con un tamaño de partícula de 8 cm y un tamaño de partícula de 2,2 cm. se depositan al mismo tiempo, formando así un conglomerado de modo doble;

3) Cuando la intensidad del flujo cambia repetidamente cerca de P, se pueden formar capas intermedias de sedimentos arenosos y sedimentos de grava, con tamaños de partículas promedio de 2,2 cm. y 8 cm;

4) Si la intensidad del flujo disminuye bruscamente, se puede formar un sedimento mixto compuesto principalmente de grava, arena, limo y lodo con una clasificación extremadamente deficiente.

5) La intensidad de flujo necesaria para depositar arena con un tamaño de partícula de 1 mm es mucho menor que la de grava con un tamaño de partícula de 7 cm. Por lo tanto, la arena con un tamaño de partícula de 1 mm rellena con grava con un tamaño de partícula promedio de 7 cm no se puede depositar al mismo tiempo. Esta última puede filtrarse en la grava después de que la intensidad del flujo de agua disminuye, como en los abanicos aluviales. depósitos de tamiz. Así se forma el relleno.

(4) Forma del fondo del sedimento

Cuando los fluidos (agua corriente y viento) fluyen (o soplan) sobre la superficie de sedimentos no viscosos y son lo suficientemente fuertes como para transportar parte del partículas, se formará una característica morfológica geométrica ondulada en la superficie de los sedimentos no viscosos. Esta morfología geométrica se denomina forma de lecho de sedimento (He Qixiang, 1978).

Figura 10-5 A medida que cambia la intensidad del flujo, el diámetro máximo de las partículas que el agua que fluye puede suspender y rodar (Walker, 1975)

Las formas del fondo de los sedimentos generalmente incluyen fondo plano, ondulaciones y dunas, dunas superiores de fondo plano y dunas inversas. ①El fondo plano inferior tiene una forma de fondo plano cuando la velocidad del flujo de agua es muy pequeña y no puede transportar sedimentos. ② A medida que aumenta la intensidad del flujo de agua, los sedimentos comienzan a moverse y formar ondulaciones de pequeña escala, llamadas ondas, con una longitud de onda inferior a 30 cm. ③Cuando la intensidad del flujo de agua continúa aumentando, las crestas de las ondas cambian gradualmente de lineales a onduladas y en forma de media luna. Cuando la longitud de onda es superior a 60 cm, se llama duna de arena. ④Cuando la intensidad del flujo de agua aumenta nuevamente, cuando Fr = 1, todas las formas del fondo se aplanan, formando una "capa de arenas movedizas" en movimiento continuo en el fondo del agua en una escala de milímetros a centímetros. Esta forma del fondo se llama fondo plano superior. . ⑤ Cuando la intensidad del flujo continúa aumentando y Fr>1, aparecen dunas de arena inversas.

Las principales características de las dunas de arena inversas son:

1) La morfología superficial de las dunas de arena inversas es consistente con la forma de la superficie del agua, es decir, están en la misma fase;

2) Dunas de arena invertidas La dirección de migración de las dunas de arena es opuesta a la dirección del flujo de agua, es decir, erosión aguas abajo y acumulación de rastros.

Los principales factores que controlan el desarrollo de la forma del fondo son la velocidad del flujo de agua y el tamaño de las partículas de sedimento (Figura 10-6). Para sedimentos con un cierto tamaño de partícula (por ejemplo, 0,2 a 0,3 mm), a medida que aumenta la velocidad del flujo de agua, aparecerán en secuencia el fondo plano inferior, las ondulaciones, las dunas, el fondo plano superior y las dunas inversas (Figura 10-5).

Los experimentos con canales muestran:

Figura 10-6 La relación entre el desarrollo de la forma del fondo, la velocidad del flujo de agua y el tamaño de las partículas de sedimento (según Southard, 1973)

1) El tamaño de las partículas es menor de 0,1 mm Para arena, la forma del fondo que aparece a medida que aumenta el caudal es: sin movimiento → ondulaciones → fondo plano → duna inversa

2) Para arena con un tamaño de partícula de 0,2 a 0,6 mm; la forma del fondo que aparece a medida que aumenta el caudal. El orden es: sin movimiento → ondulaciones → dunas de arena → fondo plano superior → dunas de arena inversas;

3) Para arena con un tamaño de partícula de 0,6 ~ 2 mm, la forma del fondo que aparece a medida que aumenta el caudal es: sin movimiento → fondo plano inferior → Ondulación → Duna de arena → Fondo plano superior → Duna de arena inversa

4) La relación entre el rango de tamaño de partícula de 0,5; ~ 0,6 mm es complejo, que se manifiesta como una intersección en forma de dedo entre el área de ondulación y el área del fondo plano inferior, y no hay movimiento → ondulaciones → fondo plano inferior → duna → fondo plano superior → duna inversa.

(5) Cambios en los materiales detríticos durante el transporte por agua corriente

Durante el transporte de materiales detríticos a larga distancia, debido a la colisión y fricción entre partículas, el flujo de agua provoca La clasificación de materiales clásticos y la continua descomposición química y fragmentación mecánica conducen a cambios significativos en la composición mineral, el tamaño de las partículas, la clasificación y la forma de las partículas de los materiales clásticos.

◎Composición mineral: debido a la descomposición química, trituración y abrasión durante el transporte, los componentes inestables como feldespato, minerales de hierro y magnesio, etc. disminuirán gradualmente a medida que aumente la distancia de transporte, mientras que los componentes estables disminuirán gradualmente. Componentes como el cuarzo aumentarán relativamente.

◎Tamaño de las partículas y clasificación: a medida que aumenta la distancia de transporte, las partículas de escombros se vuelven gradualmente más pequeñas y el tamaño de las partículas tiende a ser constante, es decir, aumenta el grado de clasificación.

◎Forma de las partículas: a medida que aumenta la distancia de transporte, el grado de redondeo y cercanía de las partículas a una forma esférica generalmente será cada vez mayor. La esfericidad de los clastos se ve muy afectada por el hábito de cristalización de los minerales. Los minerales en escamas no pueden tener una alta esfericidad incluso si se transportan lejos, mientras que los minerales granulares equiaxiales mostrarán una alta esfericidad incluso si se transportan muy cerca.

2. Transporte y deposición del viento

El viento también es un flujo de tracción. La densidad del aire es mucho menor que la del agua que fluye. La densidad del agua es 1 g/cm3. La densidad del aire a 15 ℃ es 0,00122 g/cm3. Por tanto, la capacidad de transporte del viento es mucho menor que la del agua que fluye, y las partículas transportadas por el viento son principalmente limo y arcilla. Dado que la arcilla puede permanecer suspendida en la atmósfera durante mucho tiempo, los sedimentos transportados por el viento son principalmente arena limosa y una parte de arena muy fina sólo puede ser transportada por vientos fuertes. Los materiales detríticos transportados por el viento son principalmente depósitos aluviales de ríos antiguos, depósitos aluviales de ríos modernos, depósitos de lagos y depósitos residuales y depósitos de laderas procedentes de la erosión del lecho rocoso.

(1) Factores de control del transporte y deposición de partículas clásticas

El sedimento en suspensión es transportado por el viento a una gran distancia en estado suspendido desde el lugar original cuando la velocidad del viento se debilita. Cuando la velocidad ascendente de su movimiento sea menor que la velocidad de sedimentación de las partículas, se depositará de manera más uniforme en el vasto suelo.

El lecho rocoso cercano al suelo se acumula debido a diversos obstáculos en el suelo o debido a diferencias en las propiedades de la superficie. La distancia de transporte del lecho rocoso desde la erosión hasta la acumulación suele ser limitada. Varios obstáculos (incluidas las ondulaciones del terreno) bloquearán el flujo de aire y formarán vórtices. La aparición de vórtices aumenta la resistencia, lo que hace que la capacidad de transporte de arena del flujo de aire se reduzca drásticamente o incluso se pierda por completo. Como resultado, la arena arrastrada por el viento se acumula en grandes cantidades cerca de los obstáculos, formando montones de arena. Los cambios en las propiedades de la superficie también pueden provocar la acumulación de arena eólica. Por ejemplo, el suelo duro favorece el rebote del agua salada, pero el suelo arenoso blando es propenso a la acumulación.

