5. Sedymentacja.pdf

Rozdział

SEDYMENTACJA

Procesy wietrzenia i erozji powodują utworzenie się rozluźnionych,

sypkich utworów, które woda płynąca, wiatr lub lodowce przenoszą

z wyższych miejsc i gromadzą w niższych obszarach. Transportowane

utwory mogą gromadzić się na lądzie wskutek zmniejszenia się siły

nośnej ośrodka transportującego, np. wiatru, rzeki itd. Składanie osa

dów na lądzie odbywa się najczęściej pod poziomo skierowanym dzia

łaniem czynnika mechanicznego, jak wody płynącej, wiatru lub posu

wającego się lodowca. Natomiast składanie osadów w morzu lub je

ziorze odbywa się w znacznej mierze spokojnie przez grawitacyjne opa

danie cząstek na dno lub przez wytrącanie się związków chemicznych

z roztworu. W strefach przybrzeżnych istnieją warunki pośrednie mię

dzy depozycją lądową a morską; oprócz spokojnego opadania cząstek

na dno działają też prądy morskie. W procesie sedymentacji wielki

udział biorą organizmy zwierzęce i roślinne oraz procesy chemiczne.

Procesy sedymentacyjne odbywają się niemal wszędzie na po

wierzchni Ziemi, ale osady nie wszędzie są składane na dłuższy okres

czasu i w normalnym biegu zjawisk łatwo ulegają erozji. Rzeka np.

składa osady wzdłuż całego swego biegu, ale osady te po dłuższym lub

krótszym czasie zostają usunięte i przemieszczone w dół rzeki. Dopiero

na wielkich równiach zalewowych w dolnym biegu rzeki, a zwłaszcza

w pobliżu ujścia, osady są składane na długi okres czasu. Morza, oceany,

większe jeziora, wielkie zagłębienia śródlądowe są miejscami trwałej

depozycji osadów; gdzie indziej osady są składane przejściowo.

A. TWORZENIE SIĘ OSADÓW LĄDOWYCH

1. AKUMULACJA RZECZNA

Aluwia. Depozycją grubszych materiałów niesionych przez rzekę

zachodzi wtedy, gdy prędkość rzeki jest za mała, aby dalej unosić ma

teriał transportowany; dotyczy to materiałów transportowanych w sta

nie zawieszonym lub wleczonym. Utwory składane przez rzekę na dnie

koryta lub na jego brzegach (w okresach powodzi) nazywa się napły

wami, czyli aluwiami.

Materiał osadzony w aluwiach pochodzi z mechanicznego rozdrab

niania skał przez płynącą wodę, jest więc materiałem klastycznym (od

grec. klao - — łupię).

178

Osadzanie materiału przez rzekę zależy od prędkości osadzania,

która jest niższa od prędkości erozyjnej i transportowej (ryc. 18). Ta

bela 11 przedstawia prędkości, przy których osadzają się ziarna zależnie

od wymiarów. Powyżej tych prędkości ziarna są przez rzekę niesione

lub wleczone.

Tabela 11

Prędkości osadzania (z K u e n e n a)

Średnica ziarn w mm

Prędkość prądu w cm/sek

0,01

0,1

o,r

0,7

0,5

5,0

10,0

Transport materiałów odbywa się głównie w okresie powodzi. Kiedy

woda opadnie i jej prędkość się zmniejsza, tworzą się w dnie rzeki ła

chy żwirów i piasków nieraz na przestrzeni przeszło 100 m długości.

Mają one kształt wydłużony w kierunku biegu rzeki; w tymże kierunku

stok ich jest stromy. Im silniejszy był prąd, tym bardziej stromy jest

spadek w kierunku prądu. Wewnątrz łachy piasek i żwir są uwarstwione

nieregularnie,

prądu.

Kąt nachylenia jest kątem naturalnego stoku i zależy od gruboziar-

nistości materiału, stopnia jego zaokrąglenia, siły prądu i gęstości

ośrodka (w wodzie jest mniejszy niż w powietrzu). Najczęściej kąt ten

wynosi 15 do 25°.

Gdy piasek 1 żwir są przetaczane prądem po dnie pochylonym w kie

runku prądu, ziarna zsuwają się pod wpływem siły ciężkości po pochy

łości, wskutek czego tworzą się warstewki pochylone w kierunku prądu.

Odbywa się to szczególnie tam, gdzie prąd wchodzi do głębszego basenu.

Grubsze ziarna gromadzą się zwykle u podstawy pochylonej warstewki.

Zależnie od siły prądu wierzchnia część pochylonych warstewek może

być od razu usuwana, albo też osadza się mniej więcej poziomo (ryc. 85).

