Желдің әрекетінен туындайтын геологиялық процестер

Кіріспе

Жел белсенділігіне байланысты процестер

Эолиялық процестер, сондай-ақ эолиялық деп те жазылады, геология мен ауа райын зерттеуде желдің белсенділігіне және әсіресе желдің Жердің (немесе басқа планеталардың) бетін қалыптастыру қабілетіне қатысты. Желдер материалдарды эрозияға ұшыратып, тасымалдай және шөгіндіре алады, сондай-ақ өсімдік жамылғысы сирек, топырақ ылғалы жеткіліксіз және тұнба шөгінділері көп аймақтарда тиімді әрекет етеді. Су желге қарағанда әлдеқайда күшті эрозиялық күшке ие болса да, эолиялық процестер шөл сияқты құрғақ ортада маңызды рөл атқарады. Бұл термин грек құдайы Эол, желдің сақшысы, атынан шыққан.

Анықтама және орнату

Эолиялық процестер – жер бетінде немесе оның жанында желдің әсерінен туындайтын шөгінділердің эрозиясы, тасымалдануы және шөгуі. Эолиялық процестер өсімдік жамылғысы аз немесе жоқ аймақтарда ең маңызды. Жарым шөлейтті аймақтардағы өзен аңғарларының желге қарсы беті көбінесе құм және құм төбелермен жабылады. Солтүстік Америкадағы мысалдарға Платт, Арканзас және Миссури өзендері жатады. Жел эрозиясы кейбір адамдардың қызметінен, мысалы, 4x4 көліктерін пайдаланудан күшейеді.

Дефляция

Дефляция – желдің турбуленттілігі арқылы беткейден шашыраңқы материалды көтеріп алып тастау процесі. Ол үш механизм арқылы жүзеге асырылады: сүйреу/беттік сырғанау, секіру және аспа. Сүйреу немесе беттік сырғанау – ірі ұсақ түйіршіктердің беткеймен сырғанауы немесе домалануы. Секіру – бөлшектердің қысқа қашықтыққа жер бетінен секіріп ұшуы. Аспаға тартылған бөлшектер желге толыққандай сіңіп, ұзақ қашықтыққа тасымалданады. Секіру дефляцияның 50–70%-ын, аспа 30–40%-ын, ал беттік сырғанау 5–25%-ын құрайды. Күшті және ұзаққа созылған эрозияға ұшыраған аймақтар дефляциялық аймақтар деп аталады. Көптеген эолиялық дефляциялық аймақтар шөлдің тас жамылғысынан тұрады, ол жел мен су ұсақ бөлшектерді алып тастағаннан кейін қалған тас сынықтарының қабаты. Шөлдің тас жамылғысының тас қабығы төмендегі материалды одан әрі дефляциядан қорғайды. Шөлдің тас жамылғысы Сахараның тасты шөлдерін құрайды. Бұл аймақтар хамада деп аталатын тасты жерлерге және серир деп аталатын ұсақ тастар мен қиыршық тасқа бөлінеді. Шөлдік жерлерде тас жамылғысы кеңінен таралған. Желдің дефляциясынан пайда болған ойыстарды жарықтар дейді. Жарықтар көбінесе кішкентай болады, бірақ диаметрі бірнеше километрге жете алады. Ең кішкентайлары – тереңдігі 0 метр, диаметрі 3 метр болатын қарапайым шұңқырлар. Ең үлкендері – Моңғолиядағы жарық ойыстар, ені 8 километрге дейін жетеді және тереңдігі болуы мүмкін. АҚШ-тың Вайоминг штатындағы Биг Холоу ойысы 91 метрге дейін терең.

