Подводный оползень
Подводные оползни — это морские оползни , которые переносят осадки через континентальный шельф в глубокие глубины океана . Подводный оползень возникает, когда нисходящее напряжение (гравитация и другие факторы) превышает напряжение сопротивления материала склона морского дна, вызывая движения вдоль одной или нескольких вогнутых или плоских поверхностей разрыва. Подводные оползни происходят в самых разных условиях, в том числе под углом до 1°, и могут нанести значительный ущерб как жизни, так и имуществу. В последнее время были достигнуты успехи в понимании природы и процессов подводных оползней благодаря использованию гидролокатора бокового обзора и других технологий картографирования морского дна. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Причины
[ редактировать ]Подводные оползни имеют разные причины, которые связаны как с геологическими характеристиками оползневого материала, так и с временными факторами окружающей среды, влияющими на подводную среду. К частым причинам оползней относятся: i) наличие слабых геологических слоев, ii) избыточное давление из-за быстрого накопления осадочных отложений , iii) землетрясения , iv) нагрузки штормовых волн и ураганы , v) газогидратов диссоциация , vi) просачивание грунтовых вод и высокая пористость. давление воды, vii) ледниковая нагрузка, viii) рост вулканических островов и ix) чрезмерная крутизна. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Слабые геологические слои
[ редактировать ]Наличие слабых геологических слоев является фактором, способствующим подводным оползням любого масштаба. Это было подтверждено изображениями морского дна, такими как батиметрическое картографирование и данные трехмерного сейсмического отражения . Несмотря на их повсеместное распространение, о природе и характеристиках слабых геологических слоев известно очень мало, поскольку из них редко отбирались пробы и очень мало геотехнических над ними проводилось работ. Примером оползня, вызванного слабыми геологическими слоями, является оползень Сторегга недалеко от Норвегии , общий объем которого составлял 3300 км . 3 . [ 3 ] [ 4 ]
избыточное давление
[ редактировать ]-за быстрого отложения осадков Избыточное давление из тесно связано со слабыми геологическими слоями. Пример оползней, вызванных избыточным давлением из-за быстрого осаждения, произошел в 1969 году в дельте реки Миссисипи после того, как ураган «Камил» . на регион обрушился [ 2 ]
Землетрясения
[ редактировать ]Землетрясения являются ключевым фактором, вызывающим большинство крупных подводных оползней. Землетрясения создают значительную нагрузку на окружающую среду и могут способствовать повышению давления поровой воды, что приводит к разрушению. Землетрясения спровоцировали оползень в Гранд-Бэнксе в 1929 году, когда 20-километровый оползень 3 Подводный оползень начался после землетрясения. [ 3 ] [ 5 ]
Загрузка штормовой волны
[ редактировать ]Штормовые волны и ураганы могут привести к подводным оползням на мелководье и были признаны одним из факторов, которые способствовали оползням, которые произошли в дельте Миссисипи в 1969 году после урагана Камилла . [ 2 ]
Газовые гидраты
[ редактировать ]Ряд исследований показал, что газовые гидраты залегают под многими подводными склонами и могут способствовать возникновению оползней. Газовые гидраты — это льдоподобные вещества, состоящие из воды и природного газа, которые стабильны при условиях температуры и давления, обычно встречающихся на морском дне. Когда температура повышается или давление падает, гидрат газа становится нестабильным, позволяя некоторой части гидрата диссоциировать и выделять природный газ в пузырьковой фазе . Если поток поровой воды затруднен, то загрузка газа приводит к избыточному давлению поровой воды и снижению устойчивости откоса. Считается, что диссоциация газовых гидратов способствовала оползням на глубинах от 1000 до 1300 м у восточного побережья США и оползню Сторегга у восточного побережья Норвегии . [ 2 ] [ 6 ]
Просачивание грунтовых вод
[ редактировать ]Просачивание грунтовых вод и повышенное поровое давление воды могут вызвать подводные оползни. Повышенное давление поровой воды приводит к снижению сопротивления трения скольжению и может быть результатом обычных процессов отложения или может быть связано с другими причинами, такими как землетрясения, диссоциация газовых гидратов и ледниковая нагрузка . [ 3 ]
Ледниковая нагрузка
[ редактировать ]Разрушение отложений на окраинах ледников в результате ледниковой нагрузки является обычным явлением и проявляется в широком спектре измерений: от относительно небольших процессов массового истощения во фьордах до крупномасштабных оползней, охватывающих несколько тысяч квадратных километров. Факторами, которые являются значимыми для оползней, вызванных ледниковой нагрузкой, являются изгиб коры из-за нагрузки и разгрузки нестабильного ледяного фронта, изменение дренажа и просачивание грунтовых вод, быстрое отложение с низкой пластичностью илов , быстрое образование морен и до надгемипелагических межстайальных отложений. . Примером того, как ледниковая нагрузка приводит к подводным оползням, является оползень Нюк на севере Норвегии . [ 2 ] [ 7 ] [ 8 ]
