베드폼

Bedform
미국 유타주 캐피톨 리프 국립공원 목코피 형성 사암에 보존된 조류 파동.

침대폼은 유체와 이동 가능한 침대의 접면에서 발달하는 특징으로, 유체의 흐름에 의해 침대 재료가 이동되는 결과물이다. 그 예로는 강바닥의 잔물결이나 모래언덕 등이 있다. 침대는 종종 퇴적된 환경에서 존재한 결과로 암반 기록에 보존된다. 베드폼은 종종 흐름 매개변수에 특징적이며,[1] 흐름 깊이와 속도를 유추하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 Froude 번호를 유추할 수 있다.

베드폼 시작

침대형태는 어떻게 발전하는지에 대한 논쟁이 아직 있지만, 많은 환경(예: 충적, 어황, 빙하, 삼각주, 심해)에서 다양하다. 침대폼 개시에는 상호 [2]배타적이지는 않지만 두 개의 분리된 모델인 결함 개시 및 순간 개시 모델이 있다.

결함 초기화

결점 이론은 난류 흐름에서 발생하는 난류 스위프는 침전물이[5] 침전될 때 비접착 물질에서 결함을 발생시킨다고 제안한다. 그리고 나서 이러한 퇴적물은 흐름 분리 과정을 통해 하류로 전파되어 침대형 장을 개발한다. 결함의 기원은 헤어핀 소용돌이 구조물의 패킷과 연결된 것으로 생각된다.[6] 이러한 일관성 있는 난류 구조는 이동 침대의 인큐베이터 회랑을 발생시켜 저속 줄무늬와 상호작용하는 곡물 선형을 형성하여 곡물의 응집력을 발생시킨다. 일단 곡물의 임계 높이에 도달하면, 새로운 구조물에 걸쳐 흐름 분리가 발생한다. 침전물은 재접착 지점으로부터 가까운 곳에 침식되고 하류로 침전되어 새로운 결함을 발생시킬 것이다. 따라서 이 새로운 결함은 또 다른 결함의 형성을 유도할 것이고 그 과정은 계속되어 하류로 전파되는 한편 곡물의 축적은 빠르게 작은 병상 형태로 진화할 것이다.

순간 개시

일반적으로, 결함 전파 이론은 높은 비율의 결함으로 인해 씻겨 내려갈 수 있고 침대가 자연스럽게 침대 전체에 걸쳐 형성되기 때문에 낮은 침전물 수송률에서 더 큰 역할을 한다.[7][8] 벤디티 외 ([7]: 1 2005) 순간적 시작은 십자형 패턴의 형성과 함께 시작되며, 이는 패턴 구조와 독립적으로 이동하는 쉐브론 모양의 형태로 이어진다고 보고한다. 이 쉐브론 같은 구조는 베드폼의 미래 볏선을 형성하기 위해 재편성된다. 벤디티 외 (2006) 류(1957)에 의한 초기 모델에 기초하여,[8]: 1 순간적 시작은 매우 활동적인 유사유체 침전층과 그 위의 액체 사이의 켈빈-헬름홀츠 유형의 계면 유체 역학적 불안정성의 발현이라고 제안했다. 덧붙여 벤디티 외. (2005)[7]: 2 공간적으로 또는 일시적으로 발생되는 사건이 교차 결합 패턴을 생성하기 위해 제자리에 고정되어야 하기 때문에 순간 시작과 일관성 있는 난류 흐름 구조 사이에는 아무런 연관성이 없음을 의미한다. 게다가, 침대의 형태는 층류 아래에서도 발생할 수 있기 때문에 침대의 형성에 있어서 난류의 영향에 대한 명확한 설명은 없다. 층층 생성 침대폼 연구는 난류의 정도를 판단하기 위해 일시적으로 평균화된 유동 조건을 사용했으며, 층층 체계의 레이놀즈 수를 나타냈다는 점에 유의해야 한다. 그러나 낮은 레이놀즈 수에서는 드물지만 여전히 존재하는 버스트와 스위프와 같은 순간적인 과정은 베드폼을 생성하기 위한 구동 메커니즘이 될 수 있다. 층류 흐름의 병상형 발생은 사실이라면 Best(1992년)가 제안한 것 외에 결함발달을 위한 다른 과정이 있어야 한다는 점을 시사하기 때문에 여전히 과학계 내에서 논쟁의 대상이 되고 있다.[6]: 1 낮은 침전물 수송률에서 침대형 개발을 위한 이 대안 모델은 흐름이 난류하지 않는 경우에 대한 결함과 침대형식의 생성을 설명해야 한다.

베드폼 위상 다이어그램

위상 또는 안정성 도표는 하나 이상의 안정적 침대 상태의 존재 방식을 보여주는 그래프로 정의된다. 침대의 안정성은 침대폼이 평형 상태일 때 정의될 수 있으며 동일한 흐름 조건에 대해 시간 내에 변하지 않는다. 시간의 경과에 따른 이러한 불변은 정적 형태학이나 냉동 평형과 혼동해서는 안 된다. 반대로 침대는 특정 조건에 대한 흐름과 침전물 이동과 동적 평형 상태에서 움직이고 조정한다. 위상도는 두 가지 주요 목적에 사용된다. i) 알려진 흐름과 침전물 수송 조건에서의 침대 상태 예측과, ii) 알려진 침전 상태 또는 침전물 구조에서 창백한 침전물 재구성을 위한 도구로 사용된다. 그러한 도표의 큰 효용에도 불구하고 그것들은 구성하기가 매우 어려워서 불완전하거나 해석하기가 매우 어렵다. 이러한 복잡성은 시스템을 정량화하는 데 필요한 변수의 수에 있다.

