Кіріспе

Су асты ағындары, әдетте, жылдам қозғалатын, шөгіндіге толы судың беткейден төмен қарай жылжуы. Қаңыр ағыны – әдетте, жылдам қозғалатын, шөгіндіге толы судың беткейден төмен қарай жылжуы болып табылады; бірақ қазіргі зерттеулер (2018) суға қаныққан шөгіндінің осы процесте басты рөл атқаруы мүмкін екенін көрсетеді. Қаңыр ағындары судан басқа да сұйықтықтарда кездесуі мүмкін. Монтерей шығанағындағы аквариум зерттеу институтының ғалымдары суға қаныққан шөгінді қабатының теңіз түбінде жылдам қозғалып, бұрыннан бар теңіз түбінің жоғарғы бірнеше метрін жылжытқанын анықтады. Қаңыр ағыны кезінде шөгіндіге толы судың қаусырауы байқалды, бірақ олардың пікірінше, бұл оқиға кезінде теңіз түбіндегі шөгіндінің жылжуынан туындаған екіншілік құбылыс. Ғалымдардың пікірінше, су ағыны – теңіз түбінен басталатын процестің соңғы кезеңі. Дегенмен, "қаңыр ағыны" термині оның нақты мәні көбінесе белгісіз табиғат құбылысын сипаттау үшін қабылданған. Қаңыр ағынындағы турбуленттілік әрқашан шөгіндіні тоқтата тұратын күш бола бермейді; алайда, сұйылтылған ағымдарда (<3%) турбуленттілік негізгі немесе жалғыз дән тоқтата тұратын күш болуы мүмкін. Анықтамаларды турбуленттік құрылымды толық түсінбеу және "турбулентті" (яғни, айналмалы тоқтармен бұзылған) және "қаңырлы" (яғни, шөгіндіге толы, мөлдір емес) терминдерінің шатасуы одан әрі қиындатады. Kneller & Buckee, 2000 анықтамасы бойынша, суспензиялық ағын – "қоспа мен қоршаған сұйықтық арасындағы тығыздық айырмашылығының әсерінен сұйықтық пен (тоқтата тұрған) шөгіндінің араласуынан туындаған ағын". Қаңыр ағыны – интерстициалдық сұйықтығы сұйықтық (әдетте, су) болатын суспензиялық ағын; ал пирокластикалық ағын – интерстициалдық сұйықтығы газ болатын ағын. Мұхитқа құятын өзен суының көп бөлігіндегі тоқтата тұрған шөгіндінің орташа концентрациясы гиперпикналдық қаусырау ретінде кіруге қажетті концентрациядан әлдеқайда төмен. Бірақ кейбір өзендерде, мысалы, Қытайдағы Хайле өзенінде (орташа тоқтата тұрған концентрациясы 40,5 кг/м3), үздіксіз жоғары шөгінді жүктемесі болуы мүмкін, бұл үздіксіз гиперпикналдық қаусырауды тудырады. Осы шөгіндіні резервуарда бақылауға дұрыс жобаланған қатты және өткізгіш кедергілерді пайдалану арқылы қол жеткізуге болады. 1929 жылғы Гранд-Бэнк жер сілкінісінен кейін су асты кабельдерінің үзілуіне байланысты туындаған оқиғадан бері, жер сілкінісінен туындаған бұзылмалар Каскадия субдукциялық аймағында, Солтүстік Сан-Андреас бұзылысында, Еуропа, Чили және Солтүстік Америка көлдерінде, Жапонияның көлдік және жағалау аймақтарында және басқа да көптеген жерлерде зерттелді және расталды.

Каньонды шаю

Үлкен бұлыңғыр ағымдар каньонға құйылғанда, олар өздігінен жалғаса алады және жағалау ағындары, дауылдар немесе кішірек бұлыңғыр ағындар арқылы бұрыннан каньонға әкелінген шөгіндіні қосып алуы мүмкін. Еңіс құлауларынан бастау алған, толқын тәрізді ағындармен байланысты каньонды тазарту, соңғы көлемі еңістен құлаған бөлігінің бірнеше есеге артуы мүмкін (мысалы, Гранд Банкс).

Төңкерілу

Континенттік беткейдің жоғарғы бөлігінде, әсіресе теңіз асты каньондарының басталу жерлерінде жиналған шөгінділер, артық жүктемеден туындап, тұмандық ағыстарға себеп болып, соның салдарынан құлау мен сырғанауға әкелуі мүмкін.

