Osad dziedziczny

Legacy sediment (LS) to ciała osadowe osadów odziedziczone po wzroście działalności człowieka od czasów neolitu . Obejmują one szeroki zakres zmian w użytkowaniu gruntów i pokryciu terenu , takich jak wycinanie terenów rolniczych, wyrąb i usuwanie rodzimej roślinności , górnictwo , budowa dróg , urbanizacja , a także zmiany wprowadzone do systemów rzecznych w postaci zapór oraz inne konstrukcje inżynierskie przeznaczone do kontrolowania i regulowania naturalnych procesów fluwialnych (erozja, depozycja, migracja boczna, meandrowanie). Pojęcie LS jest stosowane w geomorfologii , ekologii , a także w badaniach jakości wody i toksykologii .

LS jest rozmieszczony w krajobrazie w sposób niejednorodny przestrzennie i kumuluje się, tworząc różne formy terenu . Może przechodzić przez system rzeczny poprzez zmiany facji od koluwium na zboczach wzgórz , przez aluwium równin zalewowych i terenów podmokłych , po drobnoziarniste jeziora i ujścia rzek osady wolnostojące. Czasowy charakter LS jest transgresyjny w czasie, co oznacza, że ​​inicjacja i szczytowe tempo osadzania może mieć miejsce w różnym czasie w systemie rzecznym, a także w różnym czasie między regionami. Przerywany transport LS można traktować jako system kaskadowy, który przerabia osady LS ze zboczy wzgórz, do kanałów i na równiny zalewowe, tak że antropogeniczne zostaną zmieszane z osadami nieantropogenicznymi.

Systemy rzeczne rejestrują przeszłe i obecne ślady antropogenicznych zmian w środowisku . LS jest elementem zmiany w tym kontekście, ponieważ napędza strumienie energii i materii ( łączność ) przez systemy rzeczne i dostarcza wskazówek dotyczących użytkowania gruntów w przeszłości i dynamiki rzek, które mogą informować o przyszłych trajektoriach reakcji rzeki. W tym sensie uznanie koncepcji LS może przynieść korzyści w rozwoju świadomej polityki w zakresie renaturyzacji strumieni , jakości wody i budżetu osadów zarządzania, ochrony ekosystemów wodnych i zagrożenia powodziowego. Co więcej, implikacje skutków dziedzictwa związanych z antropogenicznie zmodyfikowaną dynamiką osadów mają kluczowe znaczenie w kontekście usług ekosystemowych .

Definicje

Aluwium po osadnictwie

Definicje wskazują głównie na aluwium Ameryki Północnej po osadnictwie, powstałe w wyniku wycinki rolniczej.

„Legacy Sediment (rzecz.) to osady, które (1) zostały erodowane ze zboczy wyżynnych podczas kilku stuleci intensywnego oczyszczania terenu, rolnictwa i młynarstwa (we wschodnich Stanach Zjednoczonych miało to miejsce od końca XVII do końca XIX wieku); (2) zbierane wzdłuż korytarzy potoków i dna dolin, zasypujące potoki przedosadnicze, równiny zalewowe, tereny podmokłe i suche doliny; i to zmieniło funkcje hydrologiczne, biologiczne, wodne, łęgowe i chemiczne strumieni przed osadnictwem i równin zalewowych; (3) nagromadzone za wszechobecnymi niskospadowymi tamami młyńskimi w środowiskach wód stojących, co skutkuje grubymi nagromadzeniami drobnoziarnistego osadu, który odróżnia „osad dziedziczny” od osadów rzecznych związanych z meandrującymi strumieniami; (4) mogą również gromadzić się jako gruboziarniste, słabiej wysortowane osady koluwialne (niezwiązane z transportem strumieni), zwykle na obrzeżach dolin; (5) może zawierać różne ilości całkowitego fosforu i azotu, które przyczyniają się do ładunków składników odżywczych w dolnych drogach wodnych w wyniku procesów erozji brzegów. . .''