Рост вулканического острова
[ редактировать ]Обвалы склонов, вызванные ростом вулканических островов, являются одними из крупнейших на Земле, их объемы составляют несколько кубических километров. Разрушение происходит, когда большие тела лавы формируются над слабыми морскими отложениями, которые склонны к разрушению. Отказы особенно распространены в зданиях высотой более 2500 м и редко встречаются в зданиях высотой менее 2500 м. Изменения в поведении оползней значительны: некоторые оползни едва успевают за ростом в верхней части вулкана, в то время как другие могут устремляться вперед на большие расстояния, достигая длины оползней более 200 км. Подводные оползни на вулканических островах происходят в таких местах, как Гавайские острова. [ 1 ] [ 9 ] [ 10 ] и острова Зеленого Мыса. [ 11 ]
Переходное отверстие
[ редактировать ]Чрезмерная крутизна вызвана размывом океаническими течениями и может привести к возникновению подводных оползней. [ 2 ]
В некоторых случаях взаимосвязь между причиной и возникшим оползнем может быть вполне ясной (например, обрушение слишком крутого склона), тогда как в других случаях взаимосвязь может быть не столь очевидной. В большинстве случаев возникновению оползня может способствовать более чем один фактор. Это хорошо видно на норвежском континентальном склоне, где расположение оползней, таких как Сторегга и Траенадьюпет, связано со слабыми геологическими слоями. Однако положение этих слабых слоев определяется региональными различиями в стиле седиментации, который сам по себе контролируется крупномасштабными факторами окружающей среды, такими как изменение климата между ледниковыми и межледниковыми условиями. Даже принимая во внимание все вышеперечисленные факторы, в конце концов было подсчитано, что для того, чтобы оползень в конечном итоге начался, необходимо землетрясение. [ 1 ] [ 3 ]
Средами, в которых обычно встречаются подводные оползни, являются фьорды , активные дельты рек на окраине континента , системы подводных каньонов, открытые континентальные склоны , а также океанические вулканические острова и хребты. [ 1 ]
Подводные оползневые процессы
[ редактировать ]Существует множество различных типов движения подводных масс. Все движения взаимоисключающие, например, скольжение не может быть падением. Некоторые типы массовых движений, например скольжение, можно отличить по нарушенному шагу, подобному морфологии, который показывает, что движение несостоявшейся массы было лишь незначительным. Смещенный материал на предметном стекле перемещается по тонкой области высокой деформации. При потоках зона оползня останется голой, а вытесненная масса может отложиться за сотни километров от начала оползня. Перемещенные осадки в результате падения будут преимущественно перемещаться по воде, падая, подпрыгивая и перекатываясь. Несмотря на разнообразие различных оползней, присутствующих в подводной среде, только оползни, селевые потоки и мутные течения вносят существенный вклад в гравитационный перенос наносов. [ 2 ] [ 3 ]
Недавние достижения в области трехмерного сейсмического картирования позволили получить впечатляющие изображения подводных оползней у берегов Анголы и Брунея , подробно показывающие размер транспортируемых блоков и то, как они перемещались по морскому дну. [ 12 ] [ 13 ]
Первоначально считалось, что подводные оползни в связных отложениях систематически и последовательно развиваются вниз по склону от оползня к селевому потоку и мутному потоку посредством медленно увеличивающегося распада и уноса воды. Однако сейчас считается, что эта модель, вероятно, является чрезмерным упрощением, поскольку некоторые оползни перемещаются на многие сотни километров без каких-либо заметных изменений в мутные потоки, как показано на рисунке 3, в то время как другие полностью превращаются в мутные потоки вблизи источника. Такое изменение развития различных подводных оползней связано с развитием векторов скорости в смещенной массе. Напряжение на месте, свойства отложений (особенно плотность) и морфология разрушенной массы будут определять, остановится ли слайд на небольшом расстоянии вдоль поверхности разрыва или превратится в поток, который перемещается на большие расстояния. [ 1 ] [ 2 ]
Первоначальная плотность осадка играет ключевую роль в мобилизации в потоки и расстояниях, которые преодолевает горка. Если осадок представляет собой мягкий, жидкий материал, то горка, скорее всего, переместится на большие расстояния, и более вероятно возникновение потока. Однако если осадок более твердый, то горка будет перемещаться только на небольшое расстояние, и вероятность возникновения потока будет меньше. Более того, способность течь также может зависеть от количества энергии, передаваемой падающим осадкам во время аварии. Часто крупные оползни на окраине континента являются сложными, и компоненты оползня, селевого потока и мутного течения могут быть очевидны при исследовании остатков подводного оползня. [ 1 ] [ 2 ] [ 6 ] [ 13 ]
Опасности
[ редактировать ]Основными опасностями, связанными с подводными оползнями, являются прямое разрушение инфраструктуры и цунами .