Өзен тұқымдастарының астындағы конвективті шөгінділер

Астықты тұнбамен толтырылған өзеннің тұнбасы конвективтік тұнбалану процесі арқылы мұхит түбінде екіншілік бұршақ ағысын тудыруы мүмкін, осы арқылы тығыз төменгі шекара тұрақсыз болады. Нәтижесіндегі конвективтік тұнбалану материалдың көлбеу көл немесе мұхит түбіне жылдам тік көшуіне алып келеді, бұл екіншілік бұршақ ағысын қалыптастыруы мүмкін. Конвективтік қалыңдықтардың тік жылдамдығы жеке тұнба бөлшегінің Стокс тұндыру жылдамдығынан әлдеқайда жоғары болуы мүмкін. Осы процестің көптеген мысалдары зертханада жасалды, бірақ екіншілік бұршақ ағыстың мүмкін байқалатын дәлелі Британдық Колумбиядағы Хоу-Саундта табылды, онда Скуамиш өзенінің дельтасында бұршақ ағысы мерзімді түрде байқалды. Өзендердің басым көпшілігі мұхиттан гөрі тығыздығы төмен.

Депозиттер

Қаңқалық тоғының энергиясы төмендеген кезде, оның суспензиядағы шөгіндіні ұстап тұру қабілеті азаяды, осылайша шөгінділер жинала бастайды. Материал тоқтағанда, ең алдымен құм және басқа да ірі бөлшектер шөгіп, содан кейін саз және соңында өте ұсақ бөлшектер жиналады. Осы жиналу тізбегі Бума тізбегі деп аталатын, түрбидиттерге тән ерекшеліктерді құрайды. Қаңқалық тоқтар су астында пайда болып, күрт өзгеретіндіктен, табиғатта оларды байқау сирек кездеседі, сондықтан қаңқалық тоқтың сипаттамаларын анықтау үшін түрбидиттер қолданылады. Мысалдар: дән өлшемі тоқтың жылдамдығын, дән литологиясы және шығу тегін анықтау үшін форминифераның қолданылуын, дән таралуы уақыт өте келе ағын динамикасын, ал шөгінді қалыңдығы шөгінді жүктемесі мен ұзақтығын көрсетеді. Түрбидиттер көбінесе өткен қаңқалық тоқтарды түсіну үшін қолданылады, мысалы, Оңтүстік-Орталық Чилидегі Перу-Чили шұңқыры (36°S–39°S) көптеген түрбидит қабаттарын қамтиды, олар өзектен алынып, талданады. Осы түрбидиттерден осы аймақтағы қаңқалық тоқтардың болжамды тарихы анықталды, бұл осы тоқтар туралы жалпы түсінікті арттырды. Бұл шөгінді толқындық алаңы кемінде 29 000 км² аумақты алып жатыр, су тереңдігі 4400–4825 метрге жетеді. Бұл қаңқалық тоқтар ақырында шөгіндінің нәтижесінде жүзу күшінің кері өзгеруіне байланысты тоқтап қалады, ал тоқ көтеріледі, көтерілу нүктесі тұрақты шығын үшін өзгермейді. Эксперименттік қаңқалық тоқтар және далалық байқаулар, көтерілген қаусырмадан пайда болған лоб тәрізді шөгіндінің пішіні, ұқсас көтерілмеген қаусырмаға қарағанда тар екенін көрсетеді.

Болжам

Тұманды ағындардың эрозиясын және тұманды шөгінділердің таралуын – олардың кеңдігі, қалыңдығы және ұсақ бөлшектердің мөлшері сияқты – болжау үшін шөгінділердің тасымалдану және жиналу механизмдерін түсіну қажет, ал бұл өз кезегінде ағындардың сұйықтық динамикасына байланысты. Көптеген тұманды жүйелер мен қабатшалардың жоғары күрделілігі олардың шөгінділерінен ғана тұманды ағын мінез-құлқының сандық модельдерін жасауға ықпал етті. Сондықтан, кішкентай көлемдегі зертханалық тәжірибелер олардың динамикасын зерттеудің ең тиімді жолдарының бірі болып табылады. Математикалық модельдер де ағын динамикасына маңызды түсініктер бере алады. Алдағы уақытта, сандық техникалар үш өлшемді тұманды ағын процестерін және шөгінділерді түсіну және болжаудың ең үміткер жолы болып табылады. Көп жағдайда, басқарушы теңдеулерге қарағанда айнымалылар саны көп болады, сондықтан модельдер нәтижеге қол жеткізу үшін қарапайымдау болжамдарға сүйенеді.

