Transport grawitacyjny zachodzi pod działaniem siły ciężkości, kosztem energii potencjalnej przemieszczanego materiału. Pod wpływem ciężkości przesuwa się na dół. Transport hydrauliczny zachodzi pod działaniem przepływu płynu (wody lub wiatru), kosztem energii kinetycznej tego płynu.
Grawitacyjne ruchy masowe zachodzą na lądach i pod wodą, na stokach o kącie nachylenia od mniej niż 1° do kilkudziesięciu stopni. Mają różne tempo i zasięg pionowy oraz poziomy. Są procesy które trwają latami i widzimy co najwyżej ich skutek podczas monitoringu, a są też takie które trwają minuty czy godziny. Grawitacyjne ruchy masowe są odpowiedzialne za redepozycję znaczących ilości materiału. Niektóre środowiska sedymentacyjne są nawet zupełnie nimi zdominowane.
Uruchamiane są po przekroczeniu pewnych wartości progowych, powyżej których stabilność stoku zostaje zakłócona. Jednak niektóre z nich odbywają się w sposób ciągły.
Kąt naturalnego zsypu ma duże znaczenie przy osadach sypkich. To zależy od stopnia wysortowania, obtoczenia.
Kąt naturalnego zsypu jest tym większy im materiał jest bardziej ostrokrawędzisty.1
Wilgotność osadu – kąt naturalnego zsypu zwiększa się od 30 do 80° nawet, ale przy za dużym nasyceniu się rozmyje
Zakłócenie równowagi stoku może zajść na skutek czynników wewnętrznych
zestromienia stoku, np. na deltach
podcięcia stoku przez np. wody płynące, falowanie w przypadku klifów, drogę czy budowę.
zwiększenie ciężaru osadu deponowanego na stoku. Jeżeli cały czas mamy dostawę osadu, to on jest cięższy i nie można go utrzymać. Taki sam efekt możemy wywołać jeżeli na stoku posadowimy budowlę.
W końcu nadmierne nawodnienie zwietrzeliny czy też skał.
Czasami potrzebne są czynniki zewnętrzne, spustowe
wstrząsy, trzęsienia ziemi
erupcje wulkanów
Przy układach spustowych niewielka energia wywołuje nam proces o bardzo dużej energii i bardzo dużych skutkach.
Podsumowując, czynnikami warunkującymi ruchy masowe są przede wszystkim
nachylenie stoku największy wpływ
rodzaj i ułożenie skał
klimat decyduje o obecności wody w podłożu (zwiększenie ciężaru zwietrzeliny i przyspieszenie jej ruchu. Woda może tworzyć powierzchnie poślizgu)
Najbardziej podatne na grawitacyjne ruchy masowe są osady drobnoziarniste (iły i muły) szybko deponowane w warunkach podwodnych (np. delty, skłony kontynentalne)
Czynnikiem decydującym o wytrzymałości takiego osadu na ścinanie jest ciśnienie wody porowej. Jego wzrost może być spowodowany.
zwiększeniem ciężaru nadkładu
zwiększeniem nasycenia osadu wodą
przebudowa układu ziaren w osadzie (to może wynikać z impulsu mechanicznego, porowatość może zmniejszyć się z 46 do 25 %). Ten spadek porowatości powoduje, że gwałtownie wzrasta nam ciśnienie porowe, spadek wytrzymałości na ścinanie (nawet do zera, osad ulega upłynnieniu).
Do grawitacyjnych ruchów masowych często dochodzi w największych deltach świata. W niektórych z tych delt jako ich kontynuacja tworzy się głębokomorski stożek podmorski, do którego materiał transportowany jest przez kanion podmorski. Dostawa materiału przez duże systemy fluwialne mierzona jest w dziesiątkach mln ton/rok czyli jest bardzo duża. Stąd mamy to środowisko ruchów masowych.
Klasyfikacja grawitacyjnych ruchów masowych bazuje na stopniu dezintegracji materiału, który podlega temu ruchowi. Ona dotyczy w większości osadów, a nie skał zlityfikowanych. Jeżeli stok przemieszcza się w dół i ma zachowaną strukturę wewnętrzną to nic się nie dzieje. Druga możliwość to taka, gdzie uzyskuje zupełnie nową strukturę, to jest druga skrajność.
W obrywach skalnych (rock falls) tak się dzieje, że struktura jest zachowana
Spełzywanie (creeping) to bardzo powolny proces, który prowadzi do deformacji
Ześlizgiwanie (sliding) zjeżdżają nam całe bloki skalne albo struktury osadowe. Struktura zachowana
Osuwanie (slumping) następuje przesuwanie osadu w dół. Struktura wewnętrzna zniszczona w dużym stopniu, zostaje zachowana w klastach tkwiących w chaotycznej masie.
