Όταν σχηματίζεται το Levee (Πρόσχωμα ποταμού,ανάχωμα)

 Οι λάτρεις των μπλουζ εκεί έξω μπορεί να είναι εξοικειωμένοι με το κλασικό των Led Zeppelin ' When the Levee Breaks», αλλά τι γίνεται όταν σχηματίζεται το ανάχωμα; Συγκεκριμένα, πώς σχηματίζονται τα φυσικά αναχώματα σε μια τόσο οργανωμένη και καλά σχεδιασμένη διαδικασία;

Ένας φυσικά σχηματισμένος φράχτης, που δείχνει μια χαρακτηριστική κατανομή μεγάλων και μικρών σωματιδίων. Χαρακτηριστικά όπως αυτό μπορεί να δημιουργηθούν όταν το λιώσιμο του μόνιμου παγετού και οι υψηλές βροχοπτώσεις προκάλεσαν μεγάλες ροές συντριμμιών, εναποθέτοντας παράλληλα αναχώματα στον πυθμένα του Biregrabe στην Ελβετία. Πίστωση: ( Edwards, et al. ). ..

Οι άνθρωποι χτίζουν και ενισχύουν όχθες ποταμών για να κατευθύνουν τη ροή του νερού εδώ και χιλιάδες χρόνια, αλλά η φύση χτίζει αυτές τις κατασκευές, γνωστές ως αναχώματα, για όσο διάστημα ρέουν συντρίμμια και κοκκώδες υλικό. Κάθε είδους στρατηγικές για την κατασκευή μόνιμων και προσωρινών αναχωμάτων έχουν αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης ιστορίας. Κατά τη διάρκεια έκτακτης ανάγκης, σάκοι άμμου μπορούν να συσσωρευτούν κατά μήκος των ακτών με κίνδυνο πλημμύρας και σε κατοικημένες περιοχές που είναι επιρρεπείς σε συχνές πλημμύρες, μπορεί να υψωθούν μόνιμα αναχώματα. Μπορεί να φαίνεται περίεργο ότι αυτές οι δομημένες δομές θα σχηματίζονταν επίσης στη φύση, ωστόσο, εμφανίζονται σε όλες τις καταστάσεις. είτε η ροή γίνεται κατά μήκος μιας ήδη λαξευμένης κοίτης ποταμού είτε σε χιονοστιβάδες συντριμμιών πάνω από το έδαφος, Οι ροές υλικού φαίνεται να χαράζουν και να μεταφέρουν σταθερά ίζημα με τρόπους που ενισχύουν την κίνηση προς τα εμπρός ελαχιστοποιώντας την πλευρική εξάπλωση. Αυτή είναι η γενική ιδέα τουλάχιστον, αλλά οι λεπτομέρειες – όπως το πώς τα βραχώδη συντρίμμια φαίνεται να ταξινομούνται ανάλογα με το μέγεθος σε ορισμένες περιοχές ενός φυσικού αναχώματος (με μεγάλους, χονδροειδείς κόκκους μπροστά και κατά μήκος των όχθες) αλλά αναμιγνύονται σε άλλες (με ποικίλο μείγμα μεγεθών που εναποτίθεται στο βαθύ, κεντρικό κανάλι που εκτείνεται σε όλο το μήκος της ροής όπως φαίνεται στο Σχήμα 1) παραμένει μόνο εν μέρει κατανοητό.

α) Σχηματικό διάγραμμα που σχεδιάστηκε πάνω από ένα πείραμα με κόκκινη άμμο από τους Rocha et al. επιδεικνύοντας σχηματισμό αναχωμάτων (πλευρές) και αυτο-διαύλου σε μια μονοδιεσπαρμένη κοκκώδη ροή. β) Η τρέχουσα μελέτη χτίζει ένα μοντέλο πάνω από τα αποτελέσματα της προηγούμενης μελέτης αυτοκαναλιζόμενης ροής μονο-διασποράς, αναπαράγοντας αυτό το αποτέλεσμα αριθμητικά σε αυξανόμενους χρόνους (από αριστερά προς τα δεξιά). Το κόκκινο σημαίνει ταχύτερη ροή, ενώ το μπλε σημαίνει πιο αργή ροή. Πίστωση: ( Edwards, et al. ). ..

Πρόσφατα, ερευνητές από το Μάντσεστερ, το Λίβερπουλ και τη Μασσαλία ξεκίνησαν να διευρύνουν την κατανόησή μας για το πώς σχηματίζονται αυτές οι φυσικές δομές. Η μελέτη επιχειρεί να συνδυάσει μια συλλογή εξιδανικευμένων μοντέλων σε ένα πλαίσιο που ωθεί σημαντικά πιο κοντά στον ρεαλισμό από την προηγούμενη εργασία. Πριν προχωρήσουμε στον απώτερο στόχο μιας τρισδιάστατης περιγραφής για τη διαλογή των συντριμμιών σε ένα κανάλι δεσμευμένο σε αναχώματα, οι συγγραφείς ξεκινούν με ένα μοντέλο μονοδιάστατης ροής 2 διαστάσεων, ακολουθώντας το παράδειγμα των Rocha et al . (δημοσιεύτηκε επίσης στο JFM). Παρά το γεγονός ότι είναι μια ξηρή, μονο-διασπαρμένη ροή, οι Rocha et al. έδειξε πώς σχηματίζονται φυσικά αναχώματα κατά μήκος των όχθες της ροής με συνεχή εναπόθεση κόκκων, ενώ παράλληλα αντιστέκονται στην πλευρική εξάπλωση και ενισχύοντας την κίνηση προς τα εμπρός των συντριμμιών. Όπως η ζωγραφική με ένα φαρδύ, χοντρό πινέλο, αυτό το πρώτο βήμα περιγράφει την ταχύτητα του ρευστού που υπολογίζεται κατά μέσο όρο στο βάθος των υπολειμμάτων, ένα παράδειγμα της οποίας φαίνεται στο σχήμα 2. Αυτή η προσέγγιση δίνει μια καλή αίσθηση της συνολικής ποσότητας υλικού που κινείται με την πάροδο του χρόνου, αλλά δεν επιτρέπει τη σύγκριση της ταχύτητας του υλικού στο πάνω μέρος της ροής με το κάτω μέρος. Αυτό βελτιώνεται με την προσθήκη ενός προφίλ ροήςτο οποίο υποθέτει ότι τα συντρίμμια στο κάτω μέρος της ροής θα κινούνται πολύ πιο αργά από τα συντρίμμια στο επάνω μέρος, αν και οι συγγραφείς σημειώνουν ότι πολλά άλλα προφίλ ροής μπορούν να εισαχθούν εδώ για να αντικατοπτρίζουν καλύτερα συγκεκριμένα σενάρια (για παράδειγμα ροή βύσματος, όπου τα κάτω στρώματα κινούνται σχεδόν την ίδια ταχύτητα με το πάνω μέρος, με τον ίδιο τρόπο όπως ένας φελλός που τραβιέται από ένα μπουκάλι).

Τροχιές ροής σωματιδίων, χρωματισμένες για ευκολία παρακολούθησης σύμφωνα με την αρχική τους θέση. α) Δείχνει την τροχιά για ένα πεδίο θραυσμάτων μικτού μεγέθους, ενώ β) δείχνει την τροχιά για μεγάλα σωματίδια (παρατηρήστε τη συμπεριφορά βρόχου κοντά στο μπροστινό μέρος της ροής) και γ) δείχνει την τροχιά για λεπτότερους κόκκους. Πίστωση: ( Edwards, et al. ). ..