(2) Método de transporte

El efecto de transporte del viento se refiere al proceso mediante el cual se transportan partículas de sedimento de varios tamaños transportadas por el viento. Hay tres formas básicas de transporte eólico: salto, suspensión y fluencia.

◎Lapshift: se refiere a que después de que el viento levanta las partículas de arena de la superficie, ganan impulso en el flujo de aire y aceleran para avanzar. Dado que la densidad del aire es mucho menor que la de las partículas de arena (aproximadamente 1:2000), la resistencia que experimentan las partículas de arena es menor, por lo que cuando caen al suelo, todavía tienen un impulso considerable y rebotan o saltan. después de impactar con otras partículas, provocando que la arena se mueva alcanzando gran intensidad muy rápidamente. Los granos de arena de 0,10 a 0,15 mm tienen más probabilidades de moverse a pasos agigantados.

◎Suspensión: partículas de sedimento con un tamaño de partícula inferior a 0,1 mm, debido a que su velocidad de sedimentación suele ser menor que la velocidad ascendente del viento que sopla, una vez que las partículas de marea son expulsadas del suelo, se mueven hacia adentro. de manera suspendida. La naturaleza de su movimiento depende enteramente de la estructura del flujo de aire sobre él.

◎Peristálsis: Las partículas más grandes ruedan o se deslizan por el suelo debido a la presión del viento o al impacto de las partículas en translocación, lo que se llama peristalsis. Su velocidad de movimiento es muy baja, sólo de 1 a 2 cm/s en promedio, mientras que la velocidad promedio de las partículas que saltan puede alcanzar cientos de centímetros por segundo. Toda la arena gruesa entre 0,5 y 1,0 mm generalmente se mueve de manera peristáltica, y la cantidad de peristaltismo representa aproximadamente 1/4 del transporte total de arena. Entre las diversas formas de movimiento de los sedimentos transportados por el viento, la saltación es la más importante y es la principal masa de arena transportada.

(3) Sedimentación

La sedimentación se refiere al proceso en el que el sedimento en el flujo de aire que transporta arena se asienta y se acumula debido al viento debilitado o a obstáculos del suelo. El sedimento suspendido es transportado a una gran distancia por el viento en estado suspendido desde el lugar original. Cuando la velocidad del viento se debilita hasta el punto en que su velocidad de movimiento ascendente es menor que la velocidad de sedimentación de las partículas, se depositará uniformemente en la vasta superficie. suelo. El lecho rocoso cercano al suelo se acumula debido a diversos obstáculos en el suelo o diferencias en las propiedades de la superficie. La distancia de transporte del lecho rocoso desde la erosión hasta la acumulación suele ser limitada. Varios obstáculos (incluidas las ondulaciones del terreno) bloquearán el flujo de aire y formarán vórtices. La aparición de vórtices aumenta la resistencia, lo que hace que la capacidad del flujo de aire para transportar arena se reduzca drásticamente o incluso se pierda por completo. Como resultado, la arena arrastrada por el viento se acumula en grandes cantidades cerca de los obstáculos, formando montones de arena. Una vez formado el montón de arena, actúa como un obstáculo y puede aumentar gradualmente en tamaño y altura hasta convertirse en una duna de arena (Figura 10-7).

(4) Características de los sedimentos

Los materiales transportados y acumulados por el viento se denominan arenas eólicas. Tiene características diferentes de la arena formada por lagos, arena formada por ríos y arena formada por mar:

1) La arena eólica tiene un tamaño de partícula uniforme y la mejor clasificación, y el tamaño máximo de partícula generalmente es inferior a 1 mm. y menos de 0,06 mm. El contenido de arena es muy pequeño y el coeficiente de clasificación se sitúa principalmente entre 1,1 y 1,4.