Epizodyczne osady osadowe spowodowane antropogenicznie

W wyniku krytyki związanej z ograniczonym zakresem i stosowalnością tej definicji zaproponowano bardziej elastyczną i ogólną definicję, która (1) obejmuje szerszy zakres działalności człowieka, (2) uwzględnia więcej typów osadów poza aluwium poosadniczym , oraz (3) respektuje przestrzenną (niejednolitą) i czasową (przekraczającą czas) zmienność LS:

„Osad dziedziczny: materiały ziemskie - głównie aluwium [lub koluwium] - zdeponowane w wyniku zakłóceń spowodowanych przez człowieka, takich jak wylesianie, użytkowanie gruntów rolnych lub górnictwo. Wyrażenie to jest często używane do opisania osadów z równin zalewowych po Europie, znanych również jako aluwium po osadnictwie. Świadomość odziedziczonych osadów wzrosła w odpowiedzi na znaczenie, jakie odgrywa w budżetach osadów, jakości wody, renaturyzacji rzek, toksyczności, łączności kanałów bocznych i teorii geomorficznej. . . ”

„Dziedzictwo osadów to głównie aluwium [i koluwium], które zostało zdeponowane w wyniku ingerencji człowieka w dział wodny. Zakłócenia mogły mieć formę wylesiania, orania gruntów rolnych, górnictwa lub innych zmian użytkowania gruntów. W Ameryce Północnej i Australii, odziedziczone osady są wszechobecne i reprezentują epizodyczną erozję w odpowiedzi na kolonizację gruntów przez europejskich osadników, którzy wprowadzili technologie oczyszczania gruntów Starego Świata (np. stalowe narzędzia i pługi ciągnięte przez zwierzęta pociągowe) oraz gospodarki eksportowe. jako aluwium poosadnicze (PSA), które może pokrywać całe tereny zalewowe i zasypywać glebę przedosadniczą grubym płaszczem stosunkowo młodych osadów warstwowych”.

Typy i związane z nimi formy terenu

typy

LS obejmuje osady o różnej strukturze i teksturze. Mogą to być koluwialne, zawierające słabo wysortowane, kanciaste fragmenty skał zdeponowane w wyniku wyniszczenia masy lub procesów erozyjnych arkuszy, aluwialne, zawierające dobrze wysortowane, zaokrąglone klasty i bardzo drobnoziarnisty zawieszony osad osadzony w procesach fluwialnych.

Powiązane formy terenu

Większość LS jest generowana na wyżynach w wyniku procesów erozyjnych związanych z marnowaniem masy, przepływem warstw, rowami i wąwozami . Zdeponowane koluwium ma małą odległość przemieszczania się i gromadzi się w draperiach środkowego zbocza w pobliżu miejsca erozji, w fartuchach lub klinach osadowych u podstawy zbocza lub w wachlarzach u ujścia wąwozów , cieków rumowiskowych i dopływów .

Równiny zalewowe magazynują aluwium poprzez akrecję boczną i pionową , tj. osady rumowiska są włączane do równiny zalewowej. Epizody depozycyjne odzwierciedlają równowagę między ilością dostępnych osadów a zdolnością ich transportu. W związku z tym charakter LS na terenach zalewowych może mieć różny charakter: (1) stopniowany, gdy nadmiar osadów i deficyt zdolności transportowej zasypuje tereny zalewowe ciągłymi osadami, (2) kaskadowy, gdy obfitość osadów i ograniczona zdolność transportowa powodują seria częstych, ale oddzielnych kieszeni, (3) przerywana, gdy ograniczona podaż osadu, ale skuteczny transport prowadzi do osadzania się tylko w lokalnie izolowanych kieszeniach.

W środowiskach o niskiej energii, takich jak jeziora, tereny podmokłe, ujścia rzek, LS są zdominowane przez bardzo drobnoziarnisty materiał, taki jak muły i gliny , i tworzą plaże oraz kompleksy plażowo- wydmowe .

Relacje od źródła do ujścia

Innym sposobem konceptualizacji przestrzennego wzoru LS w całym zlewni jest pojęcie stref źródłowych i magazynowych lub zlewni. Sklepy odróżniają się od zlewozmywaków tym, że są czasowe w krajobrazie, przy czym pierwsze są tymczasowe, a drugie bardziej trwałe. Wyżyny charakteryzują się lokalnymi punktami składowania w pobliżu strefy produkcji osadów, z większymi zbiornikami w dole rzeki w szerszych dolinach o niskim nachyleniu. Sklepy w tej części zlewni mają generalnie krótkie czasy przebywania, ponieważ są one epizodycznie przerabiane przez system rzeczny. Źródła są połączone z pochłaniaczami poprzez strefy transportowe lub transferowe, na ogół charakteryzujące się dużą zdolnością transportową lub niewielką przestrzenią akumulacyjną dla gromadzenia się osadów, np. strome wąskie doliny, które są bardzo skuteczne w przenoszeniu osadów w dół rzeki. Zlewozmywaki występują najczęściej w nisko położonych obszarach o niskim nachyleniu, gdzie energia przepływu jest rozpraszana na dużych powierzchniach, tak że dominuje akumulacja. Tutaj znacznie zwiększa się powierzchnia składowania i czas przebywania osadów w stosunku do górnych części zlewni.

