Площадь траншеи: Расчет объема траншеи или канавы

Содержание

Нахождение площади живого сечения траншеи

1. Формулировка проблемы.

Сечение траншеи имеет форму близкую к сегменту параболы, ширина траншеи на её поверхности l метров наибольшая глубина H метров . найти площадь «живого сечения» траншеи , если она полностью заполнена водой.

Дано:

l=1,5 Найти: S живого сечения траншеи

Н=2,25

2. Пояснение к решению.

· Прибавляя постоянную к первообразной какой-либо функции, вновь получают первообразную той же функции. Следовательно, имея одну первообразную F(x) функции f (x), получают общее выражение всех первообразных этой функции в виде F(x) + С. (Постоянная C называется произвольной постоянной). Это общее выражение первообразных называют неопределённым интегралом.

· Приращение первообразных функций F(x)+C при переходе аргумента x от значения x=a к значению x=b, равное разности F(b)-F(a), называется определенным интегралом. Определённый интеграл — это число, в отличие от неопределённого интеграла, который является группой функций. Крайние точки области интегрирования называются границами интегрирования.Когда интеграл используется для вычисления площади, принято обозначать границы на двух концах знака интеграла и записывать так:

.

· Функцию

называют первообразной функции .

·

дифференциал функции и определяется следующим образом:

· Формула Ньютона-Лейбница. Если f(x) непрерывна на отрезке [a, b], и F(x) — некоторая первообразная функции , то

· Уравнение параболы имеет вид y=ax2+bx+c.

· Определенный интеграл численно равен площади под графиком функции от которой он берется, причем площади на интервале интегрирования.

· нахождение неопределенного интеграла это операция обратная нахождению производной(дифференциированию).

4. Расчетная часть.

l=1,5 м

H=2,25 м

1)y=x2+bx+c

2)y=ax2+c

y=ax2-2,25, т.

к точка В с координатами (х=0,75;у=0) принадлежит параболе, то её координаты удовлетворяют уравнению параболы. =>

0=а◦0,752-2,25; 0,752◦а=2,25; 0,5625◦а=2,25; а=2,25/0,5625; а=4

3)f(x)=4х2-2,25

4) Найдем площадь «живого сечения»

Т.к части графика 1 и 2 идентичны, можно их представить как 2-е одинаковые части.

S=2◦2,4375=4,875 м2

Ответ: площадь «живого сечения» 4,875 м3

План:

1. Формулировка проблемы.

2. Пояснение к решению.

3. Графическая часть

4. Расчетная часть.

5. Выводы

6. Используемая литература.

Вывод

Выполнив работу я закрепила знания по теме определенный интеграл, его практическое применение и приложение в реальной жизни. С помощью исходных данных при заданных условиях научилась вычислять «живую площадь» траншеи.

6.Литература

Нахождение площади живого сечения траншеи

1. Формулировка проблемы.

Сечение траншеи имеет форму близкую к сегменту параболы, ширина траншеи на её поверхности l метров наибольшая глубина H метров . найти площадь «живого сечения» траншеи , если она полностью заполнена водой.

Дано:

l=1,5 Найти: S живого сечения траншеи

Н=2,25

2. Пояснение к решению.

  • Прибавляя постоянную к первообразной какой-либо функции, вновь получают первообразную той же функции. Следовательно, имея одну первообразную F(x) функции f (x), получают общее выражение всех первообразных этой функции в виде F(x) + С. (Постоянная C называется произвольной постоянной). Это общее выражение первообразных называют неопределённым интегралом.

  • Приращение первообразных функций F(x)+C

    при переходе аргумента x от значения x=a к значению x=b, равное разности F(b)-F(a), называется определенным интегралом. Определённый интеграл — это число, в отличие от неопределённого интеграла, который является группой функций. Крайние точки области интегрирования называются границами интегрирования.Когда интеграл используется для вычисления площади, принято обозначать границы на двух концах знака интеграла и записывать так: .

  • Функцию называют первообразной функции .

  • дифференциал функции и определяется следующим образом:

  • Формула Ньютона-Лейбница. Если f(x) непрерывна на отрезке [a, b], и F(x) — некоторая первообразная функции , то

  • Уравнение параболы имеет вид y=ax2+bx+c.

  • Определенный интеграл численно равен площади под графиком функции от которой он берется, причем площади на интервале интегрирования.

  • нахождение неопределенного интеграла это операция обратная нахождению производной(дифференциированию).

-0,75

0,75

2,25

х

у

4. Расчетная часть.

l=1,5 м

H=2,25 м

1)y=x2+bx+c

2)y=ax2+c

y=ax2-2,25, т.к точка В с координатами (х=0,75;у=0) принадлежит параболе, то её координаты удовлетворяют уравнению параболы. =>

0=а◦0,752-2,25; 0,752◦а=2,25; 0,5625◦а=2,25; а=2,25/0,5625; а=4

3)f(x)=4х2-2,25

4) Найдем площадь «живого сечения»

Т.к части графика 1 и 2 идентичны, можно их представить как 2-е одинаковые части.

S=2◦2,4375=4,875 м2

Ответ: площадь «живого сечения» 4,875 м3

План:

1. Формулировка проблемы.

2. Пояснение к решению.

3. Графическая часть

4. Расчетная часть.

5. Выводы

6. Используемая литература.

Вывод

Выполнив работу я закрепила знания по теме определенный интеграл, его практическое применение и приложение в реальной жизни. С помощью исходных данных при заданных условиях научилась вычислять «живую площадь» траншеи.

6.Литература

Поперечное сечение — траншея — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Поперечное сечение — траншея

Cтраница 1

Поперечное сечение траншеи или канавы остается постоянным во время копания, если не считать изменений, связанных с сохранением заданного уклона дна. Приспособления, автоматически сохраняющие заданный уклон канавы или траншеи, могут устанавливаться на любой экскаватор. Экскаваторы продольного копания отрывают траншеи заданного профиля с гладкими стенками ( откосами) и дном, а грунт из выемки укладывается конвейерами или шнеками ( у скребковых машин) в непосредственной близости от любой бровки, что удобно для последующей засыпки траншей. Машины могут также снабжаться оборудованием, отрывающим траншеи сложного профиля.  [1]

При малой площади поперечного сечения траншеи экскаватор ставится на ее оси; при одностороннем отвале ось хода экскаватора смещается в сторону отвала. Этим достигается увеличение емкости отвала и уменьшение угла поворота для разгрузки.  [3]

На рис. 73 показано поперечное сечение двухступенчатой траншеи для совмещенной прокладки водопровода, теплопроводов ( бесканальная прокладка) и газопровода, выполненной в Москве.  [4]

Как видно из приведенного, поперечное сечение общей траншеи может быть прямоугольным, трапецеидальным и более сложного очертания. Траншеи прямоугольного поперечного сечения роют многоковшовыми и одноковшовыми экскаваторами, а трапецеидального и более сложного профиля одноковшовыми экскаваторами, оборудованными обратными лопатами или драглайнами. Например, для укладки водопровода диаметром 400 мм совместно с газопроводом диаметром 150 мм ступенчатую траншею ( рис.

71) можно вырыть одноковшовым экскаватором с одной стоянки.  [5]

На поперечном разрезе показываются наземные сооружения, поперечное сечение траншеи, места расположения труб для сварки, расположение отвала грунта, ограждение существующих зеленых насаждений ( деревьев), ширина фронта работ и ширина проезда для транспорта. Над каждым поперечником указывается длина трассы, на которую распространяется данное сечение, и указывается, на какой длине ведется разработка траншеи механизмами.  [6]

Для подсчета объемов земляных работ определяются площади поперечного сечения траншеи на пикетах, а также в точках перелома профиля или поворота оси.  [7]

При прокладке в одной траншее более двух коммуникаций

поперечное сечение траншеи становится многоступенчатым.  [8]

На рис. 4.25 показана расчетная схема, представляющая собой поперечное сечение траншеи и прилегающих к ней участков. Депрессионная поверхность представлена депрессионной кривой. Вследствие малой скорости вода движется ламинарным потоком.  [9]

На рис. 67 показана расчетная схема, представляющая собой поперечное сечение траншеи и прилегающих к ней участков. Депрессионная поверхность представлена депрессионной кривой. Вследствие малой скорости вода движется ламинарным потоком.  [11]

На рис. 8 — 82 указаны типичные размеры поперечного сечения траншеи для одного, двух и трех силовых кабелей с покрытием из черепицы. Глубина траншеи обычно бывает около 900 мм. Более глубокие траншеи роются, когда необходимо обойти препятствие, войти в колодец или здание. Большое изменение уровня допускается лишь на значительной длине, для того чтобы скат был по возможности пологим.