Figura 10-7 La formación de dunas de arena eólicas (Bagnold, 1941)

2) La redondez es relativamente alta. Según estadísticas de varios desiertos de China, el índice medio de redondez de los granos de arena es de 39,99, mientras que el de la arena eólica es de 29,31. La superficie de las partículas más grandes aparece rugosa bajo el microscopio, con picaduras y hoyos en forma de plato, rastros de corrosión y depósitos de SiO2. Para partículas menores de 0,1 mm, estos fenómenos no son obvios.

3) La composición mineral de la arena eólica es principalmente cuarzo, con una pequeña cantidad de feldespato y diversos minerales pesados ​​(hornblenda, epidota, etc., generalmente de 16 a 22 tipos), y es fácil de desgastar. Hay muy pocos minerales, como la quebradiza mica, que rara vez se ve en la arena eólica. El proceso de formación del viento en la morfología de la superficie se manifiesta en el proceso de erosión eólica, transporte y acumulación de materiales superficiales. Se distribuye en una amplia gama de áreas, incluidas áreas áridas, áreas semihúmedas e incluso áreas húmedas. Debido a las características naturales de las áreas secas y ventosas, con vegetación superficial escasa o incluso completamente expuesta, las áreas áridas tienen fuertes fuerzas de viento y se convierten en la principal fuerza exógena para el desarrollo de accidentes geográficos desérticos, formando un entorno moldeado por otras fuerzas exógenas como el flujo. agua, glaciares y gravedad La topografía es un paisaje eólico completamente diferente (erosión eólica, relieve eólico).

(2) Transporte y sedimentación del flujo por gravedad

El flujo por gravedad es un fluido de alta densidad que fluye bajo la acción de la gravedad y se dispersa con una gran cantidad de sedimento. Johnson (1930) alguna vez llamó a este tipo de fluido corrientes de turbidez. Con la profundización del trabajo de investigación, se ha descubierto que la corriente de turbidez es sólo un tipo de flujo por gravedad de sedimentos. El flujo por gravedad de sedimentos submarinos se divide en flujo por gravedad de sedimentos atmosféricos: ① El flujo por gravedad de sedimentos submarinos incluye el flujo de turbidez, el flujo de sedimentos licuados, el flujo de partículas y el flujo de escombros. ② El flujo por gravedad de sedimentos atmosféricos se refiere a la fase con la atmósfera. Fluidos en los que los sedimentos en contacto se mezclan con agua o gas, incluidos los flujos de cenizas volcánicas (flujos de nubes de cenizas calientes) formados en el aire durante las erupciones volcánicas y las ondas de fondo de gas caliente formadas cerca de los cráteres volcánicos.

1. Características del flujo por gravedad de sedimentos submarinos

◎ Corriente de turbidez: Es un fluido de alta densidad en estado turbulento de alta velocidad mezclado con una gran cantidad de escombros en suspensión. La fuerza que sostiene las partículas en las corrientes de turbidez es la fuerza de flotación de los vórtices. Los materiales transportados por las corrientes de turbiedad suelen ser transformados a partir de sedimentos redepositados o licuados. Son impulsados ​​por la gravedad y en forma de oleadas. Tienen enormes capacidades de transporte y erosión. Las corrientes de turbidez son provocadas por procesos geológicos como los terremotos y a menudo se forman en las laderas de cuencas de aguas profundas.

◎Flujo de partículas: Es un fluido sin fuerza cohesiva ni cohesión entre partículas. La fuerza que sostiene a las partículas en el flujo de partículas es el empuje generado por las colisiones entre partículas.

◎Flujo de sedimentos licuados: flujo intergranular ascendente compuesto por agua y sedimentos. La fuerza que soporta las partículas es el exceso de presión de poro hacia arriba.

◎Flujo de Detritos: También conocido como flujo de detritos, se refiere a un fluido que avanza en un oleaje y contiene una gran cantidad de arcilla dispersa y detritos finos. La fuerza que soporta las partículas en el flujo de escombros es la fuerza de la matriz. La clasificación de sedimentos por flujo de gravedad es muy deficiente, no hay estratos cruzados a gran escala y, a menudo, tienen una estructura masiva y granular. El flujo por gravedad se encuentra comúnmente en abanicos aluviales continentales, lagos profundos y ambientes abisales o semiabisales. En zonas marinas poco profundas, los huracanes fuertes también pueden provocar corrientes tormentosas con propiedades de densidad de corriente.