Қию

Ыдырау (кейде коррозия деп те аталады) – желмен қозғалатын ұсақ бөлшектердің жер бедерінен материалды ұрып түсіруі немесе тозуы процесі. Бұл бір кезде шөл эрозиясына маңызды үлес қосады деп есептелген, бірақ 20 ғасырдың ортасына қарай оның маңызы азайды. Жел әдетте құмды аз қашықтыққа ғана көтере алады, көбінесе желмен тасымалданған құм жер бетіне жақын қалады, және оның дені 6 футтан (2 метрден) биікке көтерілмейді. Бұрын желдің ыдырауына байланысты деп саналған көптеген шөлдік нысандар, соның ішінде жел үңгірлері, саңырауқұлақ тастар және тафони деп аталатын ұялы тозу, қазірде дифференциалды тозу, жаңбырдың шаюы, дефляция және басқа да процестерге байланысты деп есептеледі. Ярданг – желдің ыдырауынан пайда болатын шөлдік нысанның бір түрі. Бұл – ондаған метрге дейін биіктігі және шақырымдарға дейін ұзындығы жететін, шөл желдерімен тегістелген таулы қыраттар. Ярдангтардың ерекшелігі – бағытталған жел ағынына сәйкес келетін созылған ойыстар немесе жоғалаулар. Олар көбінесе құмды топырақ сияқты жұмсақ материалдарда қалыптасады. Ыдырау ашық беттерді жылтыратуға, шұңқырлар жасауға, ойыстар мен жоғалаулар түзуге, пішіндеуге және жақтарын кесуге әкеледі. Бұл құрғақ аймақтарда кең таралған, бірақ геологиялық тұрғыдан маңызды емес. Жылтыратылған немесе жақтары кесілген беттер – вентификаттар сирек кездеседі, олардың пайда болуы үшін көп мөлшерде құм, күшті жел және өсімдік жамылғысының болмауы қажет. Антарктиданың кейбір аймақтарында желмен соққан қар бөлшектері, техникалық тұрғыдан алғанда шөгінділер, ашық тау жыныстарын да ыдыратуға себеп болған.

Қалқыма

Атриция – қозғалыстағы сұйықтықтағы бөлшектердің соқтығысу нәтижесінде тозуы. Желмен тасымалданатын бөлшектердің соқтығысуы 2-5 микрон мөлшеріндегі шаңның маңызды көзі болып табылады. Мұның көп бөлігі – бөлшектердің үстіңгі қабатындағы ескірген саз қабатын жою арқылы пайда болады.

Көлік

Құрғақ ортада жел құм мен ұсақ шөгінділерді тасымалдауда басым рөл атқарады. Желдің тасымалы перигляциальді аймақтарда, өзендердің су тасқынындағы жазықтарда және жағалау аймақтарында да маңызды. Жағалау желдері ішкі жерге силицикластикалық және карбонат шөгінділерінің көп мөлшерін жеткізеді, ал жел және шаң дауылдары саз және күл бөлшектерін ұзақ қашықтықтарға тарата алады. Жел мұхиттың терең бөліктеріне шөгінділердің көп бөлігін жеткізеді. Кішкентай бөлшектер атмосферада сәл тоқтап тұрып, ілініп қалуы мүмкін. Ауаның турбулентті қозғалысы ілініп тұрған бөлшектердің салмағын ұстап тұрып, оларды ұзақ қашықтыққа тасымалдауға мүмкіндік береді. Жел 0,05 мм-ден кіші шөгінді түйіршіктерін ірі түйіршіктерден бөліп, оларды ілініп тұратын бөлшектер ретінде тасымалдауда өте тиімді. Жағалау құмды төбелерінің мөлшері көбінесе өсімдік жамылғысы арасындағы бос кеңістік мөлшерімен шектеледі. Сахара шаңы Еуропаның оңтүстігінде қызыл саз топырақтарының пайда болуына да себеп болады.