Ни в коем случае разницу уровней не следует делать настолько резкой, чтобы вызвать изгиб кабеля с радиусом менее десятикратного диаметра кабеля. В случае газонаполненных кабелей низкого давления разница уровней между муфтами должна быть минимальной. Ширина траншеи обычно бывает 250 — 500 мм. Если предстоит проложить несколько кабелей в одной траншее, то ширина не должна быть такой, чтобы кабели разместились с расстоянием между центрами 200 мм. Во всех случаях глубина траншеи должна быть ниже превалирующей линии промерзания.  [12]

Экскаватор ( одноковшовый) выбирают в зависимости от величины поперечных сечений траншеи и отвала грунта, а также заданной производительности землеройной машины.  [14]

Разбивку краев траншей начинают от основной осевой линии в соответствии с поперечным сечением траншеи и диаметром трубопровода.  [15]

Страницы:      1    2

Томаков П.И. Наумов И.К.. Технология, механизация и организация открытых горных работ. Учебник. Часть 1. Страница 120

Длина (м) капитальной траншеи является производным параметром ее глубины и продольного уклона, т. е.

Строительный объем капитальных траншей достигает сотен тысяч кубометров. От объема траншеи зависят механизация, технология и срок ее проведения.

В зависимости от места заложения капитальной траншеи относительно конечного контура карьера различают капитальные траншеи внешнего заложения и капитальные траншеи внутреннего заложения (рис. 6.3). Траншеи внешнего заложения располагаются за конечными контурами карьера. Траншеи внутреннего заложения располагаются в контурах карьера. Капитальная траншея внутреннего заложения располагается на рабочем или нерабочем борту карьера. С началом разноса вскрытого ею горизонта ее поперечное сечение приобретает несимметричную форму. При расположении траншеи внутреннего заложения на рабочем борту карьера она систематически перемещается вместе с бортом и называется скользящим съездом.

Разрезные траншеи — горизонтальные открытые горные выработки (редко с продольным уклоном 5—10 % о для стока воды с горизонта к водосборнику), предназначенные для подготовки вскрытых горизонтов к разработке, т. е. для создания фронта работ на уступах. Разработка уступа начинается с разноса одного или обоих бортов разрезной траншеи. Поэтому разрезная траншея— это временная горная выработка, которая существует только до начала отработки уступа. Разрезная траншея является продолжением капитальной траншеи, вскрывающей данный рабочий горизонт, и проводится внутри контуров карьера (рис. 6.4). При разработке крутых залежей разрезные траншей проводятся обычно в направлении, параллельном простиранию залежи. Глубина и длина разрезной траншеи, как правило, соответствуют высоте и длине подготавливаемого к разработке уступа. Ширина основания разрезной траншеи определяется из условия нормального расположения горного и транспортного оборудования при выемке первой заходки после проведения траншеи. Угол откоса ее бортов принимается равным углу откоса рабочих уступов в соответствии с физико-техническими характеристиками пород. Если один из бортов разрезной траншеи является частью нерабочего борта карьера, то угол откоса этого борта принимается равным углу откоса нерабочего уступа. Объем (м3) разрезной траншеи определяется по формуле

где 5р. т — площадь поперечного сечения разрезной траншеи, м2; Lpт — длина разрезной траншеи, м.

При разносе одного борта разрезной траншеи (траншея располагается по контуру карьера), площадь ее поперечного сечения определяется по формуле

Земляные работы — подсчет объемов при устройстве траншей и котлованов

Любое новое строительство, или даже ремонтные работы, к примеру, замена теплотрассы, начинаются с земляных работ. Правильный подсчет объемов земляных работ и правильное определение состава этих работ имеет огромное значение при составлении сметы.

Что же скрывается за этим понятием?

Земляные работами называются все работы связанные с перемещением, разработкой, уплотнением грунта.

Подсчет объемов всех земляных работ можно свести к подсчету объемов тех или иных геометрических фигур.  Вот еще пару основополагающих определений.

Траншея — выемка в земле  вытянутой формы, как правило, трапециевидная, протяженная создаваемая для монтажа коммуникаций, к примеру, различных трубопроводов, или для устройства  ленточных фундаментов.