2. Características del flujo por gravedad de sedimentos atmosféricos

El flujo por gravedad de sedimentos atmosféricos se refiere a un fluido de alta densidad formado al mezclar sedimentos en contacto directo con la atmósfera con agua o gas. Según G.M. Friedeman (1978) y otros, el flujo por gravedad de sedimentos atmosféricos incluye: el flujo de colapso de rocas, que es una mezcla de sedimento normal y gas, el otro es una mezcla de alta densidad de material volcánico y gas, que es causada por erupciones volcánicas; Un fluido mixto de alta densidad formado por el gas saliente y el material volcánico; cuando esta mezcla fluye a lo largo de la superficie, se llama flujo hidrotermal cuando la ceniza volcánica es expulsada al aire y suspendida en la atmósfera, el fluido de alta densidad. formado se llama flujo de ceniza volcánica (flujo de nube de ceniza caliente).

(3) Transporte y depósito de glaciares

1. Función de transporte de los glaciares

Durante el movimiento de los glaciares, estos trasladarán los escombros que transportan a otros lugares. . Los materiales transportados por los glaciares se denominan transportes de hielo, y provienen principalmente de partículas de diversos tamaños de material de desecho producido por la erosión del hielo y de materiales de desecho producidos por la erosión del hielo y la gravedad de las laderas en ambos lados de las laderas del valle. Estos escombros se distribuyen principalmente en el fondo y ambos lados del glaciar, y también hay escombros distribuidos en el interior y en la superficie.

El glaciar tiene una gran capacidad de transporte y puede mover enormes bloques de roca con un tamaño de partícula de 10 a 20 metros o más. Las rocas con un tamaño de partícula superior a 1 m se denominan cantos rodados glaciales.

La función de transporte de los glaciares incluye dos métodos: acarrear y empujar. ① Cuando el glaciar se mueve, los escombros dentro y en la superficie del glaciar migrarán con el glaciar, como una cinta transportadora que transporta objetos. Este método de transporte se llama transporte. El transporte es el principal método de transporte de los glaciares. ② Empujar es cuando el extremo frontal del glaciar empuja los restos de roca en el suelo en el extremo frontal del glaciar hacia adelante con un gran empuje. Este método de transporte solo ocurre bajo la condición de que el extremo frontal del glaciar avance.

Dado que los glaciares son materiales sólidos, las posiciones relativas de los objetos transportados por el hielo rara vez cambian durante el transporte, por lo que el transporte glaciar no tiene el fenómeno de clasificar según el tamaño y la densidad.

2. Sedimentación glaciar

La sedimentación glaciar incluye tres métodos: derretimiento, avance y acumulación estancada: ① El derretimiento se refiere al derretimiento de la superficie o borde del glaciar, a partir del cual se produce una deposición. Método en el que se acumulan escombros dispersos en el sitio. ② Cuando la parte frontal del glaciar avanza, acumulará el material raspado como una excavadora. Este método de deposición se llama avance. ③Si el glaciar encuentra obstáculos durante su movimiento y se aprieta, su punto de fusión disminuirá y se derretirá, y los escombros esparcidos en él se acumularán en el lugar. Este método de deposición se llama estancamiento.

3. Tipos de sedimentos

Los tipos de sedimentos transportados y depositados por los glaciares incluyen morrenas y sedimentos de agua helada: ① Los sedimentos acumulados directamente por los glaciares se denominan morrenas y tienen las características sin material de cama, chips de tamaños mixtos y redondez deficiente. ②Los depósitos de agua helada se forman por el agua derretida de los glaciares (agua helada). La deposición de agua de los glaciares se divide en deposición de contacto de glaciares y deposición preglacial. Los depósitos de contacto con glaciares (también llamados depósitos en los límites del hielo) se refieren a un tipo de depósitos de agua helada en áreas de glaciares o inmediatamente adyacentes a ellas, donde el agua helada y los glaciares existen y están en estrecho contacto, y los depósitos de agua helada y las morrenas glaciares se mezclan y se superponen entre sí. otro. . La deposición preglacial es la deposición de agua helada en la periferia del glaciar después de que el agua helada sale del glaciar. Incluyendo depósitos de ríos glaciares, depósitos de lagos glaciares y depósitos marinos de glaciares.

