Prometheus_Terra_fan.jpg

Stożek napływowy

Stożki napływowe także określane jako bajada, stożki piedmontowe lub aluwialne (ang. alluvial fans) to formy depozycyjne, środowiska i systemy depozycyjne, które powstają na lądzie u podnóża stoków w wyniku transportu i depozycji przez procesy ruchów masowych i wód płynących w warunkach nadkrytycznych. W planie stożki napływowe często mają kształt wachlarza. Na zdjęciu po prawej stronie widoczny stożek napływowy w rejonie Prometheus Terra na Marsie (dostępne dzięki uprzejmości NASA).

Zlepieniec

Stożki napływowe tworzą jedne z najważniejszych osadów w środowisku kontynentalnym, szczególnie na obszarach ubogich w roślinność w klimacie suchym i półsuchym z okresowymi nawałnicami, stąd częsty zapis tego środowiska m.in. w osadach kontynentalnych prekambru i wczesnego paleozoiku a także w permu i wczesnego triasu. W zapisie kopalnym większość osadów stożków napływowych związana jest z krawędziami basenów sedymentacyjnych. Osad zostaje złożony, gdy następuje nagła utrata energii transportu (zmniejszenie nachylenia profilu przepływu). Stożki napływowe mogą też powstawać u podnóża wielkich łańcuchów górskich w klimacie wilgotnym. Współczesnymi przykładami mogą być tu obszary u podnóża pasów fałdowo-nasuwczych (np. Himalajów, czy Alpidów w Europie).

Na zdjęciu po lewej stronie zlepieniec zygmuntowski, Góry Świętokrzyskie, osady permskiego stożka napływowego.

Termin stożek napływowy po raz pierwszy został użyty przez francuskiego geologa Alexandre Surell w roku 1841, który opisał osady alpejskiego stożka jako cone de dejection (Chorley 1964). Wczesna klasyfikacja stożków napływowych z 1977 roku według Schumma dzieli je na stożki suchego i wilgotnego klimatu. Stożki aluwialne charakteryzują się bardzo dużą zmiennością litofacjalną, co jest spowodowane przez złożoność procesów transportu i depozycji. Ze względu na dominujący rodzaj transportu Kochel (1990) wyróżnił natomiast stożki napływowe:
- zdominowane przez spływy kohezyjne (ang. debris-flow dominated, dry-type fans) oraz
- zdominowane przez transport wodny (ang. fluvially dominated, wet-type fans).

W inicjalnej fazie ich powstawania dominują ruch masowe, zwłaszcza osypywanie i osuwanie się mas skalnych, zaś w kolejnych zaczynają przeważać spływy grawitacyjne z dominacją procesów płynięcia osadów (Blair i McPherson 1994). Nachylenie powierzchni stożka waha się od dziesięciu do kilkunastu stopni, czasem do 22 stopni (Nemec i Postma 1993). W kolejnych fazach, nachylenie zmniejsza się a większego znaczenia zaczynają nabierać spływy grawitacyjne z dominacją transportu wodnego. Nemec i Postma (1993) odpowiednio dzielą osady spływów grawitacyjnych na (1) osady z dużą ilością matriks ilastego wynik spływów kohezyjnych oraz (2) osady o dominacji frakcji żwirowej i kamienistej, wynik niekohezyjnych spływów grawitacyjnych.

Obecność osadów fluwialnych w obrębie osadów stożków napływowych wiązana jest ze zmniejszającym się przepływem po katastroficznych powodziach (Nemec i Steel, 1984) lub wtórną modyfikacją osadów spływów grawitacyjnych i zalewów powodziowych w czasie stabilnej pogody. Zdaniem Blaira i McPhersona (1994) w warunkach znacznego nachylenia powierzchni stożka, przepływ podkrytyczny a więc związany z transportem i depozycją rzeczną nie jest właściwie możliwy a osady deponowane przez rzeki roztokowe u podnóża wielki łańcuchów górskich nie powinny być określane jako stożki napływowe. Dlatego udział osadów rzecznych jest niewielki i określany jest jako wtórna modyfikacja facji stożka. Podobnie krytykują pogląd, że stożki napływowe zdominowane przez spływy kohezyjne są raczej częściej spotykane w klimacie wilgotnym (Harvey i in. 2005). Ich zdaniem klimat nie ma wpływu na charakter tego środowiska, choć udział procesów transportu dominacją wód płynących z nawalnych deszczy zdaje się dominować w klimacie suchym, zaś spływów kohezyjnych w wilgotnym (Baker 1977, Harvey i in. 2005).

