沉积作用

地球科学

chén jī zuò yòng

沉积作用是被搬运的沉积物从水、风或冰中沉降下来,并在新地点堆积的地质过程。

Visualization

Definition

沉积作用是指流动的水、风或冰减速后,放下其搬运的沉积物,而这些沉积物层层堆积起来的过程。当搬运介质的能量降到不足以携带其负载时,沉积作用便会发生;粗颗粒最先沉降,细颗粒最后沉降,因此沉积物会按粒度分选,由此形成的地貌包括三角洲、冲积扇、洪泛平原、沙丘、海滩和冰碛。小颗粒的沉降速度遵循斯托克斯定律,$v = \frac{2}{9}\frac{(\rho_p - \rho_f) g r^2}{\mu}$,因此其大小与颗粒半径的平方成正比。当流速降到某一粒度的沉降阈值以下时,该粒级便会沉降出来,从而在浊流中形成递变层理,在曲流河中形成向上变细的序列。沉积环境可以通过相分析来推断:沉积构造、粒度变化趋势和化石共同指示出三角洲、河流、风成或海洋等不同环境。

Example

当河流注入湖泊时,水流减速,放下携带的沙和泥,堆积成扇形三角洲。外滩群岛内侧的海湾一侧因暴风将沙子冲过岛屿而通过沉积作用不断扩大,密西西比三角洲和作为冰碛地貌的长岛都完全是沉积作用形成的地貌。一颗直径 $2$ 微米的粘土颗粒,需要数周时间才能穿过 $100$ 米深的静水沉降下去,这也是深海粘土每千年只堆积几毫米的原因。相比之下,一场密西西比河洪水却能在几天内于洪泛平原上沉积数十厘米厚的粉砂。

Key Insight

侵蚀带走物质,沉积则增添物质,因此一片在一场暴风中缩小的海滩,可以在天气平静时通过沉积作用重新恢复。沉积遵循粒度顺序:砾石在山地附近沉降,沙子沿河流沉降,粘土只在平静的湖泊或深海中沉降,这正是沉积层能够揭示其形成环境的原因。可容纳空间,即基准面以下可供堆积的空间,决定着沉积作用能否发生。海平面上升会创造可容纳空间并保存下厚层沉积序列,而海平面下降则会使沉积物暴露于侵蚀之下,这正是地层记录中充满缺失的原因。