Σε αυτό το σημείο, το μοντέλο μπορεί να αρχίσει να περιγράφει τις τροχιές των πραγματικών σωματιδίων εντός της ροής, τις οποίες η μελέτη αντιμετωπίζει ως ένα μείγμα διπλής διασποράς δύο μεγεθών – μικρού και μεγάλου. Συγκεκριμένα, οι ερευνητές παρατηρούν ότι μεγαλύτερα σωματίδια φαίνεται να ανεβαίνουνστην κορυφή της ροής, η οποία ταξιδεύει με μεγαλύτερη ταχύτητα από τα σωματίδια που κατεβαίνουν προς τα κάτω. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να σπρώχνονται τα κομμάτια που μοιάζουν με ογκόλιθο στο μπροστινό μέρος του πεδίου των συντριμμιών που προχωρούν. Ωστόσο, η υπέρβαση του κύριου όγκου του υλικού σημαίνει ότι τα μεγαλύτερα σωματίδια θα καταρρεύσουν πάνω από το μπροστινό μέρος της ροής, οπότε μπορούν να ξεπεραστούν από το υπόλοιπο υλικό. Από εδώ, τα μεγάλα σωματίδια είναι σε θέση να ανέβουν ξανά στην επιφάνεια, επαναλαμβάνοντας το κυματιστό, κυματιστό ταξίδι τους. Αλλά αυτό είναι μόνο ένα μονοπάτι που μπορούν να ακολουθήσουν τα μεγάλα σωματίδια. Ανάλογα με το πού ξεκινάει ένα μεγάλο σωματίδιο, μπορεί τελικά να βγουν από αυτόν τον βρόχο ανακυκλοφορίαςμε ώθηση προς τα έξω στις πλευρές της ροής όπου μπορούν να εναποτεθούν. Και τα δύο αυτά μονοπάτια, μαζί, παρέχουν μια εξήγηση για τις παράξενες αλλά οργανωμένες δομές που περιγράφονται στο Σχήμα 1 και παρατηρούνται σε όλο τον κόσμο.

Αν και αυτό το έγγραφο πρόσθεσε πολυπλοκότητα και αποχρώσεις σε προηγούμενα μοντέλα ροών συντριμμιών, εξακολουθεί να μην ενσωματώνει κάθε δυνατή λεπτομέρεια. Οι γεωλογικές ροές αποτελούνται συνήθως από πολλά περισσότερα από δύο μεγέθη σωματιδίων και αυτός ο ρεαλισμός εισάγει σημαντική πολυπλοκότητα στο έργο της μοντελοποίησης. Ωστόσο, ένα καλό μοντέλο συχνά αναγνωρίζεται από την ικανότητά του να αναγνωρίζει και να περιλαμβάνει τα κρίσιμα στοιχεία ενός συστήματος, ενώ προσπαθεί να μειώσει την πολυπλοκότητά του. Εδώ, οι συγγραφείς βρίσκουν ότι μια απλοποιημένη περίπτωση με δύο διαφορετικά μεγέθη σωματιδίων μπορεί ακόμα να παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για πιο περίπλοκα σενάρια του πραγματικού κόσμου. Συγκεκριμένα, φάνηκε ότι η αυτοδιαχείριση λαμβάνει χώρα ανεξάρτητα από το αν τα σωματίδια ήταν ενός ή μεταβλητού μεγέθους, υποδηλώνοντας μια εξάρτηση από επιχειρήματα με βάση την τριβή και το ιξώδες. Επίσης, Ο αυτο-καναλισμός και ο διαχωρισμός μεγέθους θα μπορούσε να συμβεί με ή χωρίς ρευστό φορέα. Οι συγγραφείς αναγνωρίζουν επίσης ότι τα αποτελέσματα εξαρτώνται από τα σχετικά μεγέθη των σωματιδίων στη ροή, πράγμα που σημαίνει ότι αυτή η μελέτη θα πρέπει να περιγράφει εξίσου καλά πειράματα εργαστηριακής κλίμακας και μεγάλα, γεωλογικά φαινόμενα. Τέλος, οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι τα αποτελέσματά τους παρέχουν στοιχεία και υποστηρίζουν την υπόθεση ότι τα φαινόμενα αυτοδιαχείρισης, όπως ο τρόπος με τον οποίο το υλικό αυτοοργανώνεται κατά μέγεθος, είναι ανεξάρτητα από μεταβλητά μεγέθη σωματιδίων. Και συγκεκριμένα, υψηλότερες συγκεντρώσεις μεγάλων σωματιδίων σε φυσικά σχηματιζόμενα αναχώματα μπορεί να ενισχύσουν την αντοχή αυτών των δομών. Περαιτέρω έρευνες σχετικά με το ρόλο του διαχωρισμού μεγέθους σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένων πιο διαφορετικών μεγεθών σωματιδίων,

ΠΗΓΉ :https://www.cambridge.org/core/blog/2023/07/17/when-the-levee-forms/