결합된 흐름에 대한 치수 위상 다이어그램. 진동 대 단방향 속도 그림에서 결합된 유동 침대-피스의 관계 안정성 필드.[2]: 1

침대형 vs. 흐름

전형적인 단방향 침대형태는 전형적인 퇴적물(샌드 및 실트)과 물의 깊이를 가정하여 특정 유속을 나타내며, 아래와 같은 차트를 사용하여 침전 환경을 해석할 수 있으며,[10] 차트를 따라 물의 속도가 증가된다.

플로우 리제 베드폼 보존 가능성 식별 팁
더 낮게
하단 평면 침대 높은 평평한 층류, 거의 전류의 부족
리플 마크 높은 소형, cm-scale 언더링
모래파도 중간에서 낮음 잔물결보다 희귀하고 긴 파장
던스/메가리플스 높은 대형 미터 크기의 잔물결
상부
상부 평면 침대 높은 평평한 층, +/- 정렬된 낟알(분할 선)
안티두네스 낮음 베드폼, 저각도, 미묘 층과 함께 위상
풀 앤 슈트 매우 낮음 대부분 에로스적인 특징들

이 차트는 곡물 크기와 유량 깊이의 변화가 존재하는 베드폼을 변화시키고 특정 시나리오에서 베드폼을 건너뛸 수 있기 때문에 일반적인 용도로 사용된다. 양방향 환경(예: 갯벌)은 유사한 베드폼을 생성하지만, 침전물과 흐름의 반대 방향의 재작업은 구조를 복잡하게 만든다.

이 침대 폼 시퀀스는 다이어그램으로 설명할 수도 있다.

단방향 흐름 하에서 채널의 모래에서 형성된 베드폼. 숫자는 대체로 유속 증가, 즉 유속 증가와 일치한다. 파란색 화살표는 침대 위 물속에 도식적으로 흐르는 선을 보여준다. 흐름은 항상 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다.

베드폼의 종류

하단 평면 침대

"하부 평면층"은 낮은 침전물 수송률을 통해 생성된 강의 침대를 평평하게 구성하는 것을 말한다.[11]

상부 평면 침대

왼쪽 하단에서 오른쪽 상단으로 가는 이별선; 캐년랜드 국립공원의 카옌타 포메이션.

'상단면 침대' 특징은 평탄하며 침상하중과 부유하중 모두 침전물 수송률이 높은 단방향 흐름이 특징이다. 상부 평면 침대 조건은 높은 에너지 흐름으로 인해 침대 표면에 미세한 줄무늬가 있는 이별 전류 라인을 생성할 수 있다.[11]

참고 항목

유타에서 온 메가리플

참조

  1. ^ Jump up to: a b Southard, J B (1991). "Experimental Determination of Bed-Form Stability". Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 19: 423–455. Bibcode:1991AREPS..19..423S. doi:10.1146/annurev.ea.19.050191.002231.
  2. ^ Jump up to: a b Perillo, Mauricio M. (2013). Flow, sediment transport and bedforms under combined flows (Ph.D.). University of Illinois at Urbana-Champaign.
  3. ^ Willmarth, W. W.; Lu, S. S. (1972). "Structure of the reynolds stress near the wall". Journal of Fluid Mechanics. 55 (1): 65–92. Bibcode:1972JFM....55...65W. doi:10.1017/S002211207200165X.
  4. ^ Lu, S. S.; Willmarth, W. W. (1973). "Measurements of the structure of the reynolds stress in a turbulent boundary layer". Journal of Fluid Mechanics. 60 (3): 481–511. Bibcode:1973JFM....60..481L. doi:10.1017/S0022112073000315.
  5. ^ Grass, A. J. (1983). "The influence of boundary layer turbulence on the mechanics of sediment transport". In Sumer, B. M.; Muller, A. (eds.). Mechanics of Sediment Transport. A. A. Balkema. pp. 3–18.
  6. ^ Jump up to: a b Best, J. L. (1992). "On the entrainment of sediment and initiation of bed defects: insights from recent developments within turbulent boundary layer research". Sedimentology. 39 (5): 797–811. Bibcode:1992Sedim..39..797B. doi:10.1111/j.1365-3091.1992.tb02154.x.
  7. ^ Jump up to: a b c Venditti, J. G.; Church, M. A.; Bennett, S. J. (2005). "Bed form initiation from a flat sand bed". Journal of Geophysical Research. 110: F01009. Bibcode:2005JGRF..110.1009V. doi:10.1029/2004jf000149.
  8. ^ Jump up to: a b Venditti, J. G.; Church, M. A.; Bennett, S. J. (2006). "On interfacial instability as a cause of transverse subcritical bed forms". Water Resources Research. 42: W07423. Bibcode:2006WRR....42.7423V. doi:10.1029/2005wr004346.
  9. ^ Perillo, Mauricio M.; Best, James L.; Garcia, Marcelo H. (2014). "A new phase diagram for combined-flow bedforms". Journal of Sedimentary Research. 84: 301–313. Bibcode:2014JSedR..84..301P. doi:10.2110/jsr.2014.25.
  10. ^ 프로테로, D. R., 슈와브, F., 1996, 침전물 지질학, 페이지 45-49, ISBN 0-7167-2726-9
  11. ^ Jump up to: a b Klaus K.E. Neuendorf; James P. Mehl Jr.; Julia A. Jackson, eds. (2005). Glossary of geology. Alexandria: American Geological Institute. p. 382. ISBN 0-922152-76-4.