Glen_Coi.JPG

Spływy kohezyjne i lawiny uruchamiane są w okresach burz z bardzo intensywnymi opadami deszczu. Osady stożków zdominowanych przez spływy kohezyjne są zazwyczaj gruboziarniste, o niskiej dojrzałości teksturalnej i często są to żwiry z dużą ilością matriks i możliwymi głazami. Jedynymi strukturami sedymentacyjnymi w obrębie osadów spływów rumoszowych może być niewyraźne warstwowanie, najczęściej nachylone zgodnie z kierunkiem transportu. W dystalnych i środkowych odcinkach wzrasta udział warstw piaszczystych, zaś u podstawy profilu może zaznaczać się ogólny wzrost średnicy klastów ku górze (porównaj koluwium).

Alluvial_Fan_Deposits.jpg

Zdjęcie po lewej stronie na dole przedstawia przekop przez osady stożka napływowego zdominowanego przez spływy kohezyjne w dolinie Glen Coe, Szkocja. Widoczne niewyraźne warstwowanie i wzrost średnicy klastów ku górze. Wysokość przekroju ok. 1,8 m transport z prawej strony do lewej. Zdjęcie po prawej stronie przedstawia przekop przez osady stożka napływowego w Death Valley, USA zdominowanego przez transport fluwialny. Widok w stronę proksymalnej części stożka, głazy są nachylone zgodnie z kierunkiem transportu. Okulary słoneczne na głazie umieszczone dla skali (image courtesy of Nicola Scarselli - http://www.flickr.com/photos/nikguitar)

Stożki zdominowane przez transport wodny powstają, gdy w czasie okresowych nawałnic. Strumień płynący po stromej powierzchni wkracza u podnóża stoku na bardziej połogi teren. W wyniku nagłego spadku energii transportu następuje depozycja niesionego przez wodę materiału osadowego. Materiał jest transportowany przez przepływ powierzchniowy (ang. sheet flow) lub w obrębie wciętych koryt. Takie stożki mogą mieć znacznie większe rozmiary (do kilku lub kilkudziesięciu kilometrów) i znacznie mniejsze nachylenie rzędu kilku stopni, maksymalnie parunastu (Nemec i Postma 1993). Ich osady najczęściej obejmują średnio wysortowane żwiry (ubogie w matriks) z niewyraźną imbrykacją i jedynie w dystalnej części piaski.

W przypadku obu rodzajów stożków, struktury sedymentacyjne obejmują lokalnie zaznaczone płaskie horyzontalne lub prawie horyzontalne warstwowanie związane z powierzchniowym przepływem laminarnym, rzadziej korytowe. Grubość warstw wzrasta ku górze w przypadku progradacji (rozprzestrzeniania się), zaś w przypadku stożków retrogradujących, miąższość warstw maleje ku górze. Podobnie wielkość największych klastów i głębokość koryt wzrasta ku górze w przypadku progradacji i maleje przy cofaniu się (Leeder 1999). Ze względu na wysoką porowatość, gruboziarniste osady proksymalnej części stożków napływowych często tworzą ważne poziomy wodonośne, rzadziej skały zbiornikowe z pułapkami stratygraficznymi z wyklinowania warstw.

Literatura

Baker V.R. 1977. Stream-channel response to floods, with examples from central Texas, Geological Society of America Bulletin 88, 1057-1071
Blair T.C., McPherson J.G. 1992. The Trollheim alluvial fan and facies model revisited. GSA Bulletin 104, 762–769
Blair T.C., McPherson J.G. 1994. Alluvial fans and their natural distinction from rivers based on morphology, hydraulic processes, sedimentary processes, and facies assemblages, Journal of Sedimentary Research 64, 450–489
Chorley R.J. 1964. The history of the study of landforms: The development of geomorphology, Methuen
Harvey A.M., Mather A.E., Stokes M.R. 2005. Alluvial fans: geomorphology, sedimentology, dynamics. A review of alluvial-fan research, Special Publication of the Geological Society of London
Kochel R.C. 1990. Humid Fans of the Appalachian Mountains w Rachocki, A., Church, M.A. (red.) Alluvial fans: a field approach, John Wiley & Sons. Artykuł dostępny online dzięki Western Oregon University.
Nemec W., Postma G. 1993. Quaternary alluvial fans in southwestern Crete: sedimentation processes and geomorphic evolution, w: Alluvial sedimentation, IAS Special Publication
Nemec W., Steel R.J. 1984. Alluvial and coastal conglomerates: Their significant features and some comments on gravelly mass flow deposits, w: Koster, E.H. Steel, R.J. (red.) Sedimentology of gravels and conglomerates, Canadian Society of Petroleum Geologists Memoir 10, 1–31