2. Transporte químico y sedimentación

Las sustancias disueltas que se producen tras la meteorización de la roca madre son principalmente Cl, S, Ca, Na, K, Mg, P, Si, Al. , Fe , Manganeso etc. En el orden de disposición anterior, los que están delante del Mg (incluido el Mg) tienen una alta solubilidad y se transportan en su mayoría en un estado de solución verdadera. Los que están detrás del Mg tienen una solubilidad baja y se transportan en su mayoría en un estado de solución coloidal (Figura 10-8). ). Estas sustancias rara vez precipitan en ríos y aguas subterráneas; precipitan principalmente en lagos salados, lagos y océanos. El océano es el principal lugar de deposición de estos materiales.

Figura 10-8 Diagrama esquemático de la distribución de soluciones verdaderas y soluciones coloidales en la naturaleza

1. El transporte y deposición de soluciones coloidales

Las soluciones coloidales son Una solución entre una dispersión (suspensión) gruesa y una solución verdadera, con un tamaño de partícula de 1 a 100 μm. Debido a su gran área específica, puede adsorber iones y tiene carga superficial.

Según la naturaleza de la carga, se dividen en coloides positivos y coloides negativos. Los coloides positivos comunes incluyen hidrato de Al2O3, hidrato de Fe2O3, hidrato de Cr2O3, hidrato de TiO2, CaCO3, MgCO3, CaF2 e hidróxidos de Zr, Ce y Cd. Los coloides negativos comunes incluyen SiO2, coloides arcillosos, MnO2, S, V2O5, SnO y sulfuros de Pb, Cu, Cd, As y Sb. Además, los coloides tienen capacidades de adsorción, como los coloides negativos que adsorben cationes (coloides arcillosos que adsorben K, Au, Ag, Hg, V) y los coloides positivos que adsorben aniones.

Los requisitos previos para transportar soluciones coloidales son: ① Debido a la existencia del movimiento browniano, puede contrarrestar la fuerza de gravedad y evitar que el coloide se hunda ② Las cargas de los coloides son las mismas; a los contraiones y contraiones en la capa de difusión y la capa de doble electrón. La afinidad del disolvente forma una película de solvatación que dificulta la colisión de iones.

Cuando los coloides pierden su estabilidad durante el transporte, las sustancias coloides sufrirán cohesión o floculación y se asentarán gradualmente bajo la acción de la gravedad en un ambiente adecuado. Cuando se encuentran coloides con cargas de diferente naturaleza, se condensan en partículas grandes, que luego se depositan para formar depósitos de coloides. Por ejemplo, cuando el SiO2 (coloide negativo) y el coloide Al2O3 (coloide positivo) se encuentran, se produce la neutralización de la carga y se forma y deposita caolinita.

La adición de diferentes tipos de electrolitos también puede neutralizar las cargas de las partículas coloidales, provocando así que las partículas coloidales se aglomeren y se depositen. Por ejemplo, la razón por la que las sustancias coloidales (como hierro, manganeso, aluminio, etc.) transportadas por los ríos se depositan en zonas cercanas a la costa tan pronto como ingresan al océano es porque varios electrolitos en el agua de mar neutralizan sus cargas.

Otros factores que afectan la coagulación y deposición de coloides incluyen: aumento de la concentración de solución coloidal, cambios en el valor del pH, exposición a la radiación, acción capilar, oscilación violenta y descarga atmosférica.

Los sedimentos coloidales suelen ser gelatinosos y tienen fracturas en forma de concha después de solidificarse en roca. Las rocas formadas por sedimentos coloidales tienen partículas finas y fuertes propiedades de absorción. A menudo tienen forma de estalactita, nódulo, lente y, a veces, capas, tortuga y panal. Además, la composición química de las rocas formadas a partir de sedimentos coloidales suele ser inestable debido a su fuerte capacidad de intercambio iónico y a su capacidad para absorber una cantidad indefinida de agua.