Grawitacyjne spływy osadu – osad jest w dużym stopniu nawodniony przemieszcza się po stoku. Nadana nowa struktura osadu Te grawitacyjne spływy to głównie ciecze nienewtonowskie – mamy tu mieszaninę woda, powietrze, osad.
Ciecz newtonowska. Płynąca woda wprawia w ruch transportowany przez nią materiał. W cieczy newtonowskiej mechanizmem podtrzymującym ziarna jest turbulencja wody. Osad i woda stanowią oddzielne fazy podczas transportu. Koncentracja osadu w takich spływach wynosi mniej niż 20%
W nienewtonowskiej ciecz napędzana jest przez zawarty w niej osad (zawiesinę), który porusza się po stoku pod wpływem grawitacji. Tutaj bardzo dużą rolę odgrywają siły kohezji, tarcia wewnętrznego2, wypławianie3 i siły dyspersyjne – ciśnienie dyspersyjne. Przy koncentracji powyżej 20 % mamy nienewtonowskie. W zależności od koncentracji mamy niskogęstościowe, wysokogęstościowe prądy zawiesinowe, przeciążone osadem spływy (hiperkoncentyczne), mułowe i piaszczyste spływy rumoszu, spływy kolizyjne i pomiędzy nimi wiele faz przejściowych Obrywy i lawiny skalne:
Zachodzą na stromych stokach bez szaty roślinnej, np. w klimacie peryglacjalnym gdzie działa nam zamróz. Gdy w zwietrzelinę uderza nam obryw skalny to zostanie uruchomiona lawina skalna.
Efektem tego są często stożki usypiskowe (piargi, rumowiska skalne). W każdym razie to usypisko materiału skalnego poruszanego wyłącznie pod wpływem grawitacji (obrywy, lawiny, ześlizgi, osuwiska). Powierzchnia może być nachylona nawet pod kątem 30 – 40 stopni.
Materiał skalny często b. kanciasty, frakcja głazowa > 10 cm. Materiał piaszczysto – ilasty nieobecny (ew. namyty przez infiltrację) Bardzo mały potencjał prezerwacyjny takich osadów. Czasami może się zachować w zbiorniku wodnym. Na lądzie nie ma szans żeby się zachowało.
Tu mamy przykłady z klimatu suchego w Maroku i zimnego w Himalajach.
Spełzywanie
Polega na powolnych rozciągających deformacjach w skutek długotrwałego obciążenia, ale bez ścinania. Warstwy nam się wyginają, ale nie dochodzi do przerwania ciągłości. Makroskopowym wyznacznikiem tego procesu jest kształt pni. One wyginają się tak żeby utrzymać pion. Gołym okiem bowiem się tego nie widzi.
Są dwie podstawowe przyczyny, Pierwsza to cykle zamarzanie odmarzanie. Jeżeli mamy zamróz to pojedyncze ziarenko rozszerza się. Rozszerzanie zachodzi wzdłuż wypadkowej siły podnoszącej, która jest prostopadła do powierzchni gruntu oraz ciężaru działającego pionowo na cząsteczkę gleby. Kurczenie zachodzi wzdłuż wypadkowej siły ciężkości i siły działającej prostopadle do powierzchni stoku. Rezultatem rozszerzania i kurzenia jest zygzakowaty ruch cząstek gleby w dół stoku.4
Druga przyczyna to nawadnianie i wysuszanie, najdrobniejsze ziarna wypierane są przez wodę ku górze i powolne przemieszczanie tego osadu w dół po stoku. Odbywa się zgodnie z opisanym w akapicie wyżej mechanizmem. Tego spełzywania nie należy mylić z pełznięciem powierzchniowym podczas transportu eolicznego.
On zachodzi na lądach bardzo powoli, ok. 1 cm/rok. Zawartość wody mała do 20%. Podłoża podatne to łupki, iły i gleba. Efekt to plastyczne odkształcenia skał: wypukłości, nabrzmienia i wygięcia warstw skalnych. Bo to dotyka zarówno osady jak i skały.
To widać właśnie po tych iglastych drzewach, brzozach płotach. Jeżeli mamy skały to mamy wygięcie warstw skalnych.
Zsuwanie skał lub półskonsolidowanych osadów wzdłuż płaszczyzn odkłucia. To zachodzi najczęściej w skałach, które są warstwowane. Wówczas te powierzchnie warstwowania są jednocześnie powierzchniami odkłucia. Dochodzi wtedy do ześlizgiwania całych fragmentów skał.
Ześlizgi mają miejsce na mało nachylonych zboczach do bardzo stromych. Przyczyny wymienione + zamróz
Widać jak po powierzchni pierwotnego uławicenia coś się przesuwa w dół stoku
W osadach powierzchnie odkłucia mają taki listryczny przebieg.
U góry dochodzi do ekstensji, postają uskoki listryczne, potem mamy całą strefę sztywną, która przemieszcza się bez zaburzenia wewnętrznej struktury. Strefa ekstensji i sztywna mogą być wielokrotne. U dołu strefa kompresji. Tam materiał jest jakby spychany. W obrębie tej strefy sztywnej nic się nie dzieje z osadem. Mogą co najwyżej powstawać uskoki odwrócone. W zewnętrznej znowu strefa kompresji z uskokami odwróconymi.
Eksperyment – stok stromiejący, na górze osadów mniej ekstensja, na przedpolu nabrzmienia strefa kompresji.
Kilka przykładów – widać wyraźnie powierzchnię odkłucia.
Nad morzem – powierzchnia zjechała z drzewami.
Czasami ześlizg przekształca się w osuwisko. One czasami posuwają sie wzdłuż stoku po powierzchniach nasunięcia. Bardzo często ześlizg w pionowej części zamienia się w osuwisko.
Osuwiska zachodzą zarówno na lądach jak i pod wodą. Na lądach uprzywilejowane są górzyste tereny z gęstą szatą roślinną (strefa gorąca) lub stoki na obszarach aktywnych tektonicznie.
W morzach to delty, kaniony podmorskie, skłony kontynentalne. Czyli tam gdzie stok jest mocno obciążony zawiesiną.
Kąt nachylenia zbocza od 1° do bardzo stromych – przyczyny to wszystkie poprzednie + obfite deszcze. Tutaj struktura pierwotna osadów w dużym stopniu zaburzona.
Kształt powierzchni ścięcia zależy od tego jakie mamy osady i struktury tych osadów na zboczu. Ta powierzchnia ścięcia dotyczy górnej części stoku. Powierzchnia odkłucia może wejść nawet poniżej powierzchni terenu.
Znowu górna część takiego stoku, tworzą się powierzchnię odkłucia.
W każdym osuwisku można wyróżnić górną część stoku – niszę osuwiskową z powierzchniami odkłucia. Jeżeli osad jest usunięty to mamy pustkę. Część środkowa to rynna osuwiskowa. Materiał wyrzucony na przedpole do podnóża stoku to jęzor osuwiskowy.
Najpowszechniejsze na lądzie są osuwiska gleby. Z reguły po obfitych opadach, są małe i płytkie. Widać też nisze osuwiskowe.
W Polsce ta powódź w 1997 roku uruchomiła w Karpatach bardzo wiele osuwisk. Tu mamy osuwisko w Lachowicach, które uaktywniło się ponownie w 2001 roku. Od tamtej pory prowadzony jest monitoring powierzchniowy zagrożonego obszaru. Widać fragment domku przemieszczonego w dół o 20 m.
Zdjęcie lotnicze nisza osuwiskowa i osad w jęzorze – koluwium osuwiskowe.
Jeszcze jeden przykład nisza i jęzor.
W obrębie koluwium wyróżniamy wewnętrzne powierzchnie ścinania, uskoki normalne, fałdy spływowe, nasunięcia oraz deformację pierwotnego osadu (pierwotnych struktur).
Osady koluwium osuwiskowego z reguły tworzą ławicę z widocznymi strukturami deformacyjnymi, która tkwi w osadzie o innych strukturach niezdeformowanych. Np. na osadach rzecznych mamy ławicę koluwium osuwiskowego i powyżej znowu możemy mieć osady rzeczne.
W obrębie koluwium osuwiskowego może być obecnych wiele struktur deformacyjnych – styl deformacji może zmieniać się przestrzennie w zależności od:
rodzaju osadu
stopnia nawodnienia
miąższości koluwium
odległości na jaką odbywa się transport
Stopień nawodnienia rośnie w kierunku końców jęzora. w związku z tym styl deformacji też się będzie zmieniał.
Struktury deformacyjne charakterystyczne dla osadów osuwisk to: przemieszczeniowe (fałdy, nasunięcia, mikrouskoki), odwodnieniowe, iniekcyjne (wulkany błotne, żyłki klastyczne), obciążeniowe. Jeżeli gruby materiał zostanie nagle zdeponowany na iłach, to w spągu mogą się pojawić struktury obciążeniowe.
To jest przykład osadów osuwiska – na dole osad laminowany, potem nierówna powierzchnia. Wewnątrz pakiet osadu włączony w chaotyczną masę osuwiska.
Struktura odwodnieniowa w pakiecie osuwiskowym: wulkan błotny. Drobny materiał wynoszony jest na powierzchnię koluwium.