Мұнай барлау

Мұнай және газ компаниялары да тоқыраған ағымдарға қызығушылық танытады, себебі олар органикалық заттарды жинап, геологиялық уақыт ішінде көміліп, қысылып, көмірсутектерге айналады. Бұл мәселелерді түсінуге көмектесу үшін сандық модельдеу және флюмдерді қолдану жиі кездеседі. Модельдеудің көп бөлігі тұмандық ағымның мінез-құлқы мен шөгінділерін басқаратын физикалық процестерді қайта жасайды, содан кейін бұл тұмандық ағымдарға да қатысты қолданылады. Шағын су модельдерімен бірге қолданылатын негізгі болжамдар: гидростатикалық қысым өрісі, мөлдір сұйықтық араласпайды (немесе бөлінбейді) және бөлшектердің концентрациясы тік орналасуына байланысты емес. Орындаудың қарапайымдылығын ескере отырып, бұл модельдер көбінесе қарапайым геометрияда, мысалы, тікбұрышты арналардағы ағынның алдыңғы орналасуы немесе жылдамдығы сияқты сипаттамаларын жоғары дәлдікпен болжауға мүмкіндік береді.

Тереңдікке арналған модельдер

Есептеу қуатының артуымен қатар, тереңдік бойынша шешілетін модельдер гравитациялық және тұмандық ағындарды зерттеуде қуатты құралға айналды. Бұл модельдер, әдетте, сұйық фаза үшін Навье-Стокс теңдеулерін шешуге бағытталған. Бөлшектердің аздап таратылған суспензиясы жағдайында, Эйлерлік тәсіл бөлшектердің эволюциясын континуумдық бөлшектер концентрациясы өрісі арқылы сипаттау үшін дәл екенін көрсетті. Мұндай модельдерде жақын су модельдері сияқты еңбекке салынатын шарттар қажет емес, демек, осы ағындарды зерттеу үшін нақты есептеулер мен өлшемдер жүргізіледі. Мысалы, қысым өрісі, энергия балансы, тік бөлшектер концентрациясы және шын мәніндегі шөгінді биіктігі сияқты өлшемдерді атауға болады. Бұл ағындарды модельдеу үшін тікелей сандық симуляция (DNS) және турбуленттік модельдеу қолданылады.

Қаңқалық ағымдарының көрнекті мысалдары

1929 жылы Ньюфаундленд жағалауында Гранд Бэнкс жер сілкінісі болғаннан кейін бірнеше минут өткен соң Атлантикалық телефон кабельдері бірінен соң бірі үзіле бастады, эпицентрден алшақтап, төмен қарай жылжыды. Барлығы 28 жерде 12 кабель жыртылды. Әр үзілістің нақты уақыты мен орны тіркелді. Зерттеушілер жер сілкінісінің эпицентрінен континенттік беткей бойымен 600 шақырымға дейін суға қаныққан шөгінділердің шамамен 100 шақырым/сағат (60 миль/сағат) жылдамдықпен қозғалған су астындағы көшкін немесе тұманды ағын кабельдерге жеткенде оларды үзіп тастағанын болжады. Осы оқиға бойынша жасалған келесі зерттеулер континенттік беткейдегі шөгінділердің құлауы көбінесе 650 метрден терең суларда болғанын көрсетті. Шамалы тереңдікте (5–25 метр) болған құлау төмен қарай жылжып, тұманды ағынға айналды, бұл Голоцен дәуірінде жағалаудағы шығанақтар мен көлдерде тіркелген жер сілкіністерінің басқа да дәлелдерімен сәйкес келеді. Солтүстік Калифорниядан Ванкувер аралының ортасына дейін созылған, шамамен 1000 шақырымдық плита шекарасының бойында немесе бір бөлігінде қырық бір Голоцен тұманды ағыны анықталды. Бұл сәйкестіктер радиуглеродтық жасқа және жер асты стратиграфиялық әдістерге негізделген. Каскадиядағы үлкен жер сілкіністерінің қайталану аралығы солтүстік шетінде шамамен 500 жыл, ал оңтүстік шетінде шамамен 240 жылды құрайды. 2006 жылғы Тайваньның оңтүстік-батысындағы Пингтун жер сілкінісі кезінде Каопинг каньоны мен Манила шұңқыры арқылы өтетін 11 су асты кабельдері 1500-ден 4000 метр тереңдікте, байланысты тұманды ағындардың салдарынан үзілді. Порт-Вала маңында. Бұл еңбектер тұманды ағынның алғашқы анықтамаларының бірі болуы мүмкін, және ол дельтадан су асты арнасының қалай пайда болғанын талқылады. Бұл тұщы сулы көлде ағынның төмен қарай жылжуына негізінен судың салқыны себеп болады. Женева көліндегі жазғы жылулық қабаттануды жеңу үшін шөгінділердің мөлшері әдетте жеткіліксіз. Ең ұзақ тұманды ағын 2020 жылдың қаңтар айында тіркелді және екі күн бойы Конго каньоны арқылы ағып, екі су асты байланыс кабельдеріне зақым келтірді. Ағын 2019–2020 жылдардағы Конго өзенінің тасқынынан қалған шөгінділердің нәтижесінде пайда болды.