Шаң дауылдары

Шаң дауылдары – көру қабілетін азайтатын, көп мөлшерде шаңды желмен бірге алып жүретін жел дауылдары. Көбінесе синоптикалық (аймақтық) деңгейде, ауа фронттары бойындағы күшті желдердің немесе жергілікті жерлерде дауылдан туындаған күшті жел ағындарының салдарынан пайда болады. Шаң дауылдары егістерге, адамдарға және тіпті климатқа әсер етеді. Жерде шаң мұхиттардың үстінен өтіп, Сахара шаңы Амазонка бассейніне жеткендей, бүкіл мұхиттарды кесіп өте алады. 1971 жылы "Маринер-9" ғарыш кемесі Марс орбитасына енгенде, бір айға созылған шаң дауылдары бүкіл планетаны жапты, бұл планета бетін фотосуретке түсіру жұмысын кешіктірді. Шаң дауылдарымен тасымалданатын шаңның көп бөлігі ұсақ тозаң түрінде болады. Осы желмен әкелінген тозаңның шөгінділері лосс деп аталады. Қалыңдығы ең көп лосс Қытайдағы Лосс платосында орналасқан. Осы азиялық шаң мыңдаған шақырымға таралып, Гавайи сияқты алыс жерлерде терең қабаттарды құрайды. Солтүстік Америкадағы Пейория лоссы Батыс Айованың кейбір аймақтарында қалыңдығы шамамен бір метрге жетеді. Лосс топырағында өсірілген егіндер көбінесе ауыл шаруашылығы үшін өте өнімді болады. Құрғақ жерлерде жиі кездесетін шағын маусылымдар, шаң айдамалары, ауаның қатты қызуынан туындаған ауа массасының тұрақсыздығымен байланысты деп саналады. Шаң айдамаларының биіктігі 1 километрге жете алады. Марстағы шаң айдамаларының биіктігі 2 миллион метрге дейін жететін жағдайлар да тіркелген, бірақ бұл сирек кездеседі.

Депозит беру

Жел құмды балшықтан және сазды топырақтан өте тиімді ажыратады. Осының салдарынан, екі түрдің арасында шектеулі қабаттасумен ерекше құмды (эрг) және сазды (лесс) эолдық шөгінділер пайда болады. Лесс шөгінділері ергтерге қарағанда шөгінділердің бастапқы көзінен қашықта орналасқан. Мысалы, АҚШ-тың Небраска штатындағы Құмды Төбелерді қарастыруға болады. Мұнда батыста өсімдіктермен бекітілген құмды дөңдер, ал шығыста – Рокки тауларының етегіндегі Огалала формациясынан шыққан бастапқы шөгінді көзінен қашықта орналасқан лесс шөгінділері кездеседі. Ол екі негізгі құм түрін анықтады: ай тәрізді құмдарды "бархан" деп, ал сызықты құмдарды бойлық немесе "сейф" (араб тілінде "қылыш") деп атады. Багнольд кішкентай толқындар мен құм жамылғыларын, сондай-ақ құмдардың әртүрлі түрлерін қамтитын жіктеу жүйесін жасады. Марста құмдардың табылуы эолдық процестерді зерттеуге жаңа серпіліс берді, ол компьютерлік модельдеуді кеңінен пайдаланады. Желдің салдарынан шөгіндірген материалдар өткен және қазіргі жел бағыттары мен күші туралы ақпаратты сақтайды. Бұл нышандар қазіргі климатты және оны қалыптастырған күштерді түсінуге көмектеседі.

Құмдықтар

Құм төбесі – желдің әсерінен қалыптасқан шөгінділердің жиналысы, олар үйме немесе қырқа тәрізді болады. Олар құм көлеңкелерінен немесе құм қозғалысынан (құм ағынынан) айырмашылығы, кез келген жер бедеріне кедергісіз дербес қалыптасады.

