얼음에 의한 해저 구깅

Seabed gouging by ice
얕은 물속으로 표류하고 있는 빙산들이 그것과 접촉하면서 해저에 구멍을 내고 있다.
표류하는 해빙 압력 능선은 또한 해저에 구멍을 낼 수 있다.

얼음에 의한 해저 굴착은 떠다니는 빙하 지형(일반적으로 빙산과 해빙 능선)이 얕은 지역으로 표류하여 그 용골이 해저와 접촉할 때 발생하는 과정이다.[1][2][3] 그들이 계속 표류하면서, 그들은 종종 gouges 또는 scours라고 불리는 길고 좁은 이랑을 생산한다.[4][5][6] 이런 현상은 얼음이 존재한다고 알려진 연안 환경에서도 흔히 볼 수 있다. 비록 그것이 강과 호수에서도 발생하지만,[7][8] 그것은 바다와 넓은 바다에서 더 잘 기록되어 있는 것으로 보인다.[2][4][5]

이 메커니즘을 통해 생성된 해저 스쿠프는 스트러들 스쿠드와 혼동해서는 안 된다. 이는 주어진 해빙의 표면으로 흘러들어온 샘물이 결국 갈라진 틈, 밀폐된 호흡 구멍 등을 통해 빠져나가는 데서 비롯된다. 그 결과로 생긴 난기류는 해저에 우울증을 조각할 만큼 충분히 강하다. 얼음으로 샅샅이 뒤지는 것은 또 다른 샅샅이 뒤지는 메커니즘과도 구분되어야 한다: 수류로 인한 구조물 주위의 퇴적물 침식, 해양 공학 및 하천 유압학에서[9] 잘 알려진 문제 - 브리지 스콜을 참조하라.

역사적 관점 및 관련성

찰스 다윈은 1855년에 빙산이 이소바트를 가로질러 표류하면서 해저에 갈라질 수 있다고 추측한 것으로 보인다.[10] 해빙의 개입에 대한 논의는 1920년대에 제기되었지만, 이 현상은 1970년대까지 과학계에서 제대로 연구되지 않았다.[11] 당시 캐나다 보퍼트 해에서 선박에 의한 사이드캔 음파탐사 조사는 이 메커니즘의 실제 증거를 모으기 시작했다. 이후 캐나다 북극 군도 및 러시아 북극에서도 해저 구우가 관측되었다.[4] 그 10년 동안, 얼음에 의한 해저 굴착은 광범위하게 조사되었다.

기름의 알래스카의 북부 해안에서 이 현상은 발견, 두가지 연관되는 요인:[10]1컵이 유정 이 부근 해역에서 많이 생길 수 있다면, 그리고 2)수렴하는 가장 실용적인 appr 나타났다는 해저 파이프 라인 장래의 생산 발달에 관련된 무엇이 갑작스런 관심을 촉발시켰다.oach 이 자원을 해안으로 끌어들이기 위해서. 그 이후로, 얼음 작용으로부터 이러한 구조물들을 보호하는 수단이 중요한 관심사가 되었다.[12][13][14][15] 이런 환경에서 기름 유출은 탐지 및 정화 측면에서 문제가 될 수 있다.[16]

해양 공학 이외의 연구 분야의 과학자들도 해저 구깅을 다루었다. 예를 들어, 생물학자들은 얼음으로 재구성한 해저의 지역들을 작은 해양 생물의 죽음의 함정인 음산성 고염도 물로 채워진 해저 퇴적물들과 연결시켰다.[17] 그러나, 그것의 대부분은 석유 탐사를 목적으로, 해양 공학적인 관점에서 문서화 된 것으로 보인다.[18]

구에 대한 해저 조사

초음파 음향 작동의 예시, 여기 해저 배시메트리 지도에 사용되는 멀티빔 음파 탐지기가 있다.

얼음에 의한 해저 굴착은 매우 신중한 현상이다. 물 표면 위에서는 거의 관찰할 수 없다. 이상한 증거는 얼음 속에 통합된 해저 퇴적물을 포함한다.[10] 이러한 거그에 대한 관심 정보는 깊이, 폭, 길이 및 방향을 포함한다.[19] Gouging 주파수 - 단위 시간 당 주어진 위치에서 생성되는 Gough의 수 - 또한 중요한 매개변수다. 이러한 종류의 정보는 선박에 의한 계측기를 이용한 해저 매핑을 통해 수집되었으며, 일반적으로 경로측정기(side-scan 및 멀티빔 음파탐지기 시스템)와 같은 에코 음향장치에 의해 수집되었다.[20] 반복 지도 작성에는 구깅 빈도를 추정하기 위한 수단으로서 몇 년에서 몇 년 사이의 간격으로 이러한 조사를 여러 번 반복하는 것이 포함된다.[21][22]