Jeśli prąd zwiększy się, może ściąć górną część gromadzących się war

stewek i po ponownym spadku prędkości osadzić nowy zespół pochylo

nych warstewek. W ten sposób mogą nakładać się na siebie wielokrotnie

zespoły warstewek pochylonych w kierunku prądu, ścięte poziomymi

i mniej lub więcej równoległymi powierzchniami, wskutek czego po

wstaje warstwowanie przekątne. Im spokojniejszy jest prąd,

tym warstwowanie jest bardziej regularne, a kąt przekątnego warstwo

wania mniejszy. Gdy prąd jest bardzo silny, kąt jest duży i tworzy się

warstwowanie przekątne torencjalne, charaktery

styczne dla osadów złożonych przez nawałnicowe strumienie.

Materiał transportowany przez rzekę ulega trzem procesom: krusze

niu, ścieraniu (abrazji) i rozdzielaniu (sortowaniu) według wielkości

i ciężaru niesionych cząstek w zależności od siły transportowej prądu.

Kruszenie powstaje przez zderzanie się fragmentów; gra ono nie

dużą rolę w stosunku do abrazji. A b r a z j a atakuje przede wszystkim

179

1,0

ale zawsze uwarstwienie jest pochylone w kierunku

naroża i krawędzie okruchów, wskutek czego okruchy stają się obto

czone ,i zaokrąglone. Bardzo małe fragmenty nie ulegają na ogół obtocze

niu, gdyż wskutek małej masy nie wywierają dużego ciśnienia, a woda

powlekając ziarna działa do pewnego stopnia ochronnie. Większe za

okrąglone kamienie noszą nazwę otoczaków. Zależnie od kształtu

i twardości fragmentów, abrazja nadaje im kształty dyskoidalne, elipsoi

dalne lub kuliste. Gdy erodowany jest

ilasty materiał, tworzą się toczeń-

c e — kule ilaste, które toczone po

dnie oblepiają się drobnym żwirem

i piaskiem, stając się przez to toczeń-

cami „uzbrojonymi".

Transport fragmentów zaznacza się

w ich ułożeniu, wskutek czego powsta

je orientacja niesionych elementów.

Gdy otoczaki lub niesione okruchy są

płaskie, ustawiają się ukośnie, da-

chówkowo, pochylone w kierunku

przeciwnym prądowi, ponieważ jeden

fragment zatrzymuje drugi na nim

wleczony. Kąt utworzony między oto

czakiem a poziomem wody wynosi 15

do 30°. Jeśli otoczak ma kształt elip

soidalny, prąd toczy go dłuższą osią

ustawioną prostopadle do kierunku

prądu, tak jak toczy się walec. Nato

miast małe otoczaki i ziarna układają

się osią dłuższą równolegle do kierun

ku prądu, ale zapadającą w kierunku

przeciwnym prądowi. Nie odnosi się to

do wszystkich otoczaków, okruchów

i ziarn; w przestrzenie między większy

mi fragmentami mogą zostać powty-

kane mniejsze i dopasowując się do

pozostawionych im przestrzeni zajmą

różne położenia. Również, gdy spadek

jest duży, osi otoczaków układają się

przeważnie

pochylone

kierunku

prądu.

Stopień obtoczenia zależy od twardości i wielkości obrabianych frag

mentów i długości drogi transportu. Rzeka normalnie nie transportuje

materiału (z wyjątkiem zawiesin) a przenoszenie materiału, zwłaszcza

grubszego, odbywa się prawie wyłącznie podczas wyższych stanów wo

dy, a zwłaszcza powodzi. Dlatego abrazja rzeczna nie jest bardzo sku

teczna i żwiry, a zwłaszcza piaski niesione przez rzekę, charakteryzuje

złe obtoczenie. Osady morskie i eoliczne mają na ogół ziarna lepiej za

okrąglone i obtoczone.

W czasie transportu abrazja powoduje, że z biegiem rzeki będzie co

raz to mniej większych otoczaków (tab. 5). Równocześnie zmniejsza się

nośność rzeki, wskutek czego część materiału, którego rzeka nie może

180

Ryc. 85. Uwarstwienie przekątne

a — ułożenie warstewek bez ścięcia

górnej części; b — ułożenie warstewek

kolejno ścinanych erozyjnie; c — uwar

stwienie krzyżowe rzeczne; d — uwar

stwienie torencjalne

unieść, zostaje składana zależnie od wielkości. Nośność rzeki zależy

przede wszystkim od prędkości. Gdy ta maleje w sposób raptowny,

rzeka zrzuca różnorodny materiał zarówno gruby, jak i drobny; wtedy

sortowanie jest złe i osad składa się z elementów różnej wielkości;

gdy prędkość maleje powoli, rzeka zrzuci tylko grubszy materiał, przy

dalszym spadku prędkości średni, potem drobny itd. Wtedy każdora

zowo materiał osadzony przez rzekę będzie się składał z materiału,

w którym przeważają fragmenty pewnej wielkości, czyli będzie lepiej

wysortowany.

Proces sortowania materiału rzecznego może doprowadzić do powsta

nia złóż aluwialnych. Przy pewnych prędkościach ziarna mine

rałów cięższych nie mogą być już transportowane przez rzekę i groma

dzą się w większej ilości. Dotyczy to ziarn złota rodzimego (c. wł.

