Deposição (geologia) - Deposition (geology)

Mapa de Cape Cod mostrando costas em erosão (seções de penhascos) e costas caracterizadas por deposição marinha (barreiras).
Mapa de Cape Cod mostrando costas em erosão (seções de penhascos) em amarelo e costas caracterizadas por deposição marinha (barreiras) em azul.

Deposição é o processo geológico no qual sedimentos , solo e rochas são adicionados a um relevo ou massa de terra . Vento, gelo, água e gravidade transportam material de superfície previamente intemperizado , que, com a perda de energia cinética suficiente no fluido, é depositado, formando camadas de sedimentos.

A deposição ocorre quando as forças responsáveis ​​pelo transporte dos sedimentos não são mais suficientes para vencer as forças da gravidade e do atrito , criando uma resistência ao movimento; isso é conhecido como a hipótese do ponto nulo. Deposição também pode se referir ao acúmulo de sedimentos de matéria derivada organicamente ou processos químicos . Por exemplo, o giz é feito parcialmente de esqueletos microscópicos de carbonato de cálcio do plâncton marinho , cuja deposição induziu processos químicos ( diagênese ) a depositar mais carbonato de cálcio. Da mesma forma, a formação do carvão começa com a deposição de matéria orgânica, principalmente de plantas, em condições anaeróbias .

Hipótese de ponto nulo

A hipótese do ponto nulo explica como o sedimento é depositado ao longo de um perfil de costa de acordo com seu tamanho de grão. Isso se deve à influência da energia hidráulica, resultando em uma granulação em direção ao mar do tamanho de partícula do sedimento, ou onde a força do fluido é igual à gravidade para cada tamanho de grão. O conceito também pode ser explicado como "sedimentos de um determinado tamanho podem mover-se ao longo do perfil para uma posição em que estejam em equilíbrio com a onda e os fluxos atuando sobre os grãos do sedimento". Este mecanismo de classificação combina a influência da força gravitacional do declive descendente do perfil e as forças devidas à assimetria do fluxo; a posição onde há transporte líquido zero é conhecida como ponto nulo e foi proposta pela primeira vez por Cornaglia em 1889. A Figura 1 ilustra essa relação entre o tamanho do grão do sedimento e a profundidade do ambiente marinho.

Figura 1. Ilustrando a distribuição de tamanho de sedimento ao longo de um perfil de linha costeira, onde sedimentos mais finos são transportados para longe de ambientes de alta energia e se depositam em suspensão ou são depositados em ambientes mais calmos. Os sedimentos grossos são mantidos no perfil superior da linha costeira e são classificados pelo regime hidráulico gerado pelas ondas

O primeiro princípio subjacente à teoria do ponto nulo é devido à força gravitacional; sedimentos mais finos permanecem na coluna de água por períodos mais longos, permitindo o transporte fora da zona de arrebentação para depositar em condições mais calmas. O efeito gravitacional ou velocidade de sedimentação determina a localização de deposição de sedimentos mais finos, enquanto o ângulo interno de atrito de um grão determina a deposição de grãos maiores em um perfil de costa. O princípio secundário para a criação de depuração de sedimentos voltados para o mar é conhecido como a hipótese de limiares assimétricos sob ondas; isso descreve a interação entre o fluxo oscilatório de ondas e marés que fluem sobre as formas onduladas do leito em um padrão assimétrico. "O curso relativamente forte em terra da onda forma um redemoinho ou vórtice no lado sotavento da ondulação, desde que o fluxo terrestre persista, esse redemoinho permanece preso no sotavento da ondulação. Quando o fluxo se reverte, o redemoinho é jogado para cima fora do fundo e uma pequena nuvem de sedimentos suspensos gerada pelo redemoinho é ejetada na coluna de água acima da ondulação, a nuvem de sedimentos é então movida para o mar pelo golpe offshore da onda. " Onde há simetria na forma de ondulação, o vórtice é neutralizado, o redemoinho e sua nuvem de sedimentos associada se desenvolvem em ambos os lados da ondulação. Isso cria uma coluna de água turva que viaja sob a influência das marés quando o movimento orbital da onda está em equilíbrio.

A hipótese do ponto nulo foi comprovada quantitativamente no Porto de Akaroa , Nova Zelândia, The Wash , Reino Unido, Bohai Bay e West Huang Sera, China Continental e em vários outros estudos; Ippen e Eagleson (1955), Eagleson e Dean (1959, 1961) e Miller e Zeigler (1958,1964).

Deposição de sedimentos não coesos

Sedimentos de grãos grandes transportados por carga de leito ou carga suspensa irão parar quando houver tensão de cisalhamento de leito insuficiente e turbulência de fluido para manter o sedimento em movimento; com a carga suspensa, pode haver alguma distância, pois as partículas precisam cair pela coluna de água. Isso é determinado pela força de peso de ação para baixo do grão sendo combinada por uma flutuabilidade combinada e força de arrasto de fluido e pode ser expressa por:

Força de peso de ação descendente = Força de empuxo de ação ascendente + Força de arrasto de fluido de ação ascendente

Onde:

  • π é a razão entre a circunferência de um círculo e seu diâmetro.
  • R é o raio do objeto esférico (em m),
  • ρ é a densidade de massa do fluido (kg / m 3 ),
  • g é a aceleração gravitacional (m / s 2 ),
  • C d é o coeficiente de arrasto, e
  • w s é a velocidade de sedimentação da partícula (em m / s).

Para calcular o coeficiente de arrasto, é necessário descobrir o número de Reynolds do grão , que se baseia no tipo de fluido por onde passa a partícula de sedimento, fluxo laminar, fluxo turbulento ou um híbrido de ambos. Quando o fluido se torna mais viscoso devido a tamanhos de grão menores ou velocidades de sedimentação maiores, a previsão é menos direta e é aplicável para incorporar a Lei de Stokes (também conhecida como força de atrito ou força de arrasto) de sedimentação.

Deposição de sedimentos coesivos

A coesão do sedimento ocorre com os pequenos tamanhos de grãos associados a lodos e argilas, ou partículas menores que 4ϕ na escala phi . Se essas partículas finas permanecerem dispersas na coluna de água, a lei de Stokes se aplica à velocidade de sedimentação dos grãos individuais, embora devido à água do mar ser um forte agente de ligação eletrolítica , a floculação ocorre onde as partículas individuais criam uma ligação elétrica aderindo umas às outras para formar flocos . "A face de uma plaqueta de argila tem uma leve carga negativa, enquanto a borda tem uma leve carga positiva quando duas plaquetas se aproximam uma da outra, a face de uma partícula e a borda da outra são atraídas eletrostaticamente." Os flocos, então, têm uma massa combinada mais alta, o que leva à deposição mais rápida por meio de uma velocidade de queda mais alta, e deposição em uma direção mais para a costa do que teriam como os grãos finos individuais de argila ou silte.

A ocorrência da teoria do ponto nulo

Akaroa Harbour está localizado na Península de Banks , Canterbury, Nova Zelândia , 43 ° 48'S 172 ° 56'E / 43,800 ° S 172,933 ° E / -43,800; 172.933 . A formação deste porto ocorreu devido a processos erosivos ativos em um vulcão-escudo extinto, pelo qual o mar inundou a caldeira, criando uma enseada de 16 km de comprimento, com largura média de 2 km e profundidade de −13 m em relação a nível médio do mar no ponto de 9 km abaixo do transecto do eixo central. A energia das ondas de tempestade predominante tem alcance ilimitado para o porto externo a partir da direção sul, com um ambiente mais calmo dentro do porto interno, embora brisas localizadas do porto criem correntes de superfície e agitem influenciando os processos de sedimentação marinha. Depósitos de loess de períodos glaciais subsequentes preencheram fissuras vulcânicas ao longo de milênios, resultando em basalto vulcânico e loess como os principais tipos de sedimentos disponíveis para deposição no Porto de Akaroa

Figura 2. Mapa do Porto de Akaroa mostrando uma depuração de sedimentos com aumento da batimetria em direção ao eixo central do porto. Retirado de Hart et al. (2009) e a University of Canterbury sob o contrato da Environment Canterbury.

Hart et al. (2009) descobriram por meio de levantamento batimétrico, análise de peneira e pipeta de sedimentos subtidais, que as texturas dos sedimentos estavam relacionadas a três fatores principais: profundidade, distância da costa e distância ao longo do eixo central do porto. Isso resultou no afinamento de texturas de sedimentos com profundidade crescente e em direção ao eixo central do porto, ou se classificado em tamanhos de classes de grãos, “o transecto plotado para o eixo central vai de areias siltosas na zona entremarés a siltes arenosos no interior próximo à costa, para sedimentos nos limites externos das baías para lama em profundidades de 6 m ou mais ”. Veja a figura 2 para detalhes.

Outros estudos têm mostrado esse processo de separação do tamanho do grão do sedimento a partir do efeito do forçamento hidrodinâmico; Wang, Collins e Zhu (1988) correlacionaram qualitativamente o aumento da intensidade do forçamento do fluido com o aumento do tamanho do grão. "Esta correlação foi demonstrada nas planícies argilosas de baixa energia das marés da Baía de Bohai (China), no ambiente moderado da costa de Jiangsu (China), onde o material do fundo é siltoso, e nas planícies arenosas da costa de alta energia de The Wash (Reino Unido ). " Esta pesquisa mostra evidências conclusivas para a teoria do ponto nulo existente em planos de maré com diferentes níveis de energia hidrodinâmica e também em planos que são erosivos e de acréscimo.

Kirby R. (2002) leva esse conceito ainda mais explicando que os finos são suspensos e retrabalhados aericamente no mar, deixando para trás depósitos de lag das conchas do bivalve e gastrópode principal separadas do substrato mais fino abaixo, ondas e correntes então amontoam esses depósitos para formar cristas chenier em toda a zona das marés, que tendem a ser forçadas para cima no perfil da costa, mas também ao longo da costa. Chêniers podem ser encontrados em qualquer nível da costa e caracterizam predominantemente um regime dominado pela erosão.

Pedidos de planejamento e gestão costeira

A teoria do ponto nulo tem sido controversa em sua aceitação na ciência costeira tradicional, uma vez que a teoria opera em equilíbrio dinâmico ou equilíbrio instável, e muitos campos e observações de laboratório falharam em replicar o estado de um ponto nulo em cada tamanho de grão ao longo do perfil. A interação de variáveis ​​e processos ao longo do tempo dentro do contexto ambiental causa problemas; "um grande número de variáveis, a complexidade dos processos e a dificuldade de observação, todos colocam sérios obstáculos no caminho da sistematização, portanto, em certos campos estreitos, a teoria física básica pode ser sólida e confiável, mas as lacunas são grandes"

Geomorfologistas, engenheiros, governos e planejadores devem estar cientes dos processos e resultados envolvidos com a hipótese do ponto nulo ao realizar tarefas como alimentação de praia , emissão de autorizações de construção ou construção de estruturas de defesa costeira . Isso ocorre porque a análise do tamanho do grão de sedimento ao longo de um perfil permite inferências sobre as taxas de erosão ou acreção possíveis se a dinâmica da costa for modificada. Os planejadores e gerentes também devem estar cientes de que o ambiente costeiro é dinâmico e a ciência contextual deve ser avaliada antes da implementação de qualquer modificação do perfil da costa. Assim, estudos teóricos, experimentos de laboratório, modelagem numérica e hidráulica procuram responder a questões relativas à deriva litorânea e deposição de sedimentos, os resultados não devem ser vistos isoladamente e um corpo substancial de dados observacionais puramente qualitativos deve complementar qualquer planejamento ou decisão de gestão.

Veja também

Referências