Оползни могут иметь значительные экономические последствия для инфраструктуры, такие как разрыв волоконно-оптических подводных кабелей связи и трубопроводов, а также повреждение морских буровых платформ , и могут продолжаться дальше при углах уклона всего 1°. Пример повреждения подводного кабеля был обнаружен во время оползня Гранд-Бэнкс в 1929 году, когда оползень и возникший в результате этого мутный поток повредили серию подводных кабелей на расстоянии почти 600 км от начала оползня. [ 1 ] [ 3 ] [ 5 ] Дальнейшее разрушение инфраструктуры произошло, когда ураган Камилла обрушился на дельту Миссисипи в 1969 году, вызвав оползень, повредивший несколько морских буровых платформ. [ 2 ]
Подводные оползни могут представлять значительную опасность, когда вызывают цунами. Хотя цунами могут вызывать самые разные типы оползней, все образующиеся цунами имеют схожие характеристики, такие как большие нарастания вблизи цунами, но более быстрое затухание по сравнению с цунами, вызванным землетрясениями. Примером этого было оползневое цунами в Папуа-Новой Гвинее 17 июля 1998 года , когда волны высотой до 15 м затронули 20-километровый участок побережья, унеся жизни 2200 человек, однако на больших расстояниях цунами не представляло серьезной опасности. Это связано со сравнительно небольшой площадью очага большинства оползневых цунами (по сравнению с площадью, подверженной сильным землетрясениям), что вызывает генерацию более коротковолновых волн. На эти волны сильно влияют прибрежное усиление (которое усиливает локальный эффект) и радиальное затухание (которое уменьшает дистальный эффект). [ 3 ] [ 14 ]
Недавние результаты показывают, что природа цунами зависит от объема, скорости, начального ускорения, длины и толщины вызвавшего его оползня. Объем и начальное ускорение являются ключевыми факторами, которые определяют, превратится ли оползень в цунами. Внезапное замедление оползня также может привести к возникновению более крупных волн. Длина слайда влияет как на длину волны, так и на максимальную высоту волны. Время движения или расстояние, на которое скатывается горка, также будут влиять на результирующую длину волны цунами. В большинстве случаев подводные оползни заметно докритичны, то есть число Фруда (отношение скорости оползня к распространению волн) значительно меньше единицы. Это говорит о том, что цунами будет отходить от волнообразующего оползня, препятствуя нарастанию волны. Неудачи на мелководье, как правило, приводят к более крупным цунами, поскольку волна более критична, поскольку скорость распространения здесь меньше. Кроме того, более мелкие воды обычно располагаются ближе к побережью, а это означает, что к тому времени, когда цунами достигнет берега, радиальное затухание будет меньшим. И наоборот, цунами, вызванные землетрясениями, более критичны, когда смещение морского дна происходит в глубоком океане, поскольку первая волна (на которую меньше влияет глубина) имеет более короткую длину волны и увеличивается при движении от более глубоких вод к более мелким. [ 3 ] [ 14 ]
Воздействие подводного оползня на инфраструктуру может быть дорогостоящим, а вызванное оползнем цунами может быть как разрушительным, так и смертельным.
Доисторические подводные оползни
[ редактировать ]- Горка Сторегга , Норвегия, ок. 3500 км 3 (840 куб. миль), ок. 8000 лет назад катастрофическое воздействие на современное прибрежное мезолитическое население.