Рис.1 Траншея

Котлован — выемка в земле, более обширная по площади, предназначается для устройства фундаментов зданий и сооружений, различных оснований конструкций.

Рис. 2 Котлован

Составляя смету на земляные работы важно знать не только основные сметные нормы и правила, но и учитывать правила производства земляных работ, учтенные в СниП 3.02.01 « Земляные сооружения, основания и фундаменты». Окончательная сметная стоимость работ будет зависеть не только от объемов работ и вида грунтов, но и от многих факторов, которые обязательно должны освящаться в проекте, либо в дополнительных пояснениях.
Одни из главных дополнительных факторов, которые следует учитывать при составлении сметы на земляные работы:

  1. Метод производства работ. Очень важно различать механизированным или ручным методом будут производиться работ. Чаще всего используют оба метода: механизированный метод, как основной, ручной, как дополнительный, для доработки.
  2. Траншея или котлован. Сметчику важно учесть будет ли разрабатываться котлован под всю площадь основания, или траншеи, к примеру,  под отдельные ряды фундаментов.
  3. Механизмы. Механизированная разработка грунта может вестись различными механизмами: экскаваторами (необходимо уточнить емкость ковша), бульдозерами, так же могут использоваться автосамосвалы, автопогрузчики и т. д. Для выбора механизма так же стоит руководствоваться  объемом и видом сооружения. В котлованах чаще используют  экскаватор-драглайн, траншеи и ямы разрабатывают экскаватором с обратной лопатой, доработка грунта, зачистка стенок, либо же разработка грунта в небольших объемах или стесненных условиях производится вручную.
  4. Перемещение грунта. Необходимо уточнить, будет ли вывозиться грунт во время производства работ, и если да, то, на какое расстояние.  Сметчик должен установить будет ли грунт при разработке оставаться на бровке, т.е. разработка грунта производится в отвал, либо грунт разрабатывается с погрузкой на автотранспорт и вывозится.
  5. Крепления стенок. Будет ли производиться крепление откосов котлованов и траншей или нет.
  6. Водопонижение. Необходимо учесть, будет ли необходим водоотлив во время производства работ.  Откачка воды может производиться насосами на протяжение всего времени производства работ либо единовременно.
  7. Группа грунтов. От вида грунтов подлежащих разработки зависит сложность и методы производства работ. К примеру, при разработке скальных грунтов трудоемкость работ значительно повышается, и используются определенные специфические механизмы.

Методы подсчетов и математические формулы

Как уже упоминалось выше, подсчет объемов сводится к подсчету объемов геометрических фигур.

Рис.3 Откосы

Эти фигуры чаще всего не имеют прямоугольную форму, так как в котлованах и траншеях устраиваются откосы. Крутизну откосов котлованов, траншей, которые устраиваются без каких либо креплений, выбирается исходя из группы грунтов находящихся в месте производства работ. Крутизну откосов принимают по следующей таблице.

Рис.4 Выбор крутизны откоса

Следует помнить, если на месте производства работ напластованы различные виды грунтов, крутизну откосов нужно выбирать по самому слабому грунту. При составлении сметы, если отсутствуют данные о видах грунтов, можно принимать: в мокрых грунтах не насыпных 1:1, в мокрых грунтах насыпных — 1:1,5.
Для подсчета земляных работ, необходимо знать ширину и длину траншеи по дну.
Ширину котлована при прокладке трубопроводов можно определить по следующей таблице:

Рис.5 Наименьшая ширина траншеи

Глубину разработки  следует принимать  по отметке верха котлована и по отметке дна заложения фундамента или трубопровода (важно не забыть учесть толщины подстилающих слоев или оснований).

После того как известны все необходимы исходные данные, можно приступить к расчетам. Объем разрабатываемого грунта  в траншеи определяется по формуле.

V= (f+ch)hl                                                                                                        (1)

Где a – ширина траншеи по дну.

С — обратное отношение крутизны откоса

h — глубина

L — длина

Формула для подсчета объема работ в котловане.

V=F+pch/2+4/3 (ch)2 h                                                                                                  (2)

Где: h –глубина

F- Площадь основания котлована

Р – периметр основания

С — обратное отношение крутизны откосов.