2. Transporte y deposición de sustancias en solución verdadera

Cl, S, Ca, Na, K y Mg en los productos de la meteorización de la roca madre se disuelven principalmente en agua en estado iónico. es decir, se transporta en verdadero estado de solución y, en ocasiones, Fe, Mn, Si y Al también se pueden transportar en estado iónico en agua.

El factor decisivo en el transporte y deposición de sustancias en verdadera solución es la solubilidad. Cuanto mayor es la solubilidad, más fácil es de transportar y más difícil de depositar; cuanto menor es la solubilidad, más fácil es de sedimentar y más difícil de transportar;

Fe, Mn, Si, Al y otras sustancias disueltas tienen baja solubilidad y son fáciles de precipitar. Las condiciones físicas y químicas del medio son muy importantes durante su manipulación y deposición. El Fe3+ sólo es estable en un medio acuoso altamente ácido (pH<3) y puede transportarse a largas distancias cuando el pH>3, el Fe3+ comienza a precipitar. Fe2+ ​​​​es diferente. Comienza a precipitar cuando el pH = 5,5 ~ 7. Por tanto, el Fe2+ es mucho más fácil de transportar que el Fe3+. Además, los valores de Eh requeridos para la precipitación de Fe2+ y Fe3+ también son diferentes.

La precipitación de SiO2 requiere condiciones débilmente ácidas, mientras que la precipitación de CaCO3 requiere condiciones débilmente alcalinas (Figura 10-9). Además, la precipitación de CaCO3 también está controlada por la temperatura del medio acuoso. Cuando la temperatura del medio acuoso aumenta, la solubilidad del CO2 en el medio acuoso disminuye, lo que provoca que el Ca(HCO3)2 disuelto se transforme en CaCO3 y precipite, por el contrario, cuando la temperatura disminuye, la reacción procederá en el medio acuoso; dirección opuesta. Por tanto, la deposición de carbonatos es más común en las regiones tropicales y subtropicales.

Figura 10-9 La relación entre la precipitación de SiO2 y CaCO3 y el pH (Blatt, 1972)

El valor de Eh tiene un mayor impacto en elementos de precio variable como Fe, Mn, etc. Elementos como Fe y Mn forman hematita y pirolusita en condiciones oxidantes; glauconita y oolita en condiciones redox débiles; siderita y rodocrosita en condiciones reductoras y rodocrosita en condiciones reductoras fuertes.

El transporte y deposición de sustancias de alta solubilidad (como Cl, S, Ca, Na, K, Mg, etc.) no se ven muy afectados por las condiciones del medio acuoso. Sólo pueden depositarse en cuencas sedimentarias cerradas o semicerradas, o en zonas supramareales con circulación de agua limitada, es decir, en condiciones de evaporación.

El yeso, la anhidrita, la sal sódica, la sal potásica y la sal magnésica son productos de deposición típicos de soluciones verdaderas.

3. Transporte biológico y sedimentación

Los organismos biológicos han participado mayoritariamente en diversas etapas de la sedimentación y evolución sedimentaria, especialmente desde finales del Precámbrico, han adquirido una importancia cada vez mayor. A través de sus propias actividades vitales, los seres vivos promueven directa o indirectamente la descomposición, combinación, migración, dispersión y agregación de elementos químicos y diversos minerales formadores de rocas orgánicos o inorgánicos, y promueven la formación de rocas y depósitos minerales en lugares adecuados.

Los organismos biológicos absorben nutrientes del medio circundante para construir esqueletos y organismos. Después de la muerte, se acumulan en rocas sedimentarias biológicas, como piedra caliza de concha, tierra de diatomeas, tiza, roca radiolaria, roca esponjosa, carbón y petróleo. , etc.

4. Diferenciación sedimentaria

Los productos de la meteorización de la roca madre y los sedimentos de otras fuentes se procesan según el tamaño, la forma, la densidad, la composición mineral y la composición química de las partículas durante el transporte y la deposición. El fenómeno de que las diferencias se depositen secuencialmente se llama diferenciación por sedimentación. Entre ellos, la diferenciación por deposición mecánica está controlada principalmente por principios físicos y la diferenciación por deposición química está controlada principalmente por principios químicos.

