Procesy eoliczne nie rozwijają się wyłącznie na pustyniach, ale mają miejsce wszędzie
Porównanie właściwości powietrza i wody
Gęstość 1,3 do 1000 kg/m3.
To się przekłada na stosunek gęstości kwarcu do cieczy rzeczywistej 2039 do 2,65.
A zatem siła wyporności działająca na ciało o objętości 1 m3 wynosi w powietrzu 12,8 N, a w wodzie 9810 N.
Inna jest też lepkość wody i powietrza. 1,78 razy 10-5 Pas dla powietrza i 10-3 Pas dla wody.
Prędkość opadania Stokesa to 8 w powietrzu i 0,15 w wodzie.
Naprężenie ścinające to 0,0999 , a dla wody 68. –
dla wiatru ok. 1 m nad powierzchnią terenu v ścinające to 0,26. No i w wodzie to jest 68. .
Krytyczna prędkość ścinająca potrzebna do poruszenia ziarna o 0,5 mm. 0,35 do 0,02.
Co wynika z powyższego porównania.
Małe wartości naprężenia ścinającego poruszającego się powietrza rozmiary ziaren transportowanych po powierzchni są mniejsze
Małe wartości siły wyporności działającej w powietrzu na ziarno kwarcu powodują, że prędkość opadania ziaren w powietrzu jest dużo większa niż prędkość opadania ziaren w wodzie. To sprawia, że transport piasku i żwiru w zawiesinie przez turbulencje jest utrudniony.
Transport w obciążeniu dennym jest zdominowany przez efekty kolizji W wodzie mieliśmy sporo saltacji, w środowisku wodnym ta saltacja byłą wywołana naporem płynącej wody. W transporcie eolicznym dominują saltacja i pełznięcie powierzchniowe, ale saltacja dokonuje się tu innym mechanizmem..
Warstwa materiału transportowanego w obciążeniu dennym w powietrzu może być grubsza niż w wodzie. Powierzchniowa warstwa przyścienna jest nieporównywalnie grubsza (100 – do 10.000 m ) w stosunku do warstw przyściennych najgłębszych rzek
Efekty kolizji ziaren powodują o wiele szybszą abrazję i obtaczanie ziaren.
Przeprowadzono eksperymenty, w których kryształy kwarcu były transportowane eolicznie i wodnie (w tunelach). Cech ziarna transportowanego eolicznie nabiera się tysiąc razy szybciej. To jest też ważne z punktu widzenia późniejszych interpretacji. Takie ziarno raz transportowane w środowisku eolicznym, nawet jeżeli potem znajdzie się w wodnym, to ma cechy eolicznego.
Erozja eoliczna :
deflacja
Usuwanie luźnego materiału (ziaren) z podłoża przez wiatr – powstają bruki deflacyjne - pokrywa złożona z grubego materiału. Może zachodzić też na warstwach piasków. Zachodzi aż do poziomu wód gruntowych.
Na pustyniach są ostrokrawędziste bruki. Dalej mogą być też bruki muszlowe. Dalej też z poziomów skalcyfikowanych korzonków
niszczenie i polerowanie powierzchni skały ziarnami niesionymi przez wiatr. Powstają grzyby.
Dwie przyczyny
Konwekcja termiczna ( obszary suche i półsuche) – ziarna frakcji pyłowej przenoszone na znacznych wysokościach na odległość setek i tysięcy kilometrów
Takie sytuacje widoczne są też na zdjęciach satelitarnych – nad morzem Śródziemnym są transportowane osady z nad Sahary. Znajdywane są nawet gdzieś w Hiszpanii.
Jeżeli to nagrzewanie lądu jest bardzo znaczne, to mogą powstawać tak zwane burze pyłowe popularnie nazywane burzami piaskowymi. Mają one wyraźnie zdefiniowany front. Materiał niesiony jest nie w tak grubej warstwie, ale bardziej skondensowanej przy powierzchni.