Эолдық шөл жүйелері

Шөлдер Жердің қазіргі құрғақ бетінің 20-25 пайызын жабады, көбінесе солтүстік және оңтүстік ендіктерінде 10-30 градус аралығында орналасқан. Бұл жерлерде тропикалық атмосфералық айналымның төмен түсетін бөлігі (Хадли жасушасы) жоғары атмосфералық қысымды тудырып, жауын-шашынның түсуін тежейді. Осы шөлдердің кең аумақтары желмен әкелінген құммен жабылып жатыр. Аумағы шамамен 1 километрден асатын жерлер ерг деп, ал кішірек аумақтар құмды алқаптар деп аталады. Ергтер мен құмды алқаптар қазіргі шөлдердің шамамен 20 пайызын, немесе Жердің жалпы құрғақ бетінің шамамен 6 пайызын құрайды. Бүгінгі күнгі құмды аймақтар біршама ерекше. Шөлдер, қазіргі кезде де, геологиялық жазбаларда да көбінесе құмды алқаптар емес, аллювиалды жайылмалармен ерекшеленеді. Құмды аймақтардың қазіргі кезде көптеп кездесуі соңғы мұздық максимумнан кейін Үшінші дәуірдің шөгінділерінің қайта өңделуімен байланысты болуы мүмкін. Көптеген қазіргі шөлдер Квартерлік климаттың күрт өзгеруін бастан өткерді, ал жел жүйелерімен шашыратылып жатқан шөгінділер бұрынғы ылғалды кезеңдерде таулы аймақтарда пайда болып, өзен ағысы арқылы жинақталған алаптарға жеткізілген. Бұл шөгінділер бастапқыда өзен арқылы сұрыпталғаннан кейін, желмен одан әрі сұрыпталды, нәтижесінде эолиялық жер бедері қалыптасты. Ағын желілерін ергтен ергке дейін табуға болады, бұл жел бағыты бойынша ұзақ қашықтыққа тасымалданатынын көрсетеді. Спутниктік бақылаулар көрсеткендей, жағалар құм ағысының бағытымен сәйкес келеді. Барлық ағын желілері шөлдің ішінде басталады және жоғары қысым жасушаларына ұқсас сағат тілімен айналысқанын көрсетеді. Ең көп дефляция кептірілген көлдердің төсектерінде жүзеге асады, онда пассат желдері Тибести таулары мен Эннеди платосы арасында төменгі деңгейдегі реактивті ағымды қалыптастырады. Ақырында, ағын желілері теңізге жетіп, Сахара шаңының мыңдаған шақырымға созылған тұманы Атлант мұхитында таралады. Бұл мұхитқа тұрақты түрде балшық жаудырады. Жыл сайын осы жүйе арқылы 260 миллион тонна шөгінді тасымалданады деп есептеледі, бірақ терең теңіз түйіндіктеріне сүйенсек, соңғы мұздық максимум кезінде оның көлемі одан да көп болған. 0,1–1 микрон өлшемді минералды шаң қысқа толқынды сәулеленуді жақсы шашыратып, климатты салқындатады. Эолиялық жүйенің тағы бір мысалы – Австралияның құрғақ ішкі аймағы. Құм қозғалысына кедергі келтіретін топографиялық бөгеттердің аздығына байланысты, сағат тілімен айналатын жел жүйесі бойлық құм төбелері жүйесімен анықталады. Намиб және Оман ергтері жағалау шөгінділерімен толықтырылады. Намиб өзенінің шөгінділері оңтүстіктен жағалаудан өтетін тар дефляциялық дәліздер арқылы келеді, бұл дәліздер ергке дейін 1 километрден астам жартасты жерді кесіп өтеді. Оман соңғы плейстоцендік теңіз деңгейінің төмендеуі кезінде теңіз карбонатты шельфінің дефляциясы нәтижесінде пайда болды. Қытайдың Лосс платосы Квартерлік мұз дәуірі кезінде шөгінділердің ұзақ мерзімді жинағыш ортасы болды. Ол мұздық қабаттарының арасындағы палеосольдер (көне топырақтар) түрінде мұздықтар туралы мәліметтер береді. Лосс қабаттары күшті солтүстік-батыс қысқы муссонының әсерінен жиналған, ал палеосольдер ылғалды оңтүстік-шығыс муссонының ықпалын көрсетеді. Африка саваннасы негізінен соңғы мұздық максимум кезінде жиналған, қазіргі кезде өсімдіктермен бекітілген ергтерден тұрады.