구게 특성

표류하는 얼음 형상에 의해 생성된 해저 구우는 길이가 수 킬로미터가 될 수 있다. 캐나다 북부와 알래스카에서는 거그 깊이가 5m(16ft)에 이를 수 있다.[23] 그러나 대부분 1m(3피트)를 넘지 않는다. 해양공학계는 2m 이상의 깊이는 모두 극단적인 사건으로 언급하고 있다. 거우 폭은 몇 미터에서 몇 백 미터까지 다양하다.[24][25] 거우가 보고된 최대 수심은 북극해의 스발바르 북서쪽 450미터에서 850미터(1,480미터에서 2,790피트)까지이다.[26] 이것들은 수천년 전, 오늘날보다 해수면이 낮았던 플레이스토세 때 빙산에 의해 남겨진 잔해로 생각된다. 캐나다 북부 보포트 해에는 최대 수심이 8.5m(28ft)이고 수심이 40~50m(130~160ft)에 이르는 50km(30mi) 길이의 거지가 존재하는 것으로 나타났다.[21] Gouge는 항상 직선적이지는 않지만 방향이 다르다. 이 행사는 약 2000년 정도 된 것으로 생각된다. 최근 남극의 큰 빙산의 접지, 구그재질, 파편화의 에피소드들은 그 과정의 역동성을 더욱 밝혀주는 강력한 수음향과 지진 신호를 생성하는 것으로 관찰되었다.[27]

그 얼음은 특색을 띠고 있다.

해양 환경에서, 구깅 특성은 빙하 얼음과 해빙의 두 종류로 구성되어 있다.

3개의 구역이 있는 거우드 해저의 해부학: 구역 1은 토양을 제거하는 곳이다(거우지를 형성하기 위해), 구역 2는 토양의 변위가 발생하는 구역, 구역 3은 없는 구역이다.

빙하 얼음

물리적으로나 기계적으로 빙하는 호수 얼음, 강 얼음, 고드름과 비슷하다.[28][29] 그 이유는 모두 담수(염수가 아닌 물)에서 형성되기 때문이다. 빙판, 만년설, 빙하는 본질적으로 빙하 얼음으로 이루어져 있다. 빙하 얼음이 옆으로, 아래로 (중력의 결과로) 퍼져나가기 때문에,[30] 어떤 지역에서는 이 얼음이 해안선에 도달한다. 이런 일이 일어나는 곳은 지형에 따라 얼음이 바다에 떨어지는 조각으로 부서져 얼음의 분쇄라는 메커니즘으로 떠내려갈 수도 있다. 대안으로, 얼음 판은 빙붕이라고 불리는 광범위한 부유 얼음 플랫폼으로 확산될 수 있으며, 이것은 또한 궁극적으로 균형을 이룰 수 있다. 이러한 분리 과정에 의해 생성된 특징들은 빙산이라고 알려져 있고 미터기부터 킬로미터기까지의 크기 범위도 있다. 얼음 섬이라고 불리는 매우 큰 섬들은 전형적으로 표 형태다.[31] 이것들은 극도의 통풍 사건의 원인이 될 수 있다.

해빙

해빙은 해수를 얼린 결과물이다. 그것은 다공성이고 빙하 얼음보다 기계적으로 약하다. 해빙의 역학은 매우 복잡하다.[32][33] 바람과 조류에 의해 움직이는 해빙은 궁극적으로 압력 능선, 얼음 조각의 더미, 또는 길고 선형적인 특징을 이루는 돌무더기로 발전할 수 있다. 이것들은 매우 흔한 해저 구우원이다. 압력 능선은 종종 표류하는 팩 얼음 덩어리 안에 둘러싸여 있어서, 해빙 능선으로부터 나오는 통풍 활동은 팩 얼음 운동과 밀접한 관련이 있다. 스타무키 또한 부서진 해빙의 더미지만 그것들은 접지되어 있고 따라서 상대적으로 정지되어 있다. 그것들은 빠른 얼음과 표류하는 팩 얼음 사이의 상호작용에서 비롯된다. 스타무키는 상당한 깊이까지 해저에 침투할 수 있으며, 이는 또한 해안 접근 시 해저 파이프라인의 위험을 야기한다.

구잉 역학

킬 반응

빙하 얼음의 성질과 압력 능선의 차이 때문에, 이 두 종류의 얼음에서 나오는 구이 현상 또한 다르다. 두 경우 모두 얼음-토양 인터페이스는 Gouging 프로세스가 안정된 상태를 달성하는 동안 공격 각도라고 불리는 특정 평형 각도를 유지할 것으로 예상된다. 빙산은 회전에 의해 이 각도에 적응할 수 있다. 해빙 능선은 용골-시브 인터페이스의 잔해물 재배치를 통해 또는 용골 고장으로 인해 그렇게 할 수 있다.[34]

해저 반응

구깅 과정에 대한 해저 반응은 얼음과 해저 모두의 특성에 따라 달라진다. 전자가 후자보다 강하고 얼음 추진력이 충분하다고 가정하면 해저에 거지가 형성된다. 해저 내의 3개 구역은 토양 반응에 기초하여 구분된다.[35][36][37][38] 구역 1은 거우 깊이로서 빙하 특성으로 인해 토양이 변위되어 빙하 접면 앞에 있는 측면 버림과 앞쪽 마운드로 다시 이동되었다. 2구역은 토양이 어느 정도 변위를 겪는 곳이다. 구역 3에서는 변위가 거의 또는 전혀 발생하지 않지만 탄성 성질의 응력은 위의 구역에서 전달된다.

공해 조건(하절기)에 따른 알래스카 보포트 해안의 근해 노스타 섬은 해저 송유관에 의존해 자원을 육지로 운반하는 생산 시설의 예다.[39][40]

북극해 석유 및 가스

USGS에 따르면 북극권 북쪽 지역은 각각 13%와 30%까지 미발견 석유와 가스를 상당량 보유하고 있을 수 있다.[41] 이 자원은 아마도 그 지역의 약 3분의 1을 차지하는 500미터(1,600피트) 이하의 수심 깊은 대륙붕에 놓여 있을 것이다. 또한, 2007년까지 400개 이상의 석유와 가스전이 확인되었는데, 대부분은 러시아 북부와 알래스카 북사면에 있다.

해양공학에 대한 도전

접근은 도전이다.[42] 연안 생산 계획은 반드시 연중 안전하고 경제적인 운영과 프로젝트의 전체 수명을 목표로 한다. 해상 생산 개발은 종종 바다 표면의 위험(바람, 파도, 얼음)으로부터 멀리 떨어진 해저 자체에 설치되는 것으로 구성된다. 얕은 물에서는 생산 플랫폼이 해저에 직접 위치할 수 있다. 어느 쪽이든, 이러한 설비들이 해안선에 이 자원을 전달하기 위한 해저 파이프라인을 포함한다면, 그것의 길이의 상당 부분이 구이 사건에 노출될 수 있다.[43]

해저 구깅 얼음 기능으로 직접적인 충격을 피하기 위해 해저 아래에 매립한 파이프라인.

이벤트로부터 해저 파이프라인 보호

이 주제에 대한 최근 검토에 따르면,[1][2][3] 관매장을 통해 거우징 활동에 대한 적절한 보호가 이루어질 수 있다. 송유관을 구역 3에 두는 것이 가장 안전한 방법이 될 수 있지만, 이 옵션의 비용은 엄청나게 비싸다고 여겨진다. 대신, 현재의 설계 철학은 구역 2 내의 파이프 위치를 예상하는데, 구역 2 내에서는 여전히 관의 깊이를 밑돌지만, 그 위에서는 구깅 이벤트의 결과로 토양이 이동할 것으로 예상된다. 이는 파이프라인이 파이프라인 벽의 일정량의 구부러짐과 그에 따른 변형 또는 변형력을 겪어야 함을 의미한다. 현재 운영 중인 북극성 생산 현장의 경우, "파이프 벤딩에 대한 한계 상태 설계 절차에 따라 빙하 하중에 저항하는 최소 파이프라인 깊이[t]를 계산했다."[44] 해당 부지의 경우, "최대 빙하 굴 깊이(3.5ft) 이하에서 예상된 해저 토양의 변위는 최대 1.4%의 파이프 벤딩 스트레인에 대해 7피트 최소 피트의 커버 깊이를 산출했다."[44]

이 설계 철학은 불확실성의 최소 세 가지 출처와 경쟁해야 한다.[2]

  • 최대 예상 gouge 깊이: 과거 gouging 시스템(특히 gouge 깊이 분포 및 gouging 빈도)에 기초하여 전체 운용 수명(예: 20-40년) 동안 계획된 파이프라인 배치 현장에서 가능한 최대 gouge 깊이를 추정하기 위해 확률 분석에 의존해야 한다. 토목 공학에서 이런 유형의 분석은 드문 일이 아니다 – 교과서는 이 주제에 대해 쓰여진다.[45] 그러나 기후 변화가 미래의 거인정권에 어떤 영향을 미칠지는 불확실하기 때문에 기후 패턴의[46][47] 변화는 불확실성의 추가 원천이다.
  • 하위 게이지 변형: 얼음에 의한 해저 굴착은 여러 변수(철골 치수와 성질, 토양 반응 등)에 따라 상대적으로 복잡한 현상이다. 최대 gouge 깊이를 확인할 수 있다 하더라도 그 아래의 토양 변위량을 평가하기 어렵다. 이는 안전한 관로 매립 깊이를 파악할 때 고려하는 매개변수다.
  • 파이프라인 변형률: 또 다른 불확실성의 원천은 파이프라인이 gouge 아래의 주어진 깊이에서 볼 수 있는 변형률의 양이다.

환경문제

북극 해역의 석유와 가스 개발은 적절한 비상 계획을 통해 환경 문제를 해결해야 한다. 북극의 일부 지역은 일년 중 대부분 얼음으로 덮여 있다. 겨울에는 어둠이 만연한다. 만약 기름 유출이 발생하면, 그것은 몇 달 동안 발견되지 않을 수도 있다.[48][49] 이 유출이 발견되었다고 가정할 때, 청소 절차는 얼음 덮개에 의해 방해될 가능성이 있다. 게다가, 이것들은 멀리 떨어져 있어서 물류상의 문제가 발생할 것이다. 북극 생태계는 민감하다 – 기름 유출의 결과를 완화하기 위해 시의 적절한 대응이 필요하다.

참고 항목

참조

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