Chwilowe unoszenie w zawiesinie w wyniku oderwania strumienia wiatrowo – piaszczystego od grzbietu wydmy – w ten sposób mogą być transportowane ziarna frakcji piasku. Potem grawitacyjnie piasek wypada z tego strumienia po powierzchni rozdziału.
To dominujący rodzaj transportu eolicznego. W ten sposób transportowane są głównie ziarna piasku drobnego i średniego. Ten mechanizm jest jednak inny niż w środowisku podziemnym. Gdy zbliżamy się do wartości progowych prędkości wiatru, siłą wiatru zaczynają być pchane, kulane po powierzchni. Gdy jest pchane, to zaczyna się zderzać, dochodzi do kolizji pomiędzy poszczególnymi ziarnami. Przy dostatecznie silnym zderzeniu, ziarno zostanie wybite z osadu. Ziarno wybite w powietrze jest przechwytywane przez strumień wiatrowy i w trakcie lotu nabiera energii kinetycznej. Jak z powrotem opada, ma tak energię, że wybija nie jedno, ale kilka ziaren. Ten proces saltacji raz zapoczątkowany, rozwija się lawinowo, ale nie w nieskończoność, tylko do punktu nasycenia. Potem już mamy, że cały czas ileś tam ziaren spada, ale wybijanych jest tyle samo ziaren. Proces stabilizuje się na pewnym poziomie.
Zawsze prędkości potrzebne do uruchomienia procesu transportu są większe niż te do jego utrzymania. Gdy piasek jest już transportowany, to prędkość wiatru może być mniejsza, bo nie potrzebujemy tej siły, która wybije pierwsze ziarno.
Długość skoków saltacyjnych zależy od uziarnienia materiału czy od twardości podłoża. Pierwszy taki rysunek Bagnold 1941 – to praca, która nadal jest aktualna. Jego wkład był olbrzymi. Na powierzchni piaszczysto kamienistej skoki są większe, bo przy uderzeniu w otoczak opadłe ziarno nie traci energii, bo zderzenie jest sprężyste.
Taka sama ma miejsce, wtedy gdy mamy wilgotną powierzchnie piaszczystą, to też jest powierzchnia twarda. Największe natężenie jest przy powierzchni wilgotnej, m.in. ze względu na dużą prędkość ziaren.
Przy suchej powierzchni piaszczystej część energii rozprasza się na wybicie innych ziaren i skoki są mniejsze.
W ten sposób transportowane są głównie ziarna grubego piasku i żwiru, czyli te które są za ciężkie do transportu saltacyjnego. Co ciekawe on jest napędzany przez saltujące ziarna. Ziarna większe nie są wybijane w górę. Ziarno saltujące padające na podłoże jest w stanie przesunąć ziarno w spoczynku, które ma 6 – krotnie większą średnicę i 200 krotnie większej masę niż masa własna ziarna saltującego.
Szacuje się że udział pełznięcia powierzchniowego w transporcie eolicznym wynosi 20 – 25 %. To oczywiście ma szanse zajść wtedy, gdy mamy zróżnicowany materiał. Przy samym piasku całość jest transportowana saltacyjnie.
Zdjęcie wykonane przy wietrze 12 – 13 m/s. Na powierzchni zobaczylibyśmy pełznięcie powierzchniowe.
Ripplemarki piaszczyste
Stok podwietrzny jest długi, a zawietrzny stromy. Ripplemarki są niskie, silnie asymetryczne Grzbiety proste z częstą bifurkacją. Średnica ziaren 0,15 mm (moda 0,2 – 0,45 mm). Wysokość 0,5 – 1 cm. Rozstęp 2,5 – 25 cm. Wysoki stosunek L/H aż 10 -70 czyli długość znacznie większa niż wysokość.
Pierwotnie rozstęp riplemarków utożsamiano z długością skoków saltacyjnych, ale teraz wiemy, że rozstęp jest uwarunkowany wyłącznie uziarnieniem. Przy wzroście prędkości wiatru rozstęp się nie zwiększa, ale ripplemarki stromieją. Przy v = 11 m/s ripplemarki są rozwiewane. Prędkością progową jest 5 m/s
Na zdjęciu widać, że przy tych samych warunkach domieszka grubego osadu spowodowała, że utworzyły się duże ripplemarki (żwirowe).
Struktura riplemarków – migracja eolicznych ripplemarków piaszczystych nie da nam nigdy laminacji przekątnej! Jak one się przesuwają zostanie nam tyko pozioma laminacja! Zresztą nawet ona jest często niewidoczna w dobrze wysortowanym piasku.
I tak właśnie wygląda osad utworzony przez ripplemarki piaszczyste. Nie wyróżnimy tu zestawów przekątnych.
Są większe, bardziej kręte. Mają ostro zarysowany grzbiet. Są często symetryczne (lub lekko asymetryczne w grzbiecie tylko). Grzbiety są nieregularne, często barchanoidalne. Tworzą się przy frakcji 1 – 4mm. Rozstęp 0,25 – 20 m. H 2,5 – 60 cm. L/h 12 – 20 (bardziej strome niż piaszczyste).
Ponieważ formy są większe, może się rozwijać stok osypiskowy i tworzy się laminacja przekątna. Teoretycznie tak jak zmienia się wiatr się zmieniają upady laminacji, ale w zapisie kopalnym może się wyodrębnić jeden dominujący kierunek. W odróżnieniu od wodnych najgrubszy materiał gromadzony jest zawsze w grzbiecie, bo drobniejszy jest wywiewany. Najgrubsze i najcięższe ziarna są tu gromadzone. Czyli po pierwsze frakcja żwirowa, a po drugie minerały ciężkie.
Na zdjęciach wyraźnie widać, że to mamy w grzbiecie
Tutaj też grzbiet tego jest podkreślony ziarnami kwarcowymi otoczonymi powłoczką hematytowa
Grzbiecik podkreślony żwirem
Na deflacyjnej powierzchni tworzą się wałeczki ze żwiru.
Może powstać bardzo szybko . To jest kilka godzin przy stałym wietrze. Najpierw tworzą się płaty piaszczyste – mają dowietrzny stok bardziej stromy niż zawietrzny.
Potem na jego powierzchni zaczynają się rozwijać ripplemarki eoliczne, powiększa się, aż uzyska odpowiednią grubość i odrywa się prąd, powstaje protowydma, którą charakteryzuje rozwój stoku osypiskowego. Aż w końcu wydma z dobrze rozwiniętym stokiem osypiskowym.
Żeby nie być gołosłownym, to faktycznie tak wygląda. Piasek jest spychany i faktycznie ten stok dowietrzny jest bardziej stromy. One są z reguły rozmieszczone w dość regularnych odstępach. Dalej grubienie płatów, aż w końcu tworzy się protowydma ze stokiem osuwiskowym W końcu dochodzi do powstania. wydmy. To się stało w okresie 3-4 godzin.
Wydmy przyjmują bardzo różne kształty. Mamy barchany, seify, poprzeczne, paraboliczne, barchanoidalne i gwiaździste.
Typ wydmy determinowany jest przez:
dostępność piasku
obfita dostawa seify lub wydmy poprzeczne
mała ilość piasku barchany
prędkość i stałość kierunku wiatru
zmienny kierunek wydmy gwiaździste
pokrywa roślinna
stabilizacja osadów przez rośliny: wydmy paraboliczne
Wydma to nie jest kolejne stadium rozwoju riplemarka, natomiast potem jest nadbudowywana przez ripplemarki
Generalnie uziarnienie jak w osadach eolicznych czyli 0,2 do 1 mm, ale częściej do 0,5 mm. Rozstęp 25 do 250 m i wysokość do 150 m.
Strukturą wewnętrzną takiej wydmy jest zawsze laminacja przekątna, która występuje w zestawach tabularnych przekątnych, także klinowych. Miąższość tego zestawu określa nam miąższość formy i dochodzi do 30 m. Wysoki kąt zapadania lamin przekątnych 20 – 35 °. Dominuje laminacja przekątna tangencjalna.
Inne struktury wewnętrzne
charakterystyczne zazębianie się zestawów o przeciwnym kierunku zapadania lamin przekątnych (zig-zag structure) – to jest wtedy, gdy dwie ostrogi na siebie wejdą (2)
liczne powierzchni reaktywacji
częste struktury deformacyjne (drobne fałdki, uskoki) – obszary nadbrzeżne, gdzie osad jest wilgotny
Widoczna struktura zigzagu w poziomie
Kopalne wydmy – duży zestaw warstwowany przekątnie
Ważna jest analiza kierunków zapadania laminacji przekątnej. Trzeba uważać, gdzie robimy przekrój:
Rozrzut kierunków może dojść do 180 stopni w barchanie. Przykłady izolowanych barchanów. Widać bardzo dobrze ostrogi. To jest na powierzchniach z niedostatkiem materiału. W stanie kopalnym analiza jest tak samo trudna. Nie da się powiedzieć czy był to barchan czy wydma paraboliczna, jeżeli nie mamy korzeni po roślinach.
W wydmach poprzecznych rozrzut kierunków o wiele mniejszy. On sięga najwyżej 90°. Nie mamy już ostróg równoległych.
W sejfach wiatry wieją równoległe do linii grzbietu i mamy sedymentację albo po jednaj albo po drugiej stronie grzbietu. Jeżeli pomierzymy rozrzut kierunków to on jest prawie do 90 stopni w dwóch kierunkach, ale z wyraźną przerwą (3).
Wydmy gwiaździste. Struktura wewnętrzna jest najbardziej skomplikowana. To jest zbieranina różnych zestawów nie tabularnych. Wszystkie kierunki dają nam w zasadzie 360 stopni.
Ostatnim rodzajem formy akumulacyjnej są tzw. draa bądź draasy. To formy całych pól wydmowych. To frakcje od 0,2 do 0,6 jak wszędzie. Długość dochodzi do 4 km, a wysokość nawet do 400 m.
Identyfikowane są na podstawie zdjęć lotniczych i satelitarnych, bo pokryte formami wydmowymi i ripplemarkami.
Współcześnie występują tylko na pustyniach, gdzie miąższość pokrywy piasku jest rzędu setek m, np. Sahara, płw. Arabski.
Między wydmami i ripplemarkami jest wyraźna powierzchnia rozdziału (4)
Działa tu mechanizm przylegania, przyczepności ciał stałych lub cieczy, będący efektem działania sił międzycząsteczkowych (siły van der Waalsa).
Powstają wyłącznie w wyniku nawiewania ziaren piasku na wilgotne podłoże. Wilgotne ziarna przyczepiają do siebie inne ziarna i unieruchamiają. Ziarna piasku, które opadły, zostają zwilżone wskutek wzniosu kapilarnego i tym sposobem przechwytują kolejne ziarna.
Zmienny kierunek wiatru ripplemarki adhezyjne przekształcane są w brodawki adhezyjne.
To wygląda w ten sposób że jeżeli mamy wiatr wiejący w tym kierunku, to ziarna przyczepiają się jedne na drugim i znowu jest efekt taki, że mamy stromy stok dowietrzni i połogi zawietrzny. Czyli asymetria. Grzbiet przesuwa się przeciwnie do kierunku wiatru, bo jest dobudowywana strona dowietrzna. Są nieregularne, ale ustawione prostopadle do kierunku wiatru zawsze. Ich rozstęp to 1 – 20 mm i więcej
Wysokość kilka mm do kilku cm.
Struktura wewnętrzna to nieregularna laminacja falista i laminacja pozioma. W zapisie kopalnym nie jesteśmy w stanie rozpoznać.
Czubek ołówka pokazuje kierunek wiatru.
Szpachelka pokazuje kierunek wiatru trochę większa.
Gdy kierunek wiatru się zmienia, to powstają brodawki adhezyjne wypukłe. Nie ma tu jakiegoś konkretnego kierunku.