Starsze efekty

Badania naukowe dokumentujące powszechną zmianę dynamiki osadów (tj. dostarczanie osadów, porywanie osadów, transport, erozja, depozycja i składowanie) przez człowieka prowadzą do dowodów na to, że działalność człowieka zdominowała procesy erozji, depozycji i geochemii w ekosystemach. Jest to szczególnie widoczne w systemach rzecznych, ponieważ rzeki są najniższymi punktami topograficznymi każdego krajobrazu iw konsekwencji gromadzą wodę, substancje rozpuszczone, osady mineralne i określoną materię organiczną z krajobrazu, ale także opady atmosferyczne, substancje rozpuszczone i cząstki stałe. Ponadto zwiększona dostawa osadów do rzek, ale zmniejszony transport osadów w sieci rzecznej, doprowadziła do powstania efektów dziedzictwa wzdłuż prawie wszystkich rzek na całym świecie. Na przykład, chociaż przyspieszona antropogeniczna erozja gleby zwiększyła transport osadów w rzekach na całym świecie o 2,3 (± 0,6) miliarda ton rocznie, dostawa osadów do wybrzeży i oceanów świata została zmniejszona o 1,4 (± 0,3) miliarda ton rocznie z powodu retencji w ramach zbiorniki . Ponad 50% głównych działów wodnych na świecie jest dotkniętych przez tamy. Szacuje się, że w samych Stanach Zjednoczonych tylko 2% kilometrów rzek nie jest dotkniętych tamami.

Działalność człowieka ma wpływ na dziedzictwo osadów rzecznych, które objawia się zmianami lokalizacji, ilości i składu osadów. Skutki spuścizny są zmienne czasowo i przestrzennie, a powstałe osady mają różny zasięg przestrzenny, wskaźniki akumulacji i czas przebywania w systemie rzecznym. Na przykład usunięcie tam bobrowych może początkowo spowodować lokalną sedymentację w części basenu obejmującej zaledwie kilka hektarów. Podobnie jedna milldam zbudowana na rzece zwiększa osadzanie się osadów na kilku hektarach. I odwrotnie, budowa setek kilometrów umocnień brzegowych , takie jak wały przeciwpowodziowe , mają znacznie większy wpływ w całym basenie, prawie eliminując osady nadbrzeżne. Podobnie usuwanie rodzimej roślinności w obrębie wyżynnej części dorzecza może prowadzić do znacznej agradacji dna dolin na niemal całym biegu sieci rzecznej. Oczyszczanie ścieków może usunąć zanieczyszczony osad w mniej niż rok, ale metale ciężkie i syntetyczne chemikalia mogą pozostawać w osadach rzecznych w toksycznych normach przez dziesięciolecia, a nawet stulecia.

Trzy główne skutki antropogenicznej manipulacji ekosystemami to zwiększenie sedymentacji, zmniejszenie lub wyeliminowanie sedymentacji i/lub zanieczyszczenie osadów różnymi zanieczyszczeniami .

Zwiększona sedymentacja

Sedymentację wzmacniają działania, które albo zwiększają dopływ osadów do rzeki z górnego biegu rzeki (np. karczowanie, wydobycie, wypas) lub innych części zlewni, albo zmniejszają zdolność transportową rzeki (np. regulacja przepływu).

Ich skutki mogą wywołać metamorfozę rzeczną, czyli całozmianową zmianę morfologii rzeki . Na przykład zmiana upraw ze zbóż na ziemniaki pod koniec XIX wieku w Polsce spowodowała taki wzrost plonów osadów, że meandrujące rzeki przekształciły się w rzeki roztokowe . Wydobycie miedzi w górnym biegu rzeki Ok Tedi w Papui-Nowej Gwinei generowało dziennie ok. 80 tys. ton odpadów poflotacyjnych i 121 tys. ton dziennie wydobytej skały odpadowej, które trafiały do ​​rzeki i wpływały na cały bieg sieci rzecznej oraz środowisko przybrzeżne. Dziesięć lat później system rzeczny zareagował podwyższeniem o ponad 6 metrów w niektórych częściach dorzecza. W Kalifornii rzeka Bear River nadal przerabia i przesuwa osady powstałe w wyniku działalności górniczej ponad sto lat po jej ustaniu.