Эти формулы помогут подсчитать объемы земляных работ наиболее точно.

Если в котловане имеются перепады высот, к примеру, необходимо устройство фундаментов на разной глубине заложения, для упрощения подсчетов можно условно разделить котлован на несколько частей с одинаковыми высотами.

Ocean Trenches — Океанографическое учреждение Вудс-Хоул

Что такое океанические желоба?

Океанские желоба — это крутые впадины в самых глубоких частях океана [где старая океаническая кора от одной тектонической плиты выталкивается под другую плиту, поднимая горы, вызывая землетрясения и формируя вулканы на морском дне и на суше. Траншеи с глубиной более 6000 метров (почти 20 000 футов) составляют мировую «зону хадала», названную в честь Аида, греческого бога подземного мира, и составляют 45 процентов глубочайших глубин мирового океана. Однако самые глубокие части траншеи составляют лишь около 1 процента или меньше ее общей площади. Обширные подводные склоны и крутые стены траншей составляют большую часть зоны хадала, где уникальные среды обитания, простирающиеся на различные глубины, являются домом для разнообразного количества видов, многие из которых являются новыми или все еще неизвестными науке.

Как формируются траншеи?

Желоба образуются в результате субдукции, геофизического процесса, в котором две или более тектонических плит Земли сходятся, а более старая, более плотная плита проталкивается под более легкую плиту и глубоко в мантию, в результате чего морское дно и внешняя кора (литосфера) изгибаются. и образуют крутое V-образное углубление.Этот процесс делает траншеи динамическими геологическими особенностями — они составляют значительную часть сейсмической активности Земли — и часто становятся местом сильных землетрясений, включая некоторые из самых сильных землетрясений за всю историю наблюдений. Субдукция также вызывает подъем расплавленной коры, которая образует горные хребты и вулканические острова, параллельные желобу. Примеры этих вулканических «дуг» можно увидеть на Японском архипелаге, Алеутских островах и во многих других местах в этой области, называемой Тихоокеанским «огненным кольцом».«

Где находятся траншеи?

Траншеи длинные, узкие и очень глубокие, и хотя большинство из них находятся в Тихом океане, их можно найти по всему миру. Самая глубокая траншея в мире, Марианская впадина, расположенная недалеко от Марианских островов, имеет длину 1580 миль и в среднем всего 43 мили в ширину. Здесь находится Глубина Челленджера, которая высотой 10911 метров (35 797 футов) является самой глубокой частью океана. Траншеи Тонга, Курило-Каматча, Филиппины и Кермадек имеют глубины более 10 000 метров (33 000 футов).

Каково это в окопе?

Большая глубина океанских желобов создает среду, в которой давление воды более чем в 1000 раз превышает давление на поверхности, постоянные температуры чуть выше нуля и отсутствие света для поддержания фотосинтеза. Хотя это может показаться не подходящим для жизни условиями, считается, что сочетание чрезвычайно высокого давления, постепенного накопления пищи вдоль осей траншей и географической изоляции хадальных систем создали среды обитания с чрезвычайно высокой численностью нескольких узкоспециализированных организмы.

Как там выживает жизнь?

Многие организмы, живущие в окопах, эволюционировали удивительными способами, чтобы выжить в этих уникальных условиях. Недавние открытия в зоне хадала выявили организмы с белками и биомолекулами, способными противостоять разрушительному гидростатическому давлению, а также другие, способные использовать энергию химических веществ, которые вытекают из углеводородных просачиваний и грязевых вулканов на морском дне. Другие виды хадалов питаются органическим материалом, который стекает с поверхности моря и направляется к оси V-образных желобов.

Что мы знаем о траншеях?

Из-за своей чрезвычайной глубины траншеи представляют собой уникальные логистические и инженерные задачи для исследователей, которые хотят их изучить. На сегодняшний день исследование траншей было крайне ограниченным (только три человека когда-либо побывали на морском дне ниже 6000 метров), и многое из того, что известно о траншеях и живущих в них существах, было получено в результате двух кампаний по отбору проб в 1950-х годах (датский G alathea и советская Vitjaz Expeditions), а также из нескольких фотоэкспедиций и образцов морского дна, взятых удаленно из глубины, при этом их точное местонахождение мало известно.Несмотря на их малочисленность, эти первоначальные попытки изучения желобов намекали на существование ранее неизвестных процессов, видов и экосистем.

Почему так важны океанические траншеи?

Информация об океанских желобах ограничена из-за их глубины и удаленности, но ученые знают, что они играют важную роль в нашей жизни на суше.

Что океанские окопы могут рассказать о землетрясениях?

Например, большая часть мировой сейсмической активности происходит в зонах субдукции, которые могут иметь разрушительные последствия для прибрежных сообществ и даже для глобальной экономики. Землетрясения на морском дне, возникшие в зонах субдукции, были ответственны за цунами в Индийском океане в 2004 году, а также за землетрясение Тохоку и цунами в Японии в 2011 году. Изучая океанические желоба, ученые могут лучше понять физический процесс субдукции и причины этих разрушительных стихийных бедствий.

Что океанские окопы могут рассказать нам о здоровье человека?

Изучение траншей также дает исследователям представление о новых и разнообразных адаптациях глубоководных организмов к окружающей их среде, что может стать ключом к биологическим и биомедицинским достижениям.Изучение того, как хадальные организмы адаптировались к жизни в суровых условиях окружающей среды, может помочь в углублении понимания во многих различных областях исследований, от лечения диабета до улучшенных моющих средств для стирки. Исследователи уже обнаружили микробы, населяющие глубоководные гидротермальные источники, которые могут стать новыми источниками антибиотиков и противораковых препаратов. Эти же адаптации могут также иметь ключ к пониманию происхождения жизни в океане, поскольку ученые исследуют генетику этих организмов, чтобы собрать воедино историю того, как жизнь распространилась между изолированными хадальными экосистемами и, в конечном итоге, по всему мировому океану.

Что океанские траншеи могут рассказать нам о климате Земли?

Недавние исследования также выявили неожиданно большие количества углерода, накапливающегося в траншеях, что может свидетельствовать о том, что эти регионы играют значительную роль в климате Земли. Этот углерод либо поглощается мантией Земли в результате субдукции, либо потребляется траншейными бактериями. Открытие открывает возможности для дальнейших исследований роли траншей как источника (из-за вулканизма и других процессов) и поглотителя в планетарном углеродном цикле, который может повлиять на то, как ученые в конечном итоге придут к пониманию и прогнозированию воздействия парниковых газов, созданных человеком газы и глобальное изменение климата.

Что дальше по разведке и открытию траншей?

Развитие новых глубоководных технологий, от подводных аппаратов до камер и датчиков и пробоотборников, предоставит ученым больше возможностей для систематического исследования траншейных экосистем в течение продолжительных периодов времени. В конечном итоге это даст нам лучшее понимание землетрясений и геофизических процессов, пересмотрит то, как ученые понимают глобальный углеродный цикл, откроет возможности для биомедицинских исследований и, возможно, внесет новый вклад в понимание эволюции жизни на Земле.Эти же технологические достижения также создадут новые возможности для ученых изучать весь океан, от удаленных берегов до покрытого льдом Северного Ледовитого океана.

Желоба — это длинные узкие углубления на морском дне, которые образуются на границе тектонических плит, где одна плита выталкивается или погружается под другую. Самые глубокие части океана находятся в траншеях — на высоте более 35 000 футов (почти 11 000 метров) Глубина Челленджера является частью Марианской впадины, где Тихоокеанская плита погружается под Филиппинскую плиту.

океанский желоб | Национальное географическое общество

Океанские желоба являются результатом тектонической активности, которая описывает движение литосферы Земли. В частности, океанические желоба являются особенностью сходящихся границ плит, где встречаются две или более тектонических плит. На многих границах сходящихся плит плотная литосфера плавится или скользит под менее плотной литосферой в процессе, называемом субдукцией, создавая желоб.

Океанские желоба занимают самый глубокий слой океана — хадальпелагическую зону.Интенсивное давление, недостаток солнечного света и низкие температуры в хадальпелагической зоне делают океанские траншеи одними из самых уникальных мест обитания на Земле.

Как формируются траншеи в океане

Зоны субдукции

Когда передний край плотной тектонической плиты встречается с передним краем менее плотной плиты, более плотная плита изгибается вниз. Это место субдукции более плотной плиты называется зоной субдукции.

В зонах океанической субдукции почти всегда есть небольшой холм, предшествующий самому океанскому желобу. Этот холм, называемый выступом внешней траншеи, отмечает область, где погружающаяся плита начинает прогибаться и опускаться под более плавучую плиту.

Некоторые океанические желоба образованы субдукцией между плитой с континентальной корой и плитой с океанической корой. Континентальная кора всегда имеет большую плавучесть, чем океаническая кора, а океаническая кора всегда подвергается субдукции.

Океанические желоба, образованные этой границей континентального океана и океана, асимметричны. На внешнем склоне траншеи (со стороны океана) склон пологий, поскольку плита постепенно изгибается в траншею. На внутреннем склоне (континентальная сторона) стены траншеи намного круче. Типы горных пород, обнаруженных в этих океанических желобах, также асимметричны. На океанической стороне преобладают мощные осадочные породы, тогда как на континентальной стороне обычно более магматический и метаморфический состав.

Некоторые из наиболее известных океанских желобов являются результатом такого типа конвергентной границы плит. Желоб Перу-Чили у западного побережья Южной Америки образован океанической корой плиты Наска, погружающейся под континентальную кору Южно-Американской плиты. Желоб Рюкю, простирающийся от южной части Японии, образуется в результате того, что океаническая кора Филиппинской плиты погружается под континентальную кору Евразийской плиты.

Реже океанические желоба могут образовываться при встрече двух плит, несущих океаническую кору.Марианская впадина в южной части Тихого океана образовалась, когда могучая Тихоокеанская плита погружалась под меньшую и менее плотную Филиппинскую плиту.

В зоне субдукции часть расплавленного материала — бывшее морское дно — может подниматься через вулканы, расположенные рядом с желобом. Вулканы часто образуют вулканические дуги — островные горные цепи, лежащие параллельно траншее. Алеутский желоб формируется там, где Тихоокеанская плита погружается под Северо-Американскую плиту в арктическом регионе между Ю.С. штат Аляска и российский регион Сибирь. Алеутские острова образуют вулканическую дугу, отходящую от Аляскинского полуострова к северу от Алеутской впадины.

Конечно, не все океанические желоба находятся в Тихом океане. Желоб Пуэрто-Рико представляет собой тектонически сложную депрессию, частично образованную зоной субдукции Малых Антильских островов. Здесь океаническая кора огромной Североамериканской плиты (несущей западную часть Атлантического океана) погружается под океаническую кору меньшей Карибской плиты.

Аккреционные клинья

Аккреционные клинья образуются на дне океанических желобов, образовавшихся на некоторых сходящихся границах плит. Породы аккреционного клина настолько деформированы и раздроблены, что известны как меланж — по-французски «смесь».

Аккреционные клинья образуются, когда осадки с плотной субдуцирующей тектонической плиты соскребаются на менее плотную плиту. Осадки, часто встречающиеся в аккреционных клиньях, включают базальты из глубокой океанической литосферы, осадочные породы с морского дна и даже следы континентальной коры, втянутые в клин.Наиболее распространенным типом континентальной коры, обнаруживаемой в аккреционных клиньях, является вулканический материал с островов на вышележащей плите.

Аккреционные клинья имеют примерно форму треугольника с одним углом, направленным вниз, к траншее. Поскольку осадки в основном соскребаются с погружающейся плиты, когда она падает в мантию, самые молодые отложения находятся в нижней части этого треугольника, а самые старые — в более плоской области выше. Это противоположность большинству скальных образований, где геологам приходится копать глубоко, чтобы найти более старые породы.

Активные аккреционные клинья, например, расположенные у устьев рек или ледников, могут фактически заполнить океанический желоб, на котором они образуются. (Реки и ледники переносят и откладывают тонны наносов в океан.) Этот наросший материал может не только заполнять траншеи, но и подниматься над уровнем моря, создавая острова, которые «скрывают» океанические желоба под ними. Карибский остров Барбадос, например, расположен на вершине океанической впадины, образовавшейся в результате погружения Южноамериканской плиты под Карибскую плиту.

Жизнь в окопах

Океанские траншеи — одни из самых враждебных мест обитания на Земле. Давление более чем в 1000 раз превышает давление на поверхности, а температура воды чуть выше нуля. Возможно, самое главное, солнечный свет не проникает в самые глубокие океанические желоба, делая фотосинтез невозможным.

Давление

Давление на дне Бