탁도 전류

Turbidity current
탁류는 도표에서와 같이 대륙붕 가장자리의 가파른 경사면을 미끄러져 내려가는 수중 탁류(또는 "물밑의 눈사태")에 의해 대륙붕 아래의 심해 수조 또는 깊은 호수의 이와 유사한 구조물에 퇴적된다. 이 물질이 수조에서 쉬게 되면, 모래와 다른 거친 물질들이 먼저 자리를 잡고 진흙과 결국에는 미세한 입자 물질들이 자리를 잡게 된다. 이 암석들을 특징짓는 부마 염기서열을 만드는 것이 바로 이 증착의 순서다.
수중 탁도 전류를 통한 종단면

탁도 전류는 일반적으로 빠르게 움직이고 퇴적물이 많은 물이 비탈길을 따라 이동하는 수중 전류로, 현재 연구(2018)에 따르면 이 과정에서 수분 포화 침전물이 주요 행위자일 수 있다.[1] 탁도 전류는 물 이외의 다른 액체에서도 발생할 수 있다.

몬테레이만 수족관 연구소의 연구원들은 물에 포화된 퇴적물 층이 해저 위로 빠르게 이동하며 기존 해저의 몇 미터 위쪽을 동원한 것을 발견했다. 탁한 전류 현상에서는 침전물이 가득 찬 플럼이 관찰되었지만, 그들은 이것이 사건 발생 중 움직이는 해저 침전물의 맥박에 보조적인 것으로 믿고 있다. 물 흐름은 해저에서 시작되는 과정의 꼬리 끝이라는 게 연구자들의 믿음이다.[1]

가장 대표적인 해양 탁류의 경우 경사진 땅 위에 위치한 침전물 적재 해역은 인접 해역에 비해 밀도가 높기 때문에 언덕 아래로 흐른다. 탁도 전류의 원동력은 액체 안에서 일시적으로 매달려 있는 퇴적물의 고밀도에 작용하는 중력이다. 이 반정류 고형물은 물을 함유한 침전물의 평균 밀도를 주변의 방해받지 않는 물의 밀도보다 더 높게 만든다.

그런 전류가 흐를수록 흐르는 지면을 휘젓고, 그 전류에 더 많은 퇴적 입자를 모으기 때문에 '눈발림 효과'가 생기는 경우가 많다. 그들의 통로는 그들이 흘러가는 지면을 샅샅이 뒤지고 침식되게 한다. 일단 해양 탁류 전류가 심연평원(주해양층)의 평탄한 부분의 잔잔한 물에 도달하면, 전류가 형성하는 입자가 물기둥 밖으로 가라앉는다. 탁류류의 퇴적물을 탁류라고 한다.

액체 물 외에 다른 유동 매체를 수반하는 탁도 전류의 예로는 눈사태(눈, 바위), 라하르(볼카닉), 화탄성 흐름(볼카닉), 용암 흐름(볼카닉) 등이 있다.[citation needed]

해저 탁도 전류는 종종 퇴적물이 많은 강의 유출로 인해 발생하며, 지진, 침하 및 기타 토양 장애로 인해 발생할 수 있다. 이들은 전류의 머리라고도 하는 잘 정의된 전선이 특징이며, 전류의 본체가 뒤따른다. 해수면 위에서 더 자주 관찰되고 더 친숙한 현상으로 볼 때, 그것들은 다소 섬광 홍수와 유사하다.

탁도 전류는 때때로 잠수함 지진 불안정성으로 인해 발생할 수 있는데, 이는 가파른 수중 경사면에서 흔히 볼 수 있으며, 특히 수렴판 여백의 잠수함 참호사면, 대륙사면, 수동 여백의 잠수함 협곡에서 많이 발생한다. 대륙붕 경사가 증가하면 유속이 빨라지고 난류가 증가하며 전류가 침전물을 더 많이 끌어모으기 때문이다. 침전물의 증가는 또한 전류의 밀도를 증가시키고, 따라서 그 속도는 훨씬 더 빨라진다.

정의

탁도 전류는 전통적으로 침전물이 유체 난류로 인해 침전물이 매달리는 침전물 중력이 흐르는 것으로 정의된다.[2][3][4] 그러나 정확한 성질이 종종 불분명한 자연현상을 설명하기 위해 "터비티 전류"라는 용어가 채택되었다. 탁도 전류 내의 난류는 침전물을 항상 정지 상태로 유지하는 지지 메커니즘은 아니지만, 난류가 희석 전류(<3%)[5]에서 일차 또는 유일한 곡물 지지 메커니즘일 가능성이 있다. 탁도 전류 내의 난류 구조에 대한 불완전한 이해와 난류(즉, 에디에 의해 교란됨)와 탁한(즉 침전물로 불투명함)이라는 용어의 혼동에 의해 정의는 더욱 복잡해진다.[6] Kneller & Buckee, 2000년 서스펜션 전류를 '혼합물과 주변 유체 간의 밀도 차이로 인해 유체와 (정지된) 침전물의 혼탁한 혼합물에 대한 중력의 작용에 의해 유도되는 흐름'으로 정의한다. 탁도 전류는 중간 유체가 액체(일반적으로 물)인 현수 전류로, 화쇄 전류는 중간 유체가 기체인 전류를 말한다.[5]

트리거스

하이퍼피니날 플룸

강 하구의 부유 퇴적물 농도가 해수의 밀도보다 강물의 밀도가 높을 때 특정 종류의 탁류 전류가 초피니날 플룸이라고 불릴 수 있다.[7] 바다로 유입되는 대부분의 하천수에 대한 부유 침전물의 평균 농도는 초피질 플룸으로서 진입에 필요한 침전물 농도보다 훨씬 낮다. 일부 하천은 평균 40.5kg/m의3 부유식 농도를 가진 하일강(중국)과 같이 연속적인 초피니날 플룸을 만들 수 있는 침전 부하가 지속적으로 높을 수 있는 경우가 많다.[7] 해양수역에서 고피니날 플룸을 생산하는 데 필요한 침전물 농도는 연안수역 내 수성에 따라 35~45kg/m이다3.[7] 대부분의 강은 폭풍, 홍수, 빙하의 폭발, 댐 붕괴, 라하르 흐름과 같은 예외적인 사건 동안에만 초피일 흐름을 생성한다. 호수와 같은 담수 환경에서는 고피날 연막을 생성하는 데 필요한 부유 침전물 농도가 상당히 낮다(1 kg/m3).[7]

저수지의 침전

좁은 고산저수지 내 퇴적물의 운반과 퇴적물은 탁류로 인해 발생하는 경우가 많다. 그들은 댐 근처의 가장 깊은 곳까지 호수의 탈베그(talweg)를 따라 가는데, 그곳에서 퇴적물은 바닥 배출구와 취수구 운영에 영향을 줄 수 있다.[8] 저수지 내 침전물 제어는 올바른 설계로 고체 및 투과성 장애물을 사용하여 수행할 수 있다.[8]

지진 트리거링

탁도 전류는 종종 해저의 지각변동에 의해 유발된다. 유동화 형태의 대륙 지각의 변위와 물리적 흔들림은 둘 다 그 형성에 기여한다. 지진은 많은 환경에서 탁도 전류 침적과 연관되어 있으며, 특히 물리학은 퇴적물의 보존을 선호하고 탁도 전류 침적의 다른 원천을 제한한다.[9][10] 해저 케이블의 파손의 1929년 그랜드 뱅크 earthquake,[11]지진이 발생하자 탁도 전류에 의해서 그 유명한 사건 이후 촉발된 turbidites었고 검증된 캐스 삭감 Zone,[12]는 북부 샌 안드레아스 Fault,[13]을 따라 칠레산과 북미 유럽 lakes,[14][15][16]일본 lacus의 많은 조사를 받아 왔다.대좌, 비해상의 reg이온과[17][18] 다양한 설정.[19][20]

캐년 플러싱

큰 탁도 전류가 협곡으로 흐르면 자생하게 되고,[21] 이전에 협곡으로 유입된 퇴적물이 연두의 표류나 폭풍, 작은 탁도 전류에 의해 유입될 수 있다. 경사 고장에 의해 시작된 서지형 전류와 관련된 협곡 플러싱은 최종 부피가 고장 난 경사 부분(예: 그랜드 뱅크)[22]의 몇 배가 될 수 있는 전류를 생성할 수 있다.

슬럼프

대륙 경사면 상부에 쌓인 침전물, 특히 잠수함 협곡의 머리 부분에 쌓인 침전물은 과부하로 인한 탁류 전류가 발생할 수 있어 침하와 미끄러짐 현상이 발생한다.

강기류 아래의 대류 침전물

부력 침전물에 적재된 표면 아래의 대류 침전물이 이차 탁도 전류를 발생시키는 방법에 대한 실험실 이미지.[23]

부력 침전물이 가득한 강 플룸은 대류 침전 과정에 의해 해저에 2차 탁도 전류를 유도할 수 있다.[24][4] 초기 부력이 강한 저포피크날 흐름의 침전물은 표면 흐름의 기저에 축적되어 밀도가 높은 하부 경계가 불안정해진다.[25] 그 결과 대류 침전물이 경사진 호수나 해저로 빠르게 수직으로 전달되어 잠재적으로 2차 탁도 전류를 형성하게 된다. 대류 플럼의 수직 속도는 침전물의 개별 입자의 스톡스 정착 속도보다 훨씬 클 수 있다.[26] 이 과정의 대부분의 예는 실험실에서 만들어졌지만,[24][27][28] 2차 탁도 전류의 관측 가능한 증거는 스쿼미시 강의 델타에서 주기적으로 탁도 전류가 관측된 브리티시 컬럼비아의 하우 사운드에서 이루어졌다. 대부분의 퇴적물이 가득한 강들은 바다보다 밀도가 낮기 때문에 강들은 쉽게 곤두박질치는 초피날 흐름을 형성할 수 없다.[7] 따라서 대류 침전물은 탁류 전류에 대한 중요한 개시 메커니즘이다.[4]

캘리포니아 중부 해안을 따라 위치한 탁도 해류에 의해 깎아낸 가파른 잠수함 협곡의 예.

해저에 미치는 영향

크고 빠르게 움직이는 탁도 전류는 대륙 여백을 교란, 침식할 수 있으며 해저의 통신케이블 등 인공구조물에 손상을 입힐 수 있다. 해저에서 탁류 전류가 흐르는 곳을 이해하면 이들 지역을 피하거나 취약지역에 케이블을 보강해 통신케이블 손상량을 줄이는 데 도움이 된다.

탁도 전류가 등고선 전류와 같은 다른 전류와 상호 작용하면 방향을 바꿀 수 있다. 이것은 궁극적으로 잠수함 협곡과 침전물 침전 장소를 이동시킨다. 그 한 예가 카디즈 만의 서쪽 지역에 위치해 있는데, 지중해 유출수(MOW) 전류가 탁도 전류에 강하게 영향을 미쳐 궁극적으로 MOW 흐름 방향으로 계곡과 협곡이 이동하게 된다.[29] 이것은 침식과 퇴적 구역을 변화시켜 궁극적으로 해저 지형을 변화시킨다.

예금

캘리포니아 포인트로마포메이션(Point Loma Formation)의 등급화된 침상에서 발생하는 미세하게 배어 있는 칙칙한 황토 사암과 회색 점토 쉐일이 섞여 있는 탁석석.

탁류 전류의 에너지가 낮아지면 부유 침전물을 유지하는 능력이 떨어져 침전물 침전 현상이 발생한다. 이러한 퇴적물을 탁상이라고 한다. 탁도 전류는 자연에서 거의 볼 수 없기 때문에 탁도 전류 특성을 판단하는 데 탁도를 사용할 수 있다. 일부 예: 곡물 크기는 전류 속도, 곡물 석판학 및 기원을 결정하기 위한 포라미네라 사용을 나타낼 수 있으며, 곡물 분포는 시간에 따른 흐름 역학을 나타내고 침전물의 두께는 침전물의 부하와 수명을 나타낸다.

탁도는 과거 탁도 전류를 이해하는 데 흔히 사용되는데, 예를 들어 칠레 중부 남부의 페루-칠레 해구(36°S~39°S)는 코싱되고 분석된 수많은 탁도층을 포함하고 있다.[30] 이러한 탁류로부터 이 지역의 탁류 예측 이력이 결정되어 이들 해류에 대한 전반적인 이해도가 높아졌다.[30]

안티두네 퇴적물

지구상에서 가장 큰 해독제 중 일부는 탁류로 형성된다. 관측된 퇴적파장 중 하나는 남미 가이아나에서 떨어진 낮은 대륙 경사면에 위치해 있다.[31] 이 침전파장은 수심 4400~4825m에서 최소 29000km의2 면적을 덮고 있다.[31] 이 해독제는 파장 110–2600m, 파장 높이는 1~15m이다.[31] 파도 생성을 담당하는 탁도 전류는 인접한 베네수엘라, 가이아나, 수리남 대륙 여백의 기울기 파괴에서 비롯된 것으로 해석된다.[31] 추정할 침전파 전체의 탁도 전류 특성(내부 Froude 번호 = 0.7–1.1, 흐름 두께 = 24–645 m, 흐름 속도 = 31–82 cm/s−1)을 결정할 수 있는 간단한 수치 모델링이 가능했다.[31] 일반적으로 경사가 경미한 구간을 넘어 낮은 구배에서는 유량 두께가 증가하고 유속이 감소하여 파장 증가와 높이 감소로 이어진다.[31]

역부력

부력유체(따뜻한, 신선한 또는 고사리 간수체가 바다로 유입되는 전류 등)를 가진 탁도전류의 거동을 조사하여 전류가 주변유체와 동일한 밀도를 갖는 전류보다 더 빠르게 감소하는 것을 밝혀냈다.[32] 이러한 탁도 전류는 침전물이 부력을 역전시키고, 전류는 상승하면서 결국 정지하게 되는데, 이는 리프트 오프 지점이 일정한 방류를 위해 일정하게 유지되는 것이다.[32] 로프트된 액체는 미세한 침전물을 함께 운반해 중성 부력(성층화된 환경일 경우) 또는 수면으로 상승하는 플룸을 형성하고 퍼져 나간다.[32] 플룸에서 떨어지는 침전물은 헤미터바이트라고 불리는 광범위한 낙하 퇴적물을 생성한다.[33] 실험 탁도 전류와 현장 관찰에 따르면 로프팅 플룸에 의해 형성된 로브 침전물의 모양이 유사한 비연고 플룸에 비해 좁다.

예측

탁도 전류에 의한 침식 예측과 그 정도, 두께, 곡물 크기 분포와 같은 탁도 퇴적물의 분포는 퇴적물 수송과 퇴적물의 메커니즘을 이해해야 하며, 이는 결국 전류의 유체 역학에 따라 달라진다.

대부분의 탁한 시스템과 침대가 극도로 복잡하여 침대의 퇴적물에서만 유추되는 탁도 전류 행위의 정량적 모델 개발이 촉진되었다. 따라서 소규모 실험실 실험은 그들의 역학을 연구하는 가장 좋은 방법 중 하나를 제공한다. 수학 모델은 또한 현재의 역학에 대한 중요한 통찰력을 제공할 수 있다. 장기적으로 수치적 기법은 3차원 탁도 전류 과정과 퇴적물을 이해하고 예측하는 최선의 희망일 가능성이 높다. 대부분의 경우, 지배 방정식보다 변수가 더 많고, 모형은 결과를 얻기 위해 가정을 단순화하는 것에 의존한다.[5] 따라서 개별 모델의 정확도는 가정들의 타당성과 선택에 달려 있다. 실험 결과는 그러한 모델에 대한 시험을 제공할 뿐만 아니라 이러한 변수들 중 일부를 구속하는 수단을 제공한다.[5] 수학적 모델에 필요한 단순화 가정을 시험하기 위해서는 현장 관찰의 물리적 데이터 또는 실험의 보다 실용적인 데이터가 여전히 필요하다. 큰 자연 탁도 전류에 대해 알려진 것(즉, 깊은 바다로 침전물이 전달된다는 측면에서 유의미한 것)의 대부분은 해저케이블 파손이나 해저 계곡 바닥 위의 침전물 높이와 같은 간접적인 출처에서 추론된다. 2003년 토카치오키 지진 때는 직접 관측할 수 있는 케이블 전망대에 의해 큰 탁도 전류가 관측되었지만, 거의 달성되지 않았다.[36]

석유 탐사

석유·가스 업체들도 탁도 조류에 관심을 갖는 것은 지질학적 시간에 걸쳐 매장·압축·변형되는 유기물질을 탄화수소로 축적하기 때문이다. 숫자 모델링과 플레어의 사용은 일반적으로 이러한 질문의 이해를 돕기 위해 사용된다.[37] 모델링의 대부분은 탁도 전류 거동과 침전물을 지배하는 물리적 과정을 재현하는데 사용된다.[37]

모델링 접근 방식

얕은 물 모형

이른바 깊이 평균화 또는 얕은 물 모형은 처음에는 구성 중력 전류에 도입되었다가[38] 나중에는 탁도 전류로 확장된다.[39][40] 얕은 물 모델과 함께 사용되는 일반적인 가정은 정수압장, 투명한 액체가 막히지 않음(또는 분리됨), 입자 농도가 수직 위치에 따라 달라지지 않음이다. 이러한 모델은 구현의 용이성을 고려하여 일반적으로 직사각형 채널과 같은 단순화된 기하학적 구조에서 전방 위치 또는 전방 속도와 같은 흐름 특성을 상당히 정확하게 예측할 수 있다.