Pośrednio zmiana klimatu może również nasilać sedymentację poprzez zmiany wzorców opadów i wyładowań, które, jak wykazano, skutkują zwiększonymi ruchami masowymi, zmianami reżimów pożarów i zwiększonym topnieniem lodowców.

Zmniejszona sedymentacja

Sedymentacja jest zmniejszona lub całkowicie usunięta, gdy działalność człowieka zmniejsza produkcję osadów z górnego biegu rzeki (np. tamy i zbiorniki w regionach wyżynnych, zbiorniki retencyjne osadów) lub zmniejsza fizyczną złożoność koryta rzecznego (np. kanalizacja, drenaż) lub oddziela koryta rzeczne od sąsiednich obszarów zalewowych i terenów podmokłych ( np. wały przeciwpowodziowe, usuwanie zapór bobrowych i zatorów / dużego gruzu drzewnego ).

Szybka budowa zapory w systemie rzeki Mekong zaowocowała powstaniem 38 zapór (stan na 2014 r.) I dodatkowych 133 zaproponowanych dla głównego strumienia i jego dopływów - gdyby wszystkie miały zostać zbudowane, ogólna zdolność zatrzymywania osadów wyniosłaby 96%. Szacunki wskazują, że obecnie w zbiornikach zbudowanych w ciągu ostatnich 50 lat zgromadzonych jest około 100 miliardów ton osadów. Budowa wałów przeciwpowodziowych w dolnej rzece Mississippi zmniejszyła przepływy na brzegach o 90%. Środki stabilizacji brzegów związane z tym projektem ograniczyły erozję brzegów i migrację boczną meandrów, podczas gdy wały wywołane czyszczenie złoża podczas niskich przepływów z powodu zwiększonej prędkości przepływu . Ogólnie projekt ten doprowadził do zmniejszenia składowania osadów na równinie zalewowej z 89 600 do 7 000 kilometrów kwadratowych w latach 1882–2000. W australijskiej rzece Cann usuwanie drewna z kanału przekształciło dalsze odcinki sieci rzecznej z osadnika w źródło osadu.

Zanieczyszczona sedymentacja

Działalność człowieka wprowadza lub koncentruje naturalnie występujące (np. azot, fosfor) lub syntetyczne zanieczyszczenia i zanieczyszczenia, które wchłaniają się w osadach i mogą prowadzić, na poziomie toksycznym, do chronicznego lub poważnego zakłócenia mechanizmów fizjologicznych wszystkich organizmów. Najczęstszymi zanieczyszczeniami, które mogą pochłaniać drobne osady, są metale śladowe , składniki odżywcze (np. azot , fosfor ), wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), patogeny , polichlorowane bifenyle (PCB), pestycydy , lotne związki organiczne (LZO).

Na przykład dwie tamy kopalni złota znajdujące się w rumuńskich dopływach Dunaju zawiodły , uwalniając w ten sposób ogromne ilości wody i osadów zanieczyszczonych cyjankiem na dziesiątki kilometrów w dół rzeki, co zabiło organizmy rzeczne i zakłóciło zaopatrzenie ludzi w wodę pitną na wiele tygodni. W dorzeczu Rio San Juan w Peru kwaśny drenaż kopalni został skierowany do naturalnego jeziora, co doprowadziło do bardzo wysokich stężeń miedzi, cynku i ołowiu w osadach jeziora. Próbki pobrane przez USGS w latach 1993-2003 wykazały, że średnie stężenia azotu i fosforu w strumieniach rolniczych są sześciokrotnie wyższe niż poziomy tła i że w całych Stanach Zjednoczonych stężenia w strumieniach zwykle przekraczają poziomy zalecane przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska w celu w celu ochrony życia wodnego.

Zobacz też

Dalsza lektura

  • Wohl, E. (2004). Odłączone rzeki: łączenie rzek z krajobrazami . Wydawnictwo Uniwersytetu Yale.
  • Brierley, G., Fryirs, K. (2005). Geomorfologia i zarządzanie rzekami: zastosowania ram stylów rzecznych . Wydawnictwo Blackwell.
  • Wohl, E. (2014). Rzeki w krajobrazie: nauka i zarządzanie . John Wiley & Sons, Ltd.

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Legacy_sediment&oldid=1122090243 ”