◎Diferenciación de deposición mecánica: Los principales factores que determinan la diferenciación de deposición mecánica son el tamaño, la forma, la densidad de las partículas y la naturaleza y velocidad del medio de transporte. Generalmente, los clastos de grano grueso se depositan primero, seguidos de los clastos de grano más pequeño; primero se depositan los clastos más densos, seguidos de los clastos de menor densidad. La diferenciación por sedimentación mecánica hace que los sedimentos formen una distribución de bandas regular a lo largo de la dirección de transporte en el orden de grava → arena → limo → arcilla. La diferenciación por sedimentación mecánica también hace que minerales con alta densidad y pequeño volumen se acumulen junto con clastos con baja densidad y gran volumen (Figura 10-10), como los conglomerados auríferos. La forma de las partículas también afecta la diferenciación de materiales. Por ejemplo, los minerales escamosos son fáciles de suspender pero no fáciles de sedimentar, y los minerales granulares equiaxiales son fáciles de sedimentar.

Figura 10-10 Ilustración de la diferenciación por deposición mecánica (Pustovalov, 1954)

◎Diferenciación por deposición química: el principal factor que determina la diferenciación por deposición química es la solubilidad debido a la diferente solubilidad. de solutos y la influencia de factores como la naturaleza de la solución, la temperatura, el valor del pH, etc., la deposición de sustancias en soluciones verdaderas también tiene una secuencia de lejos y cerca. Este efecto se llama diferenciación de deposición química. La secuencia de diferenciación de la deposición química es aproximadamente la siguiente:

Óxidos (Fe2O3, MnO2, SiO2) → fosfatos → silicatos de hierro (glauconita, etc.) → carbonatos (CaCO3, CaMg [CO3 ]2) → sulfato ( CaSO4) → Haluro (NaCl, KCl, MgCl2, etc.) (Figura 10-11).

Figura 10-11 Ilustración de la diferenciación por sedimentación química (Pustovalov, 1954)

Las sustancias coloidales como el óxido de hierro y el óxido de manganeso a menudo se ven afectadas por los electrolitos del agua de mar que se depositan en zonas costeras y marinas. primero, y fueron elaborados con arena, barro, etc. En segundo lugar, parte del óxido de hierro y del sílice se sintetizan en silicatos que contienen hierro, como la glauconita, que es un mineral típico de los ambientes marinos poco profundos. A esto le siguen depósitos de carbonatos como piedra caliza y dolomita. Por último, están los depósitos de sulfatos como el yeso y haluros como la sal gema, la sal de potasio y la sal de magnesio. Debido a su alta solubilidad, permanecen en el agua de mar durante mucho tiempo y solo se depositan en condiciones de fuerte evaporación. Diferenciación por sedimentación química. Producto tardío de acción.

La diferenciación sedimentaria es de gran importancia para comprender los patrones de formación y distribución de rocas sedimentarias y minerales sedimentarios, y para dilucidar el entorno sedimentario y las características paleogeográficas. Dado que hay muchos factores que afectan la diferenciación de la sedimentación, las reglas simples no pueden resumir hechos complejos. Por ejemplo, a veces se pueden formar depósitos de carbonatos en ambientes de aguas poco profundas, mientras que los depósitos clásticos también pueden ocurrir en ambientes de aguas relativamente profundas. De hecho, durante todo el proceso de formación de las rocas sedimentarias, es decir, en las etapas de meteorización, transporte y sedimentación, la diferenciación de materiales siempre está presente. Incluso después de la formación de sedimentos y rocas sedimentarias, la disolución, lixiviación, condensación, concentración, descomposición y transformación de determinadas sustancias provocará el reajuste y distribución de sustancias, provocando que algunas sustancias migren y otras se enriquezcan, pudiendo formar Minerales útiles. Esta es también una especie de diferenciación por sedimentación: diferenciación después del período de deposición.