Deserts cover 20 to 25 percent of the modern land surface of the earth, mostly between the latitudes of 10 to 30 degrees north or south. Here the descending part of the tropical atmospheric circulation (the Hadley cell) produces high atmospheric pressure and suppresses precipitation. Large areas of this desert is floored with windblown sand. Such areas are called ergs when they exceed about in area or dune fields when smaller. Ergs and dune fields make up about 20% of modern deserts or about 6% of the Earth's total land surface. The sandy areas of today's world are somewhat anomalous. Deserts, in both the present day and in the geological record, are usually dominated by alluvial fans rather than dune fields. The present relative abundance of sandy areas may reflect reworking of Tertiary sediments following the Last Glacial Maximum. Most modern deserts have experienced extreme Quaternary climate change, and the sediments that are now being churned by wind systems were generated in upland areas during previous pluvial (moist) periods and transported to depositional basins by stream flow. The sediments, already sorted during their initial fluvial transport, were further sorted by wind, which also sculpted the sediments into eolian landforms. Flowlines can be traced from erg to erg, demonstrating very long transport downwind. Satellite observations show yardangs aligned with the sandflow lines. All flowlines arise in the desert itself, and show indications of clockwise circulation roughly like high pressure cells. The greatest deflation occurs in dried lake beds where trade winds form a low level jet between the Tibesti Mountains and the Ennedi Plateau. The flowlines eventually reach the, sea creating great plume of Saharan dust extending thousands of kilometers into the Atlantic Ocean. This creates a steady rain of silt into the ocean. It is estimated that 260 million tons of sediments are transported through this system each year, but the amount was much greater during the Last Glacial Maximum, based on deep sea cores. Mineral dust of 0.1–1 microns in size is a good shortwave radiation scatterer and has a cooling effect on climate. Another example of an aeolian system is the arid interior of Australia. With few topographic barriers to sand movement, an anticlockwise wind system is traced by systems of longitudinal dunes. The Namib and Oman ergs are fed by coastal sediments. The Namib receives its sediments from the south through narrow deflation corridors from coast that cross more than of bedrock to the erg. The Oman was created by deflation of marine shelf carbonates during the last Pleistocene lowstand of the sea. The Loess Plateau of China has been a long term sink for sediments during the Quaternary ice age. It provides a record of glaciation, in the form of glacial loess layers separated by paleosols (fossil soils). The loess layers were desposited by a strong northwest winter monsoon, while the paleosols record the influence of a moist southeast monsoon. The African savannah is mostly ergs deposited during the Last Glacial Maximum that are now stabilized by vegetation.

Геологиялық жазбада

Эолиялық процестерді геологиялық жазбаларда, тіпті кембрийге дейінгі кезеңде де байқауға болады. Эолиялық формациялар АҚШ-тың батысындағы палеозой және мезозой дәуірлерінде кең таралған. Басқа мысалдарға Солтүстік-батыс Еуропаның Пермдік Ротлигендтері; Бразилияның Парана алабының Юра-Креттік Ботукату формациясы; Ұлыбританияның Пермдік Төменгі Бунтер құмтасы; Шотландияның Перм-Триас кезеңдеріне жататын Корри құмтасы және Хопман құмтасы; сондай-ақ Үндістан мен Солтүстік-батыс Африканың Протерозой құмтастары жатады. Геологиялық жазбадағы эолиялық процестердің ең көрнекті мысалдары – АҚШ-тың батыс бөлігіндегі Юралық ергтер. Оларға Уингейт, Навахо және Пейдж құмтастары кіреді. Жеке формацияларды аймақтық сәйкессіздіктер бөліп тұрады, бұл ергтік тұрақтандыруға нұсқайды. Эргтер жақын орналасқан өзен жүйелерімен бірігіп жатыр, мысалы, Уингейт құмтасы Моэнаве формациясымен, ал Навахо құмтасы Кайента формациясымен араласып жатыр. Навахо және Нугет құмтастары геологиялық жазбадағы ең ірі ерг шоғырларының бір бөлігін құрайды. Бұл формациялар қалыңдығына жетеді және кеңінен жайылып жатыр. Олардың бастапқы ауданы қазіргі жер беті ауданынан 2,5 есе үлкен болған болуы мүмкін. Бұрын теңіздік шығу тегі болған деп есептелгенімен, қазір олардың барлығы дерлік эолиялық шөгінділер деп саналады. Олар негізінен жақсы дөңгеленген және қатып қалған, эолиялық тасымалдаудың екі көрсеткіші болып табылатын ұсақ және орташа өлшемді кварц түйіршіктерінен тұрады. Навахо құмтасында үлкен, кестелі қиылысқан қабаттар бар, олардың беттері кеңінен созылған. Жеке қиылысқан қабаттар 20 градустан аса бұрышпен еңкейген және қалыңдығына жетеді. Формацияда тұщы су омыртқасыздарының қазба қалдықтары мен омыртқалылардың іздері табылды. Қазіргі ылғалды құм төбелеріндегідей құлдырау құрылымдары (қисайған қабаттар) кездеседі. Бірінен соң бірі жылжыған құмдықтар эолиялық қабаттардың тік үйілуін қалдырды, олар аралық құмдықтар мен аймақтық үстіңгі беттермен шектелген. Солтүстік теңіздегі және Солтүстік Еуропадағы Пермдік Ротлигенд тобы жақын орналасқан биік жазықтардан келген шөгінділерді қамтиды. Топтың ішіндегі құм денелері қалыңдығына жетеді. Қиылысқан қабаттарды зерттеу нәтижесінде шөгінділер атмосфералық айналымның сағат тілімен бағытталған қозғалысымен орналасқандығы анықталды. Бұрғылау өзегі құрғақ және ылғал аралық беттерді, сондай-ақ аймақтық үстіңгі беттерді көрсетеді және ергтің бес немесе одан да көп циклмен кеңеюі мен жиырылуының куәсі болады. Теңіз деңгейінің көтерілуі ергті батырып, Вайслигендтің қабаттарын қалыптастырды. Юта штатындағы Седар-Меса құмтасы Роглигендпен бірдей кезеңде қалыптасқан. Бұл формацияда кем дегенде 12 ерг тізбегі бар, олар аймақтық дефляциялық үстіңгі беттермен шектелген. Формацияда сақталған эолиялық жер бедері ылғалды құмнан және көл палеосолынан (қорытымдық топырақ) бастап, жұқа, хаотикалық түрде орналасқан құм жинақтарынан тепе-теңдік ерг құрылысына дейін, құмдар кеңінен жайылып, одан да үлкен драйаларда жылжып жатыр. Драйалар жеке климаттық циклдерден аман қалды, ал олардың аралық бөліктері климаттық циклдердің құрғақ кезеңдерінде бархан ядроларының пайда болу орындары болды.

