Эволюция склона холма
Эволюция склонов холмов — это изменения скорости эрозии , стилей эрозии и формы склонов холмов и гор с течением времени.
Концептуальные модели
[ редактировать ]На протяжении большей части 20-го века широко распространялись три модели эволюции склонов холмов: снижение склонов, замена склонов и параллельное отступление склонов. До 1950-х годов модели эволюции форм холмов занимали центральное место в геоморфологии . Современное понимание состоит в том, что эволюция склонов гораздо сложнее, чем предполагают классические модели упадка, замещения и отступления. [ 1 ]
Спад склона
[ редактировать ]Снижение склона было предложено Уильямом Моррисом Дэвисом в его цикле теории эрозии. Он заключается в постепенном уменьшении угла уклона по мере вреза ручья замедления . Это сопровождается тем, что склоны становятся более пологими, на них накапливается мелкозернистый реголит, образовавшийся в результате выветривания . [ 1 ]
Замена склона
[ редактировать ]Замена склона была впервые предложена Вальтером Пенком, бросающим вызов идеям Дэвиса о развитии склонов. Замена склонов описывает эволюцию склонов, которая связана с уменьшением скорости общей эрозии ( денудации ). Он начинается с уплощения самого нижнего склона, который распространяется вверх и назад, заставляя самый верхний склон отступать и уменьшать свой угол, оставаясь при этом более крутым, чем нижние части. [ 1 ] По словам самого Пенка: «Выравнивание склонов всегда происходит снизу вверх». [ 2 ]
Отступление параллельного склона
[ редактировать ]Склоны будут развиваться путем параллельного отступления, когда прочность горной массы склонов остается постоянной, а базальные обломки, такие как осыпи , постоянно удаляются. Однако в действительности такая однородная прочность горных пород встречается редко. Прочность горных пород связана с выветриванием, а выветривание - с климатом, поэтому на больших расстояниях или в течение длительного периода времени отступление склона вряд ли останется полностью параллельным в отсутствие структурного контроля, который мог бы поддерживать параллельное отступление. Однако такой структурный контроль часто встречается в районах, где горизонтальные слои твердых пород базальта или твердых осадочных пород перекрывают более мягкие породы. Склоны, находящиеся под влиянием структурного контроля прочной покрывной породы, имеют тенденцию переставать развиваться путем параллельного отступления только после того, как вышележащие твердые слои, покрывающие более мягкую породу, полностью эродируются. [ 1 ]
Параллельный склон и отступление уступа , хотя и предлагались ранними геоморфологами, особенно защищался Лестером Чарльзом Кингом . [ 1 ] Кинг считал отступление уступов и слияние фронтонов в педиплены доминирующими процессами во всем мире. Далее он утверждал, что снижение склона является особым случаем развития склона, наблюдаемым только в очень слабых породах, которые не могут удерживать уступ . [ 3 ] Кинг считал, что склоны, которые являются выпуклыми вверху и вогнутыми вниз и не имеют свободной поверхности, являются формой, которая стала распространенной в позднем третичном периоде . Кинг утверждал, что это было результатом более медленного размыва поверхности, вызванного коврами травы , что, в свою очередь, привело бы к относительно большему ползучести почвы . [ 3 ] [ 4 ]
Неравная активность
[ редактировать ]Идея о том, что склоны на территории развиваются не одновременно, известна как неравная активность. Колин Хейтер Крик , придумавший этот термин, предположил, что неравную активность можно регулировать путем удаления мусора у подножия склонов. Согласно этой мысли, морская эрозия и миграция боковых потоков имеют первостепенное значение, поскольку эти процессы эффективны при удалении мусора. [ 5 ] Неравная активность также означает, что существуют большие различия между речной эрозией вблизи русел ручьев и, по-видимому, неизмененными возвышенностями, а также между верховьями с ограниченной эрозией и более активными средними и нижними течениями ручьев. [ 6 ] Из этого следует, что ландшафты и склоны с ограниченной речной эрозией во многих случаях можно считать застойными в своем развитии. [ 6 ]
Численные модели
[ редактировать ]В отличие от ранних концептуальных моделей, которые пытаются предсказать наклон, ряд числовых моделей эрозии фокусируются на описании того, что происходит в любой момент времени, и не связаны с изменениями формы.
