Impaktní kráter dešťová kapka

Impaktní kráter dešťové kapky na sedimentární hornině poblíž Trura v kanadské provincii Nové Skotsko .
Impaktní kráter dešťových kapek na pískovci s vlnami z formace Tour Horton Bluff Tournaisium (346,7–358,9 mya ) poblíž Avonportu v kanadské provincii Nové Skotsko .

Impaktní kráter Raindrop ( en .: Raindrop impact crater ) jsou malé geomorfologické struktury, které jsou vytvářeny dopadem dešťových kapek do měkkých, jemnozrnných sypkých sedimentů .

popis

Při jediném bouřlivém dešti se dešťové kapky mohou pohybovat až na 225 tun Země na hektar . Uvolněné částice se na svažitém terénu pomalu transportují dolů. Kapičky jsou důležitým faktorem eroze půdy ( eroze postřikem) v mnoha oblastech - například na vrcholcích kopců, které obvykle nejsou ovlivněny fluviální erozí. Kromě toho jsou pórovitosti půdy utěsněny stříkáním nárazů. To snižuje infiltraci a zvyšuje povrchový odtok .

Impaktní krátery dešťové kapky vznikají, když kapky dopadnou na měkké, v nejlepším případě na jemnozrnné, případně blátivé povrchy půdy, jejichž sediment obsahuje 15 až 35 hmotnostních procent vody. Studie ukázaly, že kritické pro tvorbu rozsahu velikosti částic na logaritmické stupnici Krumbein - φ má hodnotu 0,585 - což odpovídá velikosti zrna mezi 0,5 a jedním milimetrem, tedy střední až hrubý písek . Hrubší podloží nelze jednotlivými kapkami energeticky deformovat.

Jakmile kapka narazí na substrát , vytvoří se kráter, zatímco sediment i kapka se deformují. Po krátké počáteční fázi, ve které kráter dosáhne své maximální hloubky, se pak rozšiřuje malými kukuřičnými lavinami, které proudí z jeho okrajů do středu, dokud není dosaženo konečného stabilního tvaru. Poměr stran (šířka do hloubky) kráteru závisí výlučně na různých sedimentu vlastnosti. Jeho obecný tvar je však řízen různými faktory - nejdůležitějšími jsou rychlost pádu, druh a deformační odolnost sedimentu, jeho proudové napětí nebo pevnost ve smyku a přítomnost a tloušťka vodní vrstvy na povrchu. Morfologie se může pohybovat od obvodových variant po dokonale vytvořené polokulové krátery.

Kapka i povrch se při nárazu deformují a část kapaliny může proniknout do podkladu. Mezi tvorbou kráteru jde pět až 22 procent energie nárazu, ale poměr objemu kráteru k kinetické energii kapky je křivočarý, což naznačuje, že účinnost energie nárazu při odstraňování materiálu z povrchu klesá s tím, jak kinetická energie klesá zvyšuje. To je také způsobeno skutečností, že rychlost infiltrace vody přes horní vrstvy sedimentu klesá až o 70 procent, čím větší je padající dešťová kapka. Naproti tomu vztah mezi nárazovou hybností a objemem kráteru je spíše lineární a poměr hybnosti / objemu je konstantní pro všechny velikosti kapiček, rychlosti kapiček a povrchy sedimentu. Objem kráteru se zdá být mnohem lepším indikátorem celkového materiálu uvolněného ze země nárazem než objem vstřikování.

V kráterech se mohou vyvinout prstencové struktury. Důvodem je skutečnost, že dešťové kapky přitahují zrnka písku prostřednictvím jejich povrchového napětí, než zcela proniknou do sedimentu . Čím menší je objem kapičky v důsledku prosakování, tím užší jsou prstence, ve kterých jsou zrna znovu uložena.

výzkum

Impaktní krátery dešťové kapky poprvé vyfotografovaly v nedávném dunovém písku v roce 1972 Theodore R. Walker ( University of Colorado Boulder ) a John C. Harms ( Marathon Oil ). V roce 1978 Thomas E. Eastler z University of Maine ve Farmingtonu poprvé experimentálně vytvořil prstencové struktury v malých impaktních kráterech.

V dnešní době lze formování kráterů s dopadem dešťové kapky v laboratoři experimenty velmi dobře pochopit pomocí vysokorychlostních analýz. V experimentálním uspořádání se obvykle mění struktura sedimentu, hustota sedimentu a rychlost pádu kapiček. Zatímco struktura povrchu substrátu je měřena dvojitými laserovými profilometry , proces tvorby kráteru je sledován vysokorychlostními kamerami s frekvencí obrazu kolem 10 000 Hertzů . Pevnost ve smyku příslušných povrchů lze určit pomocí penetrometru měřením hloubky průniku padajících válců.

Vědecký význam

Pokud jsou na sedimentárních horninách nalezeny krátery s dopadem dešťové kapky , lze vyvodit závěry o typu a počtu srážek a frekvenci srážek v době vzniku. Kromě toho lze z tvaru odvodit, kolik hmotnostního podílu vody sediment obsahoval a jakou rychlostí kapky padaly. Z těchto důvodů jsou krátery relevantní výzkumné objekty pro paleogeografické a paleoklimatologické studie.

webové odkazy

Commons : Dešťové kapky (sedimentární struktury)  - sbírka obrázků, videí a zvukových souborů

Individuální důkazy

  1. ^ A b Israel Cook Russell : Poznámky k povrchové geologii Aljašky . In: Bulletin of the Geological Society of America . Svazek 1, č. 1, 1890, str. 99-162.
  2. ^ Arthur Newell Strahler : Planeta Země. Jeho fyzické systémy v geologickém čase . Harper & Row , New York City , ISBN 978-0-06-046459-2 , s. 192.
  3. ↑ a b c Jindrich Hladil: Šikmé dopady dešťové kapky . In: Věstník Českého geologického ústavu. Svazek 68, č. 3, 1993, strany 23-32.
  4. ↑ a b c Song-Chuan Zhao, Rianne de Jong, Devaraj van der Meer: Dopad dešťové kapky na písek. Dynamické vysvětlení morfologií kráteru . In: Soft Matter. Svazek 11, № 33, 2015, str. 6562–6568.
  5. ^ Rianne de Jong, Song-Chuan Zhao, Devaraj van der Meer: Tvorba kráteru při dopadu dešťové kapky na písek . In: Physical Review E. Volume 95, № 4, 2017.
  6. ↑ a b c Hossein Ghadiri: Tvorba kráteru v půdách dopadem dešťové kapky . In: Earth Surface Processes and Landforms. Svazek 29, № 1, 2004, s. 77-89.
  7. ^ J. Otis Laws: Nedávné studie dešťových kapek a eroze . In: Zemědělské inženýrství. Svazek 21, 1940, str. 431-433.
  8. ^ David M. Rubin, Ralph E. Hunter: Sedimentární struktury vytvořené v písku povrchovým napětím na tajících krupobití . In: Journal of Sedimentární petrologie. Svazek 54, č. 2, 1984, str. 581-582.
  9. ↑ Theodore R. Walker; John C. Harms 1972: Eolianský původ dlaždičkových kamenů, Lyons Sandstone (Permian), typová oblast, Boulder County, Colorado . In: Horský geolog. Svazek 9, № 2/3, 1972, str. 279-288.
  10. ↑ Thomas E. Eastler: Otisk dešťové kapky . In: Rhodes W. Fairbridge, Joanne Bourgeois ( Eds .): Encyklopedie sedimentologie . Dowden, Hutchinson a Ross, Stroudsburg , 1978, ISBN 978-3-540-31079-2 , str. 606-607.