15,6-18,3), kasyterytu (SnO 2 , c. wł. 6,8), platyny rodzimej (c. wł.

17-21,5) itd.

Ponieważ w danym miejscu osady rzeki zależą od jej siły transpor

towej, a więc od jej prędkości, ta zaś zmniejsza się w miarę dojrzewa

nia rzeki, przeto w danym punkcie rzeki z biegiem czasu składane są

aluwia o coraz to drobniejszym ziarnie. Najczęściej w aluwiach jakiejś

rzeki obserwuje się u dołu pokrywę grubych żwirów powstałych w okre

sie młodocianym, przykrytą piaskami z wtrąceniami drobniejszych żwi

rów; ku górze ziarno piasku zmniejsza się, coraz więcej pojawia się czą

stek ilastych, aż w górnej części aluwiów obserwuje się płaszcz mułów

i iłów, określanych zwykle jako gliny rzeczne (mady).

W rzece tworzą się zatem osady o różnym stopniu rozdrobnienia.

Podział tych osadów według wielkości ziarn (frakcji) przedstawia ta

bela 12; podział ten odnosi się nie tylko do utworów rzecznych, ale także

morskich, eolicznych itd.

Tabela 12

Podział utworów klastyczngch (okruchowych) według

wielkości ziarna (według Wentwortha)

Nazwa utworu

Średnica w mm

Ił

0,004

0,004 - 0,062

Muł

Piasek b. drobnoziarnisty

0,062-- 0,125

Piasek drobnoziarnisty

0,125 - 0,25

Piasek średnioziarnisty

0.25 - 0,5

Piasek gruboziarnisty

0,5 - 1

Piasek b. gruboziarnisty

1 - 2

Żwirek

2 - 64

Żwir

4 —64

Głaziki

64 -256

Głazy

>256

Aluwia rozcięte przez rzekę, która z tych czy innych przyczyn roz

cina swe koryto, tworzą, jak to już wiemy, terasy.

Gromadzenie się aluwiów odbywa się głównie w dolnym biegu rzeki,

gdzie rzeka pracuje agradująco. Rzeki, których dorzecza związane są

z wysokimi górami i dlatego są przeładowane materiałem, usypują

wielkie ilości aluwiów w swym dolnym biegu, wskutek czego zasypują

181

0,004

0,004 - 0,062

swe koryto i mają tendencję rozlewania się na boki. Przykładem jest

rzeka Po w północnych Włoszech, która dzisiaj dzięki sztucznym tamom

płynie wyżej od Niziny Lombardzkiej. Zamulenie koryta może spowo

dować odchylenie biegu rzeki. Najbardziej znanym przykładem tego

zjawiska jest rzeka Hoang-Ho w Chinach, która w okresie wielkich po

wodzi wielokrotnie zmienia swój bieg.

Rzeka w dolnym biegu ma do tego stopnia zmniejszoną swą nośność,

że może materiał transportować tylko w okresie wielkich powodzi. Ta

kie rzeki mają zwykle obok normalnego koryta także koryto zalewowe,

czyli terasę zalewową, która jest zalewana i przykrywana alu-

wiami tylko w okresie powodzi. Niektóre wielkie rzeki , zależnie od wiel

kości powodzi, mają kilka teras zalewowych. W okresie powodzi rzeki

składają grubszy materiał w pobliżu głównego nurtu, tzn. po obu stro

nach normalnego koryta; w następstwie tego powstają naturalne wały

brzegowe. Nad dolną Missisipi wały te dochodzą do 1,5 m wyso

kości.

Ripplemarki. Charakterystyczną cechą powierzchni drobnoziarni

stego osadu złożonego przez prąd jest obecność ripplemarków

prądowych. Są to wydłużone, do siebie równoległe grzbieciki, prze

dzielone bruzdami (ryc. 86). Grzbieciki są asymetryczne, szczyty ich są

Ryc. 86. Ripplemarki

a — powstawanie ripplemarku; b — ripplemarki eoliczne; c — ripplemarki

wodne; d — ripplemarki oscylacyjne

zwykle zaokrąglone. W ripplemarkach, utworzonych przez prąd wody,

grubsze ziarna gromadzą się w bruzdach (ryc. 87). Ripplemarki powstają,

gdy prąd płynący po powierzchni piaszczystej natrafia na- jakąś prze

szkodę w postaci nierówności podłoża. Wytwarza się wtedy wir skie

rowany wstecz, który zatrzymuje przesuwane prądem cząstki, a równo

cześnie zwrócona w kierunku przeciwnym prądowi strona nierówności

jest erodowana (ryc. 86a). Dzięki temu usypują się warstewki zapadające

w stronę prądu, a nierówność przesuwa się w kierunku prądu. Zależnie

od zmian prędkości w kierunku poprzecznym do prądu grzbieciki mogą

się silniej wyginać w miejscach silniejszego prądu. Jeśli równocześnie

zmieniają się kierunki prądów, grzbieciki przecinają się, tworząc mniej

lub więcej regularną siatkę.

182

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: