Übertiefen - Overdeepening
Überdehnung ist ein Merkmal von Becken und Tälern, die von Gletschern erodiert werden . Ein überhöhtes Talprofil wird häufig in Tiefen erodiert, die Hunderte von Metern unter der tiefsten durchgehenden Linie (dem Talweg ) entlang eines Tals oder Wasserlaufs liegen . Dieses Phänomen ist unter den heutigen Tag Gletscher beobachtet, in Salzwasser Fjorden und Süßwasserseen , die nach Gletscher schmelzen, sowie in Tunnel Tälern , die teilweise oder vollständig mit gefüllt sediment . Wenn der von einem Gletscher erzeugte Kanal mit Trümmern gefüllt ist, wird festgestellt, dass die geomorphe Struktur unter der Oberfläche erosiv in das Grundgestein geschnitten und anschließend mit Sedimenten gefüllt wird. Diese überhöhten Schnitte in Grundgesteinsstrukturen können eine Tiefe von mehreren hundert Metern unter dem Talboden erreichen.
Überhöhte Fjorde und Seen haben als Häfen und Fischereien einen erheblichen wirtschaftlichen Wert. Überhöhte Becken und mit Sedimenten gefüllte Täler (sogenannte Tunneltäler ) sind für Ingenieure, Erdölgeologen und Hydrologen von besonderem Interesse. Ingenieure wenden die Informationen für die Entwicklung von Fundamenten und den Tunnelbau an, Erdölgeologen verwenden Tunneltalstandorte, um potenzielle Ölfelder zu identifizieren, während Hydrologen dieses Wissen für das Grundwasserressourcenmanagement anwenden.
Haupttypen
Überdepunging zeigt sich in allen geetscherisch erodierten geologischen Merkmalen. Es ist üblich, Fjorde, Fjordseen und Kreise zu bilden, die von Gletschern gebildet werden, die durch bergiges Gelände begrenzt sind, sowie Tunneltäler, die an der Peripherie zu den kontinentalen Gletschern gebildet werden, die Eiszeiten charakterisieren.
Fjorde
Fjorde entstehen, wenn ein Gletscher durch Erosion des umgebenden Grundgesteins ein U-förmiges Tal schneidet. Die meisten Fjorde sind tief (dh tiefer als das angrenzende Meer). Fjorde haben im Allgemeinen eine Schwelle oder einen Anstieg an ihrer Mündung, der durch eine verringerte Erosion in Richtung der Mündung verursacht wird und durch die Endmoräne des vorherigen Gletschers ergänzt wird. In einigen Fällen verursachen sie extreme Gezeitenströmungen mit begleitenden Salzwasser-Stromschnellen.
Der Sognefjord in Norwegen erstreckt sich 205 Kilometer landeinwärts. Es erreicht eine maximale Tiefe von 1.308 Metern (4.291 Fuß) unter dem Meeresspiegel, und wie es für eine übermäßige Tiefe charakteristisch ist, befinden sich die größten Tiefen im Landesinneren des Fjords. In der Nähe seiner Mündung steigt der Boden abrupt auf eine Schwelle etwa 100 Meter unter dem Meeresspiegel an. Die durchschnittliche Breite des Hauptarms des Sognefjords beträgt etwa 4,5 Kilometer. Die den Fjord umgebenden Klippen ragen fast steil vom Wasser auf eine Höhe von 1.000 Metern und mehr. Der Skelton Inlet in der Antarktis weist eine ähnliche Überhöhung auf 1.933 m (6.342 ft) auf, ebenso wie der Messier-Kanal in Chile, der sich auf 1.288 m ( 4.226 ft) vertieft.
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Nesje schreibt: "... Gletscher sind für die Fjordbildung notwendig. Der stärkste Hinweis auf Gletschererosion ist die Überdehnung der Fjordböden weit unterhalb des gegenwärtigen und vergangenen Meeresspiegels und ihrer äußeren Gesteinsschwelle. Gemessen an dem innerhalb einer begrenzten Zeitspanne erodierten Volumen eines Eises Der Strom, der seinen eigenen klar definierten Entwässerungskanal (Fjord) bildet, ist anscheinend eines der bedeutendsten Erosionsmittel, die auf der Erde eingesetzt werden. "
Fjordseen
Einige Süßwasserseen, die sich in langen, aus Gletschern geschnitzten Tälern mit starker Übertiefe und häufig mit Endmoränen, die den Auslass blockieren, gebildet haben, werden Fjorde oder "Fjordseen" genannt (was der norwegischen Fjordnamenskonvention folgt). Fjordseen werden häufig in Bergregionen gebildet, die Eisflüsse durch enge Täler leiten.
Obwohl sie in vielen Ländern existieren , veranschaulichen die Fjordseen in British Columbia , Kanada, ihre Natur. Dort wird das innere Plateau von zahlreichen langgestreckten, eiszeitlich tiefen Seen durchschnitten. Ein solcher See ist der Okanagan-See , der 3,5 km breit und 120 km lang ist und durch Gletschererosion auf über 2.000 m (6.562 ft) unter dem umgebenden Plateau (und 600 m (1.969 ft) unter dem Meeresspiegel) ausgegraben wurde, obwohl ein Großteil davon Diese Tiefe ist mit Gletschersedimenten gefüllt, so dass die derzeitige maximale Seetiefe 232 m (761 ft) beträgt. Ähnliche Fjordseen mit einer Länge von mehr als 100 km sind an anderer Stelle in British Columbia zu finden. Der Kootenay-See zwischen den Gebirgszügen Selkirk und Purcell in der Region Kootenay in British Columbia ist ungefähr 100 km lang und 3 bis 5 km breit und wurde früher durch den Purcell-Graben in den Missoula-See in Montana eingeleitet . In ähnlicher Weise wurden Tunnelkanäle im Flathead Valley unterhalb des Flathead Lake durch subglaziale Entwässerung aus mehreren Quellen gebildet, z. B. nordwestlich des Tals (Rocky Mountain-Graben), nördlich des Tals (Whitefish Range) und nordöstlich des Tals (Middle and) North Forks of the Flathead River) und mündete in das Tal, das schließlich nach Süden in das Mission Valley und den Gletschersee Missoula mündete. Die Basen der Tunnelkanäle sind weit unterhalb der Höhe des Flathead Lake geschnitten, was darauf hinweist, dass in hydrostatisch unter Druck stehenden subglazialen Tunnelkanälen unter dem Eis in British Columbia Erosion aufgetreten ist.
Tunneltäler
Ein Tunneltal ist ein großes, langes, U-förmiges Tal, das ursprünglich unter dem Gletschereis nahe dem Rand kontinentaler Eisschilde geschnitten wurde, wie es jetzt die Antarktis bedeckt und früher Teile aller Kontinente während der vergangenen Gletscherzeit bedeckte . Sie sind unterschiedlich groß (bis zu 100 km lang und bis zu 4 km breit). Tunneltäler weisen eine klassische Übertiefe mit maximalen Tiefen auf, die zwischen 50 und 400 m variieren können. Sie variieren in der Tiefe entlang der Längsachse. Ihre Querschnitte weisen steile Flanken (ähnlich wie Fjordwände) und flache Böden auf, die für die subglaziale Gletschererosion typisch sind. Tunneltäler wurden durch subglaziale Erosion durch Wasser gebildet und dienten als subglaziale Entwässerungswege, die große Mengen an Schmelzwasser transportierten. Sie erscheinen gegenwärtig als trockene Täler, Seen, Meeresbodenvertiefungen und als mit Sedimenten gefüllte Gebiete. Wenn sie mit Sedimenten gefüllt sind, sind ihre unteren Schichten hauptsächlich mit Gletscher-, Glaciofluvial- oder Glaciolacustrin-Sedimenten gefüllt, ergänzt durch obere Schichten gemäßigter Füllung. Sie kommen in Gebieten vor, die früher von Gletschereis bedeckt waren, darunter Afrika, Asien, Nordamerika, Europa, Australien und vor der Küste in der Nordsee, im Atlantik und in Gewässern in der Nähe der Antarktis.
Tunneltäler erscheinen in der Fachliteratur unter verschiedenen Begriffen, einschließlich Tunnelkanälen, subglazialen Tälern und linearen Einschnitten.
Cirques
Schnelle subglaziale Erosion, die zu Übertiefen führt, bei denen das Gletscherbett in Richtung des Eisflusses ansteigt, kann sich in Kreisen in der Nähe von Gletscherköpfen bilden. Die konkave Amphitheaterform ist an der Abfahrtsseite offen, die dem flacheren Bereich der Bühne entspricht, während der hohlen Sitzbereich im Allgemeinen steile, klippenartige Hänge aufweist, an denen sich Eis und vergletscherte Trümmer von den drei oder mehr höheren Seiten vereinigen und zusammenlaufen. Der Boden des Kreises ist schalenförmig, da er die komplexe Konvergenzzone darstellt, in der Eisströme aus mehreren Richtungen und die damit verbundenen Gesteinsbelastungen kombiniert werden. Daher treten etwas größere Erosionskräfte auf und er wird meistens etwas unterhalb des Niveaus des Kreises ausgeschöpft. Seitenauslass (Bühne) und sein Tal im Gefälle (Backstage). Sobald der Gletscher geschmolzen ist, bildet sich in der überhöhten Region ein Tarn .
Geomorphologie
Die Gletschererosion erfolgt durch Abrieb, wenn sich Eis und mitgerissene Trümmer über das darunter liegende Grundgestein bewegen, durch wasserinduzierte Erosion und Sedimenttransport sowie durch Gefrier-Auftau-Zyklen, die das Grundgestein verwittern. Alle Prozesse sind am Boden des Gletschereises am effektivsten - daher erodiert der Gletscher am Boden. Das Vorhandensein von Eis in der Lücke verringert die Geschwindigkeit, mit der die Seitenwände verwittern, was zu steilen Seitenwänden führt. Wenn der Verlauf des Gletschereisflusses durch die umgebende Topographie eingeschränkt wird, werden die engsten Strömungsbereiche am schnellsten abgeschliffen und am tiefsten geschnitten, selbst bis in Tiefen über 1000 Meter unter dem Meeresspiegel. Das resultierende Profil wird als durch Übertiefen bezeichnet, wenn es mit Radar durch das Eis beobachtet wird oder wenn es nach dem Schmelzen des Eises erkennbar ist. Obwohl die Forschung weiterhin ein umfassendes Verständnis der beteiligten Prozesse besitzt, wurden im späten 20. und frühen 21. Jahrhundert erhebliche Fortschritte erzielt. In diesem Abschnitt werden wichtige Elemente des sich abzeichnenden Verständnisses der Prozesse beschrieben, die zu einer Übertiefe führen.
Glaciologists führte eine detaillierte Radar Umfrage der Antarktis ‚s Gamburtsev Mountains während des Internationalen Polarjahres , sowohl die darüber liegend Gletschereis Dicke und die Höhe des Grundgesteins unterhalb ermöglicht gefunden werden. Die Umfrage zeigt, dass die Talböden bis zu 432 Meter tief sind, während die Täler steile Seitentäler aufweisen. Die Abbildung links zeigt die drei Hauptregionen der Übertiefe mit einer Länge von 3 Kilometern, 6 Kilometern und 16 Kilometern. Teile dieses Profils werden verwendet, um die Bildung übertiefen Täler zu veranschaulichen.
Kopfwandzone
Die Aufwärtsgletscherseite einer Übertiefe wird als Kopfwand bezeichnet, während die Abwärtsgletscherseite als nachteilige Neigung bezeichnet wird. Wasser, das die Kopfwand hinunterfließt, gewinnt Energie, die das umgebende Eis schmilzt und Kanäle erzeugt. Während das Wasser durch den Boden fließt, sinkt die Temperatur weiter. Da es zu diesem Zeitpunkt unter hohem Druck steht, wird die Schmelztemperatur unterdrückt und das Wasser wird unterkühlt, wenn es das umgebende Eis schmilzt. Das fließende Wasser transportiert Sedimente und erodiert lokal das Grundgestein.
Das Oberflächenwasser fließt über Moulins in ein subglaziales Leitungssystem ab, das den Fluss in Hohlräume im Eis ermöglicht. Wenn die Strömung die Anstiege Druckverlust in den Leitungen erhöht sich ergebenden Wasserspiegel zu erhöhen und entsprechend höheren Hydraulikdruck in der kopfseitigen Wand des Gletschers. Wenn die Leitungen unter Druck gesetzt werden, setzen sie die Hohlräume und den porösen Grundboden unter Druck. Die Druckbeaufschlagung stützt das Wasser im Gletscher und der erhöhte Druck am Bett verringert den Druck, den das Eis auf das Bett ausübt (als effektiver Druck am Bett bezeichnet). Da die Reibung mit dem Bett proportional zum effektiven Druck am Bett ist, fördert diese Druckbeaufschlagung die Grundbewegung des Gletschers.
Die Erosion ist entlang der Kopfwand am größten. Dies wird auf den saisonalen Wassereintritt in diese Gebiete über Moulins zurückgeführt, was zu variierenden, aber periodisch hohen Drücken, hohen Durchflussraten und großen Temperaturschwankungen führt. Es wird angenommen, dass diese Variation zum Abbau von Blöcken von der Kopfwand beiträgt, kombiniert mit den erosiven Kräften sich schnell bewegender Trümmerströme, die in fließendem Wasser mitgerissen werden.
Kanalisierte Zone
Schmelzwasser auf der Gletscheroberfläche neigt dazu, zur Basis der Eisdecke zu wandern. Dort schmiert das Wasser die Grenzfläche zwischen Eis und Grundgestein. Der hydraulische Druck des Wassers wird erheblich - er wird durch die Oberflächensteigung des darüber liegenden Eises und durch die Betttopographie angetrieben. Der Hydraulikdruck gleicht einen Teil des Gewichts des Gletschers aus (das Eis mit geringerer Dichte wird tendenziell durch Wasser verdrängt). Beide Effekte verbessern die basale Eisbewegung. Eisbewegungsdaten zeigen einen erheblichen Anstieg der Eisgeschwindigkeit in Zeiten, in denen Schmelzwasser vorhanden ist (dh im Sommer (im Vergleich zu den Winterhintergrundwerten). Der Gletscher bewegt sich nicht gleichmäßig, sondern zeigt im Verlauf der Saison wechselnde Bewegungsmuster Aufgrund der saisonalen Entwicklung des subglazialen Entwässerungssystems wurden die größten Gletscherbewegungen während Übergangsperioden beobachtet, als zunehmendes Wasser in den Gletscher freigesetzt wurde.
Ein variabler Wasserzufluss erhöht die Eisdurchflussrate. Beobachtungen zeigen, dass subglaziales Wasser entweder durch Kanäle mit niedrigem Druck oder durch miteinander verbundene Hohlräume mit hohem Druck abfließt. Oberhalb einer kritischen Wasserdurchflussrate ergeben sich Kanalisierung und Gletscherverzögerung. Höhere Raten des stetigen Wasserflusses unterdrücken tatsächlich die Gletscherbewegung. Episodische Erhöhungen des Wassereintrags, wie sie beispielsweise durch starke tägliche Schmelzzyklen hervorgerufen werden, führen zu vorübergehenden Wasserdruckschwankungen. Solche Spitzen erzeugen eine Eisbeschleunigung. In ähnlicher Weise verursachen Regen- und Oberflächenentwässerungsereignisse Bewegung.
Analytische Gletschererosionsmodelle legen nahe, dass Eisflüsse, die durch begrenzte Räume wie Gebirgspässe fließen, unter dickeren, schnelleren Eisflüssen eine verstärkte Erosion hervorrufen, wodurch der Kanal unter den Bereichen sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts vertieft wird. Das zugrunde liegende physikalische Phänomen ist, dass die Erosion mit der Geschwindigkeit der Eisentladung zunimmt. Obwohl dies komplexe Beziehungen zwischen zeitlich variierenden Klimazonen, dem Verhalten der Eisdecke und den Eigenschaften des Bettes vereinfacht, basiert es auf der allgemeinen Erkenntnis, dass verbesserte Eisentladungen typischerweise die Erosionsrate erhöhen. Dies liegt daran, dass die Grundgleitrate und die Erosionsrate miteinander zusammenhängen und von denselben Variablen bestimmt werden: der Eisdicke, der darunter liegenden Bettneigung, der darüber liegenden Gletscherneigung und der Basaltemperatur. Infolgedessen sind die modellierten Fjorde durch die engsten Kanäle (dh Regionen mit der höchsten umgebenden höchsten Topographie) am tiefsten. Dies entspricht tatsächlichen physischen Beobachtungen von Fjorden.
Ungünstige Hangzone
Wie es fließt weiter und beginnt mit der negativen Steigung unter gemäßigtem zu steigen (oder „warm-based“) Gletscher, sinkt der Druck und Eisbrei akkretiert im basalen Eis . Die vom Wasser getragene Sedimentfracht wird im angesammelten Eis mitgerissen. An dem Punkt im Gletscher, an dem sich das Eis am ungünstigen Hang in der Nähe des Gletscherendes ansammelt, übersteigt die Ablation des Eises der oberen Oberfläche (bei kürzlich beobachteten Gletschern) die Akkretionsrate am Boden. Der Nettoeffekt besteht darin, dass für einen Gletscher, der seine Gesamtform beibehält, die Gletschermasse durch Wasserfluss zur Ansammlung von neuem Eis, durch Sedimenttransport in meterdicke Schichten, die in der Akkretionszone beobachtet werden, und durch Bewegung der gesamten Eismasse zur Wiederherstellung übertragen wird Das Eis ging durch Ablation verloren.
Die Sedimenttransportkapazität und die Sedimentfracht in Gletschern mit subglazialem Strom, in denen das Wasser nicht unterkühlt ist, und für einen Gletscher, der weit in das Unterkühlungsregime hineinreicht, variieren erheblich. Wenn sich eine Moräne oder ein Moränenschwarm (Grundgestein) entwickelt hat, endet die Übertiefe in einem wachsenden Sedimentboden. Wenn die Höhe am ungünstigen Hang signifikant zunimmt, wächst das Eis durch Unterkühlung der Bäche, die die übermäßig steile Fläche des Moränenschwarms hinauffließen, und die Transportkapazität sinkt unter die abgegebene Last, wodurch Ablagerungen entstehen, die die nachteilige Fläche des überhöhten Rückens ausfüllen in Richtung der Unterkühlungsschwelle. Wenn die Strömung in der Lage ist, das gesamte abgegebene Sediment zu entfernen, das Grundgestein jedoch nicht so schnell zu erodieren, wie der stromaufwärts gelegene Gletscher das Grundgestein im überhöhten Bereich erodiert, bildet sich das Eis auf dem Grundgestein, und die subglaziale Erosion senkt das Gletscherbett im überdepenierten Bereich beim Verlassen eine Grundschwelle.
Subglaziale Eislinsenbildung
Die subglaziale Erosion wird durch die Bildung subglazialer Eislinsen beschleunigt , was zum Prozess der Übertiefe beiträgt.
Unter den Eisschildern der Antarktis wurden Sediment- oder Gletscherbänder beobachtet. Es wird angenommen, dass diese aus Eislinsen resultieren, die sich in den Trümmern und im Grundgestein bilden. In den schneller fließenden Gletscherregionen gleitet die Eisdecke über wassergesättigte Sedimente (Gletscherboden) oder schwimmt tatsächlich auf einer Wasserschicht. Die Kasse und das Wasser dienten dazu, die Reibung zwischen der Basis der Eisdecke und dem Grundgestein zu verringern. Diese subglazialen Wässer stammen aus Oberflächenwasser, das saisonal aus dem Schmelzen an der Oberfläche sowie aus dem Schmelzen der Eisdecke abfließt.
Das Wachstum der Eislinsen im Grundgestein unterhalb des Gletschers wird während der Sommermonate projiziert, wenn sich am Grund des Gletschers reichlich Wasser befindet. Im Grundgestein bilden sich Eislinsen, die sich ansammeln, bis der Stein so geschwächt ist, dass er abschert oder abplatzt. Gesteinsschichten entlang der Grenzfläche zwischen Gletschern und Grundgestein werden freigesetzt und produzieren einen Großteil der Sedimente in diesen basalen Regionen der Gletscher. Da die Geschwindigkeit der Gletscherbewegung von den Eigenschaften dieses Basiseises abhängt, werden derzeit Forschungen durchgeführt, um die Phänomene besser zu quantifizieren.
Beispiele für Übertiefen
Norwegische Fjordseen
Die norwegischen Fjordseen sind ein hervorragendes Beispiel für die Übertiefe. Alle Seeböden in der folgenden Liste der neun tiefsten Fjordseen Norwegens liegen unter dem Meeresspiegel, obwohl es sich bei den Seen um Süßwasserseen handelt.
| Nein. | Name | Tiefe (m) |
Oberflächenhöhe über dem Meeresspiegel (m) | Tiefe unter dem Meeresspiegel (m) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Hornindalsvatnet | 514 Meter | 53 Meter | -460 Meter |
| 2 | Salsvatnet | 482 Meter | 16 Meter | -466 Meter |
| 3 | Lake Tinn | 460 Meter | 190 Meter | −270 Meter (−890 ft) |
| 4 | Mjøsa | 444 Meter | 121 Meter | -323 Meter |
| 5 | Fyresvatn | 377 Meter | 279 Meter | –98 Meter |
| 6 | Suldalsvatnet | 376 Meter | 68 Meter | –308 Meter |
| 7 | Bandak | 325 Meter | 72 Meter | –253 Meter (–830 Fuß) |
| 8 | Lundevatn | 314 Meter | 49 Meter | –265 Meter (–869 Fuß) |
| 9 | Storsjøen (in Rendalen) | 309 Meter | 259 Meter | –50 Meter |
Alternative Verwendung des Begriffs "Übertiefen"
Geologen wenden den Begriff der Übertiefe auf ein anderes Phänomen als die Gletschertiefe an - das dramatische Absenken des Flusstals, das auftreten kann, wenn das Meer, in das es mündet, austrocknet. In der sogenannten messinischen Salzgehaltskrise war das Mittelmeerbecken geologisch vom Atlantik getrennt . Durch die Verdunstung sank der Meeresspiegel an der Mündung der Rhone um über 1000 Meter und an der Mündung des Nils um 2.500 Meter , was zu einer Überdehnung dieser Täler führte. Der Nil schnitt sein Bett weit stromaufwärts in Assuan auf mehrere hundert Fuß unter dem Meeresspiegel und 2.500 m unter dem Meeresspiegel nördlich von Kairo ab .