깊이 분해된 모델

연산력이 증가하면서 깊이 분해된 모델은 중력과 탁도 전류를 연구하는 강력한 도구가 되었다. 일반적으로 이러한 모델은 유체 위상에 대한 Navier-Stokes 방정식의 해법에 주로 초점을 맞추고 있다. 입자의 희석된 정지를 통해, 오일러식 접근법은 입자의 진화를 연속적인 입자 농도장 관점에서 설명하는 것이 정확하다는 것이 입증되었다. 이러한 모델에서는 얕은 물 모델과 같은 가정은 필요하지 않으므로 이러한 전류를 연구하기 위해 정확한 계산과 측정을 수행한다. 압력장, 에너지 예산, 수직 입자 농도와 정확한 입자 높이와 같은 측정은 언급할 수 없다. 직접 수치 시뮬레이션(DNS)과[42] 난류 모델링은 모두 이러한 전류를 모델링하는 데 사용된다.

혼탁전류의 예

  • 1929년 뉴펀들랜드 해안에서 그랜드 뱅크스 지진이 발생한 지 몇 분도 되지 않아 대서양 횡단 전화선이 진앙에서 점점 더 멀리 떨어진 곳에서 순차적으로 끊어지기 시작했다. 총 28곳에서 12개의 케이블이 끊어졌다. 각 휴식 시간마다 정확한 시간과 장소를 기록하였다. 조사관들은 시간당 60마일(시속 100km)의 잠수함 산사태나 침수 퇴적물의 탁도 전류가 지진의 진앙에서 600km 떨어진 대륙 비탈을 따라 400마일(시속 400km) 정도 휩쓸고 지나갈 때 케이블이 끊어진 것으로 추정된다고 제안했다.[43] 이 사건의 후속 연구는 대륙 경사 침전물 고장이 대부분 650m 수심 이하로 발생했다는 것을 보여주었다.[44] 얕은 수심(5~25m)에서 발생한 슬럼프는 비탈길을 내려와 탁류로 흘러내려 점화됐다.[44] 탁도 전류는 역류 실패 지연과 이물질의 유압 점프를 통해 탁도 전류로 흘러들어가는 변화로 인해 여러 시간 동안 지속적인 흐름을 유지했다.[44]
  • 북아메리카의 북서쪽 해안에 있는 카스캐디아 전도로서, 지진 발생 기록이 탁한 것으로서[9][12][45], 홀로세 기간 동안 해안 만과 호수에 기록된 다른 지진 증거와 관련이 있다.[46][47][48][49][50] 41–1 홀로세 탁도 전류는 캘리포니아 북부에서 반커버 섬 중부에 걸쳐 있는 약 1000km 길이의 판 경계 전체 또는 일부를 따라 상관되어 왔다. 이 상관관계는 방사성 탄소 나이와 지표면 아래 층층적 방법에 기초한다. 캐스캐디아 대지진의 유추된 재발 간격은 북쪽 여백을 따라 약 500년, 남쪽 여백을 따라 약 240년이다.[45]
  • 대만은 강에 많은 양의 침전물이 매달려 있고 지진활동이 활발해 해저 퇴적물이 많이 축적되고 지진 발생이 일어나 해저 탁류로 인한 핫 스폿이다.[51] 2006년 SW 타이완에서 발생한 핑둥 대지진 때 카오핑 협곡과 마닐라 해구를 가로지르는 해저 케이블 11개가 1500~4000m 깊이에서 순차적으로 끊어져 관련 탁류로 인해 붕괴되었다.[51] 각 케이블 파단 시점부터 전류 속도는 욕조 경사도와 양의 관계를 가지는 것으로 결정되었다. 현재 속도는 가장 가파른 경사면에서는 20m/s(45mph), 가장 얕은 경사면에서는 3.7m/s(8.3mph)이었다.[51]
  • 탁류의 초기 관측 중 하나는 프랑수아 알폰스 포렐이었다. 1800년대 후반에 그는 Rhne 강이 Port Valais에 있는 제네바[52] 호수로 빠지는 것에 대해 상세한 관찰을 한다. 이 서류들은 아마도 탁류 전류의[53] 가장 초기 확인일 것이고 그는 삼각주로부터 잠수함 채널이 어떻게 형성되었는지에 대해 토론했다. 이 담수호에서 유입이 급감하는 것은 주로 찬물이다. 일반적으로 침전물 자체의 하중은 제네바 호수의 여름 열층화를 극복하기에 충분히 높지 않다.
  • 역대 최장 탁도 전류가 2020년 1월 발생해 이틀 동안 콩고 협곡을 통해 1100km(680mi)가량 흘러 해저 통신 케이블 2개가 파손됐다. 조류는 2019~2020년 콩고강 홍수로 침전된 침전물의 결과였다.[54]

참고 항목

참조

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