Aeolian processes can be discerned at work in the geologic record as long ago as the Precambrian. Aeolian formations are prominent in the Paleozoic and Mesozoic of the western US. Other examples include the Permian Rotliegendes of northwestern Europe; the Jurassic–Cretaceous Botucatu Formation of the Parana Basin of Brazil; the Permian Lower Bunter Sandstone of Britain; the Permian Triassic Corrie Sandstone and Hopeman Sandstone of Scotland; and the Proterozoic sandstones of India and northwest Africa. Perhaps the best examples of aeolian processes in the geologic record are the Jurassic ergs of the western US. These include the Wingate Sandstone, the Navajo Sandstone, and the Page Sandstone. Individual formations are separated by regional unconformities indicate erg stabilization. The ergs interfingered with adjacent river systems, as with the Wingate Sandstone interfingering with the Moenave Formation and the Navajo Sandstone with the Kayenta Formation. The Navajo and Nugget Sandstones were part of the largest erg deposit in the geologic record. These formations are up to thick and are exposed over Their original extent was likely 2.5 times the present outcrop area. Though once thought to possibly be marine in origin, they are now all but universally regarded as aeolian deposits. They are made up mostly of fine to medium sized quartz grains that are well rounded and frosted, both indications of aeolian transport. The Navajo contains huge tabular crossbed sets with sweeping foresets. Individual crossbed sets dip at an angle of more than 20 degrees and are from thick. The formation contains freshwater invertebrate fossils and vertebrate tracks. Slump structures (contorted bedding) are present that resemble those in modern wetted dunes. Successive migrating dunes deposited a vertical stacking of eolian beds between interdune bounding surfaces and regional supersurfaces. The Permian Rotliegend Group of the North Sea and north Europe contains sediments from adjacent uplands. Erg sand bodies within the group are up to thick. Study of the crossbedding shows that sediments were deposited by a clockwise atmospheric cell. Drilling core show dry and wet interdune surfaces and regional supersurfaces, and provide evidence of five or more cycles of erg expansion and contraction. A global rise in sea level finally drowned the erg and deposited the beds of the Weissliegend. The Cedar Mesa Sandstone in Utah was contemporary with the Rogliegend. This formation records at least 12 erg sequences bounded by regional deflation supersurfaces. Aeolian landforms preserved in the formation range from damp sandsheet and lake paleosol (fossil soil) beds to thin, chaotically arranged dune sets to equilibrium erg construction, with dunes wide migrating over still larger draas. The draas survived individual climate cycles, and their interdunes were sites of barchan nucleation during arid portions of the climate cycles.