- Горка Агульяс , ок. 20 000 км 3 (4800 кубических миль), у берегов Южной Африки, постплиоценового возраста , самый крупный из описанных на данный момент. [ 15 ] [ 16 ]
- у Лавина обломков Руатории берегов Северного острова Новой Зеландии, ок. 3000 км 3 в объеме, 170 000 лет назад. [ 17 ]
- Катастрофические лавины обломков были обычным явлением на затопленных склонах вулканов океанских островов, таких как Гавайские острова и острова Зеленого Мыса. [ 11 ]
Гигантские оползни вдоль норвежской окраины
Сторегга-слайд — один из крупнейших подводных оползней, обнаруженных за последнее время в мире. Как и многие другие подводные оползни из Северной Атлантики, он датируется плейстоценом-голоценом. Было интерпретировано, что такие крупные подводные оползни чаще всего происходят либо во время оледенения Северного полушария (NHG), либо во время дегляциации. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] В ледниковые или дегляциальные времена ряд геологических процессов сильно изменил мелководную структуру подводной континентальной окраины. Например, изменение уровня моря во время оледенения и сопутствующее падение уровня моря приводят к усилению эрозионных процессов. Наступающие или отступающие ледники размыли континент и поместили огромное количество отложений на континентальный шельф. Эти процессы привели к образованию устьевых вееров, подобных дельтам речных вееров. Большое скопление отложений способствовало обрушениям склонов, которые наблюдаются в подземной структуре, когда селевые потоки накладываются друг на друга. Скольжение часто происходило по слабым слоям, которые имеют меньшую прочность на сдвиг из-за более высокого эффективного внутреннего порового давления, например, из-за растворения газогидратов, других флюидов, или просто ослабление происходит из-за контрастных свойств отложений в последовательности отложений. Землетрясения, вызванные изостатическим отскоком из-за убывания ледников, обычно считаются окончательными причинами оползней.
В последние годы с помощью геофизических методов в нескольких местах подземной геологической летописи норвежской континентальной окраины была обнаружена серия гигантских отложений переноса массы (MTD), которые по объему намного превышают отложения оползня Сторегга. Эти МПД по своим размерам превосходят любой склоновый обвал самого молодого высокоголедниковья. Мощность отдельных отложений достигает 1 км, длина крупнейших — до 300 км. Внутренняя структура, изображенная сейсмическими методами, иногда имеет прозрачный или хаотичный характер, что указывает на распад оползневой массы. В других примерах субпараллельное наслоение способствует сплоченному скольжению/опадению в больших масштабах. На локальное избыточное давление указывают диапировые структуры, указывающие на субвертикальное движение богатых водой масс отложений, вызванное силой тяжести. В бассейнах Норвегии и Шпицбергена есть несколько таких гигантских МПД, возраст которых варьируется от плиоцена (2,7–2,3 млн лет назад) до ~ 0,5 млн лет назад. В Лофотенской котловине были обнаружены аналогичные гигантские МПД, но в данном случае все слайды моложе ~1 млн лет. [ 22 ] Продолжаются дебаты о возникновении гигантских оползней и их связи с оледенением Северного полушария.
См. также
[ редактировать ]- Список форм рельефа
- Мегацунами
- Олистостром
- Физическая океанография
- Тектоника плит
- Подводный каньон
- Турбидит
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Хэмптон, М. и Локат, Дж. (1996) Подводные оползни. Обзоры геофизики, 34, 33–59.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Локат, Дж. и Ли, Х.Дж. (2002) Подводные оползни: достижения и проблемы. Канадский геотехнический журнал, 39, 193.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Мейсон, Д., Хабитц, К., Винн, Р., Педерсон, Г. и Ловхолт, Ф. (2006) Подводные оползни: процессы, триггеры и защита от опасностей. Философские труды Королевского общества, 364, 2009–39.
- ^ Локат, Дж., Минерт, Дж. и Буасверт, Л. (редакторы) (2003) Подводные массовые движения и их последствия: 1-й международный симпозиум. Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Бостон.
- ^ Jump up to: а б Нисбет, Э.; Пайпер, Д. (1998). «Гигантские подводные оползни» . Природа . 392 (6674): 329. Бибкод : 1998Natur.392..329N . дои : 10.1038/32765 .
- ^ Jump up to: а б Хунербах В. и Массон Д.Г. (2004) Оползни в Северной Атлантике и прилегающих к ней морях: анализ их морфологии, обстановки и поведения. Морская геология, 213, 343–362.
- ^ Линдберг, Б., Лаберг, Дж. С. и Воррен, Т. О. (2004) Оползень Ника - морфология, развитие и возраст частично заглубленного подводного оползня у берегов северной Норвегии. Морская геология, 213, 277–289.
- ^ Ваннесте, М., Минерт, Дж. Р. и Баинц, С. (2006) Оползень Хинлопен: гигантский подводный обвал склона на северной окраине Шпицбергена, Северный Ледовитый океан. Письма о Земле и планетологии, 245, 373–388.