Средние скорости эрозии склона были оценены с использованием численных моделей. [ 7 ] Используя теплопередачи уравнение Фурье в качестве шаблона, В. Х. Каллинг пришел к выводу, что поток массы по градиенту высоты склона можно описать аналогичным образом: [ 7 ] [ 8 ]
- Уравнение (1) q̃ = −K∇z
С левой стороны указан поток осадка, который представляет собой объем массы, проходящей через линию каждую единицу времени (L 3 /ЛТ). K — константа скорости (L 2 /T), а ∇z — градиент или разница высот между двумя точками на склоне, деленная на их горизонтальное расстояние. Эта модель предполагает, что потоки наносов можно оценить по углам наклона ( ∇z ). Было показано, что это справедливо для пологих склонов. Для более крутых склонов невозможно сделать вывод о потоках наносов. Чтобы решить эту проблему, можно применить следующую модель для откосов с большим углом: [ 7 ]
- Уравнение (2) q̃ = -K∇z / 1 - (| ∇z |/ S c ) 2
S c здесь обозначает критический градиент, при котором потоки эрозии и наносов исчезают. Эта модель показывает, что когда ∇z далеко от Sc , оно ведет себя как уравнение 1. Напротив, когда ∇z приближается к S , скорость эрозии становится чрезвычайно высокой. Эта последняя особенность может отражать поведение оползней на крутой местности. [ 7 ]
При низких скоростях эрозии усиленное врезание ручьев или рек может привести к тому, что пологие склоны приобретут выпуклые формы. Таким образом, выпуклые формы могут косвенно отражать ускоренное поднятие земной коры и связанное с ним речное врезание. [ 9 ] [ 10 ] [ А ] Как показано уравнением 2, угол крутых склонов меняется очень мало даже при очень сильном увеличении скорости эрозии, а это означает, что невозможно сделать вывод о скорости эрозии на основе топографии крутых склонов, кроме намека на то, что они намного выше, чем для склонов с более низким углом. [ 7 ]
Параболические холмы
[ редактировать ]Начиная с работ Гроува Карла Гилберта (1909) и Уильяма Морриса Дэвиса холмы , покрытые почвой, (1892), выпуклые или параболические долгое время считались отражением условий устойчивого состояния равновесия производства почвы и эрозии почвы . [ 7 ] [ 11 ] [ 12 ] Вопреки тому, что равновесие между функциями скорости эрозии, описанными выше, и функцией продуктивности почвы должно подразумевать, что глубина почвы может значительно варьироваться на параболических холмах в результате стохастического коренных пород выветривания в почву. Это означает, что ожидаемые скорости почвообразования , исходя из функции продуктивности почвы, могут сильно различаться в зависимости от ландшафта, находящегося в геоморфическом равновесии. [ 12 ]
часто ассоциируются выпуклые холмы С вершинами . [ 13 ] Численное моделирование показывает, что в перигляциальных условиях широкие пологие выпуклые вершины холмов могут сформироваться не менее чем за миллионы лет. При развитии этих склонов рассчитываются более крутые начальные склоны, приводящие к образованию многочисленных торцов в ходе понижения и расширения выпуклой области. Таким образом, наличие многочисленных вершин указывало бы на то, что первоначальный ландшафт был более крутым, а не более плоским, чем современный. [ 14 ]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Вальтеру Пенку часто, но ошибочно приписывают представление о том, что ускоренное поднятие приводит к образованию выпуклых склонов. [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Саммерфилд, Майкл А. (1991). «Экзогенные процессы и формы рельефа». Глобальная геоморфология: введение в изучение форм рельефа . Пирсон Образование. стр. 184–185. ISBN 0-582-30156-4 .
- ^ Бремер, Ханна (1983). «Альбрехт Пенк (1858–1945) и Вальтер Пенк (1888–1923), два немецких геоморфолога». Журнал геоморфологии . 27 (2): 129.
- ^ Jump up to: а б Твидейл, CR (1992), «Король равнин: вклад Лестера Кинга в геоморфологию», Geomorphology , 5 (6): 491–509, Бибкод : 1992Geomo...5..491T , doi : 10.1016/0169-555x( 92)90021-ф
- ^ Кинг, LC (1953). «Каноны ландшафтной эволюции» . Бюллетень Геологического общества Америки . 64 (7): 721–752. Бибкод : 1953GSAB...64..721K . doi : 10.1130/0016-7606(1953)64[721:cole]2.0.co;2 .
- ^ Хаггетт, с. 440
- ^ Jump up to: а б Твидейл, ЧР (1993). «СН Крикмей, канадский мятежник». Геоморфология . 6 (4): 357–372. Бибкод : 1993Geomo...6..357T . дои : 10.1016/0169-555x(93)90055-7 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Реринг, Джошуа Дж.; Киршнер, Джеймс В.; Дитрих, Уильям Э. (2001). «Эволюция склонов холмов за счет нелинейного, зависящего от уклона транспорта: морфология устойчивого состояния и временные рамки установления равновесия». Журнал геофизических исследований . 106 (Б8): 16499–16513. Бибкод : 2001JGR...10616499R . дои : 10.1029/2001jb000323 .
- ^ Каллинг, WEH (1960). «Аналитическая теория эрозии». Журнал геологии . 68 (3): 336–344. Бибкод : 1960JG.....68..336C . дои : 10.1086/626663 . S2CID 128740332 .
- ^ Jump up to: а б Саймонс, Мартин (1962), «Морфологический анализ форм рельефа: новый обзор работ Вальтера Пенка (1888-1923)», Transactions and Papers (Институт британских географов) , 31 : 1–14, doi : 10.2307/ 621083 , JSTOR 621083
- ^ Чорли и др ., с. 790
- ^ Фернандес, Нельсон Ф.; Дитрих, Уильям Э. (1997). «Эволюция холмов за счет диффузионных процессов: временные рамки для корректировки равновесия» . Исследования водных ресурсов . 33 (6): 1307–1318. Бибкод : 1997WRR....33.1307F . дои : 10.1029/97wr00534 .
- ^ Jump up to: а б Риггинс, Сьюзен Г.; Андерсон, Роберт С.; Преструд Андерсон, Сюзанна; Тай, Эндрю М. (2011). «Решение загадки устойчивой вершины холма с переменной глубиной почвы и производительностью, Бодмин-Мур, Великобритания». Геоморфология . 128 (1–2): 73–84. Бибкод : 2011Geomo.128...73R . дои : 10.1016/j.geomorph.2010.12.023 .
- ^ Линтон, Дэвид Л. (1955). «Проблема торсов». Географический журнал . 121 (4): 470–487. дои : 10.2307/1791756 . JSTOR 1791756 .
- ^ Андерсон, Роберт С. (2002). «Моделирование торфяных гребней, краев коренных пород и параболических профилей высокогорных поверхностей хребта Уинд-Ривер, Вайоминг». Геоморфология . 46 (1–2): 35–58. Бибкод : 2002Geomo..46...35A . дои : 10.1016/s0169-555x(02)00053-3 .
- Библиография
- Чорли, Ричард Дж.; Бекинсейл, Роберт П.; Данн, Энтони Дж. (2005) [1973]. «Глава двадцать вторая». История изучения форм рельефа . Том. Два. Электронная библиотека Тейлора и Фрэнсиса.
- Хаггет, Ричард Джон (2011) [2002]. «Эволюция ландшафта: долгосрочная геоморфология». Основы геоморфологии (3-е изд.). Рутледж. ISBN 978-0-203-86008-3 .