Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
SEDYMENTACJA. AKUMULACJA EOLICZNA, OSADY PUSTYNIOWE.
WWNiG
Rok I
Studia zaoczne
Sedymentacja jest to proces gromadzenia się na powierzchni skorupy ziemskiej, pod wpływem sił ciężkości, materiałów niesionych przez wody płynące, lodowce, wiatr, rozpuszczonych lub zawieszonych w wodzie. Sedymentacja poprzedzana jest przez procesy wietrzenia i erozji obszarów alimentacyjnych dostarczających materiał do miejsc osadzania - tzw. basenów sedymentacyjnych.
W zależności od typu gromadzonego materiału możemy wyróżnić kilka typów sedymentacji. Gromadzenie się okruchów skalnych i ziaren mineralnych określa się mianem sedymentacji mechanicznej. Jeżeli gromadzone są szczątki organizmów roślinnych lub zwierzęcych, bądź też osady powstają na skutek działalności fizjologicznej organizmów, mówimy wówczas o sedymentacji organogenicznej. Kolejnym typem jest sedymentacja chemiczna polegająca na osadzaniu się związków chemicznych wytrąconych z roztworów wodnych.
Procesy eoliczne to zjawiska morfogenetyczne wiążące się z oddziaływaniem wiatru. Do głównych procesów eolicznych należą:
deflacja, czyli wywiewanie materiału
korazja, czyli erodowanie niesionym materiałem powierzchni Ziemi
akumulacja eoliczna polegająca na osadzaniu niesionego materiału na powierzchni Ziemi
Efektem tych procesów jest powstanie form eolicznych m.in. zagłębień deflacyjnych, grzybów skalnych, wydm i osadów np. lessowych.
Deflacja powoduje uniesienie drobnych ziaren z powierzchni poddanej jej działaniu. Unoszony materiał w zależności od tego jakiej wielkości są ziarna, zostaje rozdzielony na piaski lotne oraz pyły atmosferyczne, Piasek pędzony wiatrem blisko powierzchni lub wleczony po niej zatrzymuje się na takich przeszkodach, jak głazy, krzaki, pagórki itd. W takiej sytuacji piasek gromadząc się tworzy wyniosłość, czyli wydmę. Wydma posiada dwa zbocza - łagodne zbocze zwrócone w stronę wiatru (strona nawietrzna) i zbocze strome, zwrócone w przeciwnym kierunku (strona odwietrzna). Deflacja działa w obszarach, gdzie roślinność nie występuje albo jest bardzo skąpa. Wydmy tworzą się więc na obszarach pustynnych, w dolinach rzek płynących w dość suchym klimacie oraz na wybrzeżach morskich, gdzie produkty erozji zostają odsłaniane w postaci plaż, w czasie odpływu lub w miejscach, gdzie falowanie i burze wyrzucają na brzeg masy piasku, które nie porośnięte roślinnością ulegają deflacji. Wydmy tworzą się również w klimacie bardzo wilgotnym, a częste są też w tych obszarach, w których niedawne wcięcie się rzeki obniżyło poziom wody gruntowej.
Wydmy tworzące się na wybrzeżach różnią się od wydm pustyniowych tym, że wskutek przemycia piasku przez fale morskie nie zawierają pyłu, zaś wydmy pustyniowe składają się zarówno z piasku jak i drobniejszego pyłu. Wysokość wydm na wybrzeżach jest mniejsza niż na pustyniach. Charakteryzuje je różny układ - mogą być ułożone równolegle (wydmy podłużne) albo prostopadle (wydmy poprzeczne).
Wydmy podłużne występują w dolinach rzek oraz na pustyniach, wydmy poprzeczne na wybrzeżach morskich, a rzadziej na pustyniach. Na obszarach, w których nie przeważa jeden kierunek wiatru, zarys i ułożenie wydm może być zupełnie nieregularne, najczęściej wtedy rozwinięte są one w postaci płaskich pagórków. Często wydmy maja kształt sierpowaty, wygięty łukiem otwartym w tym kierunku, w którym wieje wiatr, o stromym zboczu podwietrznym (wklęsłym) i łagodnym (wypukłym). Podobny kształt maja wydmy paraboliczne, które tworzą łuki otwarte od strony nawietrznej. Niższe części wydmy w pobliżu jej krawędzi są utwierdzone przez wkraczającą na nie roślinność, a nieraz też zawilgocone i dlatego posuwają się wolniej niż cześć środkowa. Wydmy paraboliczne tworzą się na przeszkodach roślinnych, natomiast barchany na obszarach piaszczystych, które zatrzymują lotny piasek albo też na płaskich nie piaszczystych powierzchniach.
Uwarstwienie tworów wydmowych jest zwykle przekątne, gdyż ziarna piasku, staczając się po stronie podwietrznej, układają się według naturalnego kata zsypu. Kąt ten jest większy niż dla piasku układającego się pod wpływem prądu wody, gdyż ośrodek, tzn. powietrze ma mniejsza gęstość. Im bardziej ziarna piasku są zaokrąglone, tym mniejszy jest kąt zsypu. Większe ziarna gromadzą się u dołu pochylonych warstewek, gdyż staczają się dalej niż mniejsze ziarna. Wiatr usypujący wydmę zmienia swe natężenie i kierunek, częściej i w większych granicach niż prąd w rzece. Dlatego ułożenie warstw piasku w wydmie nie jest równoległe lecz soczewkowate. Każda soczewka będzie miała uwarstwienie odpowiadające sile i kierunkowi wiatru w czasie jej tworzenia się. Poszczególne soczewki krzyżują się ze sobą i w ten sposób powstaje uwarstwienie krzyżowe, charakterystyczne dla tworów eolicznych. Jeśli wiatr wieje stale w jednym kierunku, tworzyć się będzie warstwowanie przekątne, bardzo podobne do warstwowania przekątnego utworzonego przez rzekę, ale zwykle o większym kącie pochylenia warstewek. Zasypywanie deflacyjnych rynien prowadzi do powstania rynnowego warstwowania przekątnego. Rozwija się również warstwowanie poziome, gdy wiatr przemieszcza piasek po poziomej powierzchni.
Wydmy składają się najczęściej z piasku kwarcowego, ale znane są wydmy i piaski lotne złożone z ziaren wapiennych, pochodzących z pokruszenia raf koralowych, z ziaren roztartego gipsu, fragmentów skorup, a nawet agregatów cząstek ilastych powstających z wysychania mułu plaż morskich lub jeziornych. Charakterystyczny dla piasków wydmowych jest brak miki, która jako lekka jest wywiewana. Ziarna kwarcu w utworach wydmowych są lepiej obtoczone niż w utworach rzecznych lub piaskach morskich. Jest to wynikiem nieobecności błonki wody na ziarnach, która działa ochronnie przy zderzaniu ziaren i wzajemnym ścieraniu. Ponadto ziarna zanurzone w wodzie nie tracą na ciężarze i ich ciężar przy zderzaniu działa w wyższym stopniu aniżeli w wodzie. Ponieważ w piaskach wydmowych występują głównie drobne ziarna, kruszenie nie gra dużej roli przy przesypywaniu piasku przez wiatr, ale abrazja jest wielokrotnie silniejsza niż w prądzie wodnym. Pył wytwarzany przy abrazji ziaren jest wywiewany. Ziarna piasku eolicznego maja powierzchnie podziurkowane i matowe, podczas gdy ziarna piasków rzecznych i morskich są przeważnie błyszczące. Matowość przypisuje się również ścieraniu bez ochrony błonki wilgoci.
Depozycja osadów w niewielkim stopniu występuje na pustyniach. Osady pustyniowe tworzą się w swoistych warunkach, wywołanych przez klimatyczne stosunki pustyń. Na ich wykształcenie maja wpływ: deflacja, ablacja deszczowa, silne wietrzenie mechaniczne i parowanie. Osady te są trojakiego pochodzenia. Część ich to wydmy i lotne piaski, drugą kategorię osadów stanowią aluwia, tworzone przez rzeki, ablację gwałtownych deszczów oraz utwory spływów mułowych. Na trzecia kategorie składają się osady powstające w zazwyczaj okresowo tworzących się jeziorach. Osady w pustyniach są rzadkie, ale gwałtowne, świadczy o tym fakt, że na Saharze w czasie jednej ulewy może spaść 95 mm deszczu w jednej godzinie, natomiast średnia roczna dla Sahary wynosi ok. 100 mm .Rzeki pustyń są okresowe i krótkotrwałe. W czasie ulewy suche koryta wypełniają się wodą i drobniejszym rumoszem zwietrzelinowym znoszonym w czasie ulewy przez ablację ze zboczy. Transport odbywa się na niewielkiej przestrzeni, toteż fragmenty skalne ulęgają bardzo słabemu zaokrągleniu i wysortowaniu. U wylotu do śródpustynnych kotlin osady te są składane i tworzą potężne rozwinięte stożki napływowe, znacznie większej miąższości i bardziej rozległe niż stożki rzek klimatu wilgotnego, gdyż dostają się do nich wielkie ilości rumoszu zwietrzelinowego. W klimacie wilgotnym rumosze nigdy nie tworzą się na tak wielka skalę, ponadto nie rozmywane są przez torencjalne deszcze dłużej leżą na zboczach i ulegają rozkładowi chemicznemu, który jest bardzo zredukowany w klimacie pustynnym. W ten sposób aluwia i stożki aluwialne pustyń składają się z nieobtoczonego, źle warstwowanego i źle wysortowanego materiału. Takie okruchowiska określa się jako fanglomeraty. Sąsiednie stożki aluwialne nieraz łączą się ze sobą w pobliżu krawędzi kotliny, a często, łącząc się ze sobą tworzą wokół kotliny wieniec stożków, zwany bajadą. Normalnie ich warstwowanie jest przekątne, nieraz jednak występuje na przemian z eolicznym.
Ulewy wymywają ze stożków drobniejszy materiał i składają go wewnątrz kotlin, wskutek czego gruboziarniste okruchowiska przechodzą w gruboziarniste i również źle wysortowane piaski, natomiast centralne części kotlin zajęte są prze iły. Gdy na powierzchni stożków drobniejszy materiał zostanie wypłukany lub wywiany, zostaje na niej grubszy materiał okruchowy, nieraz z licznymi graniakami, tworząc bruk pustynny. W czasie ulewy centralna cześć śródpustynnej kotliny wypełnia się mętną wodą, przynoszącą wielką ilość drobnych zawiesin. W ten sposób powstaje jezioro, które w jakiś czas po ulewie wysycha i zostawia po sobie warstwę mułu, tworząc równą płaska powierzchnię, zwaną playą. W mułach pustyniowych jest bardzo mało minerałów iłowych. W mułach śródpustynnych zagłębień tkwi wielka ilość kryształów gipsu i soli kuchennej, gdyż przez stałe parowanie i brak odpływu ilość rozpuszczonych związków w wodach pustyń koncentruje się. Powierzchnia iłu powstałego w playach wysycha, wskutek czego tworzą się poligonalne, krzyżujące się szczeliny z wysychania. Gdy woda z gruntu wyparuje, błony wilgoci na ziarnach kurczą się, wskutek czego powstają w gruncie naprężenia, ziarna ściągane są bliżej siebie i tworzą się szczeliny. Gdy wyschnięta i spękana powierzchnia zostanie nagle zasypana podczas następnej ulewy, szczeliny zostaną wypełnione nowym materiałem. W ten sposób utworzyć się mogą po wyschnięciu nowe warstwy odlewy na dolnej powierzchni. Takie odlewy znane są z kopalnych osadów pustyniowych dawnych okresów. Szczeliny z wysychania mogą tworzyć się także na równinach zalewowych rzek, na plażach jezior i mórz. Jeziora pustyń są zjawiskiem przejściowym i tylko niektóre maja charakter stały. Zazwyczaj ich zarysy a nawet położenie jest zmienne wskutek zasypywania i wyparowywania. Wskutek parowania koncentracja składników rozpuszczalnych jest znacznie większa niż w morzu. Również laguny morskie, jeśli leżą w strefie suchego klimatu, mają dużą koncentrację rozpuszczonych soli.
Z obszarów wietrzenia oraz z aluwiów i stożków napływowych wiatr wywiewa mniejsze ziarna i osadza je na rozległych nieraz powierzchniach, tworząc wielkie pola wydm. Ziarna piasków pustyniowych stale przesypywane przez wiatr, są dobrze zaokrąglone i dobrze wysortowane, ale nie odnosi się to do wszystkich piasków pustyniowych. Wiele piasków ergów saharskich ma te cechy słabo zaakcentowane, gdyż są to piaski rzeczne, zniesione w głąb pustyni przez okresowe rzeki i stosunkowo niedługo przerabiane przez wiatr. Obszary wydmowe na pustyniach mogą być ustabilizowane, gdy wydmy nie ulegają większym przemieszczeniom, albo też są to obszary ruchliwych wydm przemieszczających się z różną prędkością i zasypujących coraz dalsze obszary.
Bibliografia: M. Książkiewicz „Geologia dynamiczna”