- ^ Митчелл, Н. (2003). «Подверженность вулканических островов и подводных гор срединно-океанических хребтов крупномасштабным оползням» . Журнал геофизических исследований . 108 (Б8): 1–23. Бибкод : 2003JGRB..108.2397M . дои : 10.1029/2002jb001997 .
- ^ Мур, Дж. Г.; Нормарк, WR; Холкомб, RT (1994). «Гигантские гавайские подводные оползни» . Наука . 264 (5155): 46–47. Бибкод : 1994Sci...264...46M . дои : 10.1126/science.264.5155.46 . ПМИД 17778132 .
- ^ Jump up to: а б Ле Бас, Т.П. (2007), «Обвалы склонов на флангах южных островов Зеленого Мыса», в Ликусисе, Василиосе (редактор), Массовые движения подводных лодок и их последствия: 3-й международный симпозиум , Springer, ISBN 978-1-4020-6511-8
- ↑ Джи М.Дж.Р., Уоттс А.Б., Массон Д.Г. и Митчелл Н.К. Оползни и эволюция Эль-Йерро на Канарских островах, Морская геология 177 (3–4) (2001), стр. 271–293.
- ^ Jump up to: а б Джи М.Дж.Р., Уй Х.С., Уоррен Дж., Морли С.К. и Ламбиасе Дж.Дж. (2007) Оползень в Брунее: Гигантский подводный оползень на северо-западной окраине Борнео, обнаруженный сейсмическими данными 3D. Морская геология, 246, 9–23.
- ^ Jump up to: а б МакАду, Б.Г. и Уоттс, П. (2004) Опасность цунами в результате подводных оползней на континентальном склоне Орегона. Морская геология, 203, 235–245.
- ^ Дингл, Р.В. (1977). «Анатомия падения большой подводной лодки на расколотой окраине континента (Юго-Восточная Африка)». Журнал Геологического общества . 134 (3): 293. Бибкод : 1977JGSoc.134..293D . дои : 10.1144/gsjgs.134.3.0293 . S2CID 129229469 .
- ^ Микаллеф, Аарон; Крастель, Себастьян; Савини, Алессандра, ред. (2018). Подводная геоморфология . Спрингер Геология. п. 236. ИСБН 978-3-319-57851-4 .
- ^ Гигантская лавина обломков Руатории на северной окраине Хикуранги, Новая Зеландия: результат наклонной субдукции подводной горы. Архивировано 16 июля 2010 г. в Wayback Machine . Агу.орг. Проверено 16 декабря 2010 г.
- ^ Маслин, М.; Оуэн, М.; Дэй, С.; Лонг, Д. (2004). «Связь провалов континентальных склонов и изменения климата: проверка гипотезы клатратной пушки» . Геология . 32 (1): 53–56. Бибкод : 2004Гео....32...53М . дои : 10.1130/G20114.1 .
- ^ Оуэн, М.; Дэй, С.; Маслин, М. (2007). «Массовые перемещения подводных лодок в позднем плейстоцене: возникновение и причины». Четвертичные научные обзоры . 26 (7–8): 958–078. Бибкод : 2007QSRv...26..958O . doi : 10.1016/j.quascirev.2006.12.011 .
- ^ Ли, Х. (2009). «Время и возникновение крупных подводных оползней на окраине Атлантического океана». Морская геология . 264 (1–2): 53–64. Бибкод : 2009МГеол.264...53Л . дои : 10.1016/j.margeo.2008.09.009 .
- ^ Лейно, Д.; Минерт, Дж.; Ваннест, М. (2009). «Передвижение подводных масс на ледниковых и неледниковых окраинах европейского континента: обзор пусковых механизмов и предпосылок к провалу». Морская и нефтяная геология . 26 (5): 618–632. Бибкод : 2009МарPG..26..618L . дои : 10.1016/j.marpetgeo.2008.02.008 .
- ^ Хьельстуен, Берит Олине; Эльдхольм, Олав ; Фалейде, Ян Инге (30 июня 2007 г.). «Периодические плейстоценовые мегаразрушения на юго-западной окраине Баренцева моря» . Письма о Земле и планетологии . 258 (3): 605–618. Бибкод : 2007E&PSL.258..605H . дои : 10.1016/j.epsl.2007.04.025 . ISSN 0012-821X .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Уильямс, Сара КП (16 февраля 2016 г.). «Сюжет новостей: Скольжение по поверхности подводных оползней» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (7): 1675–8. Бибкод : 2016PNAS..113.1675W . дои : 10.1073/pnas.1524012113 . ПМЦ 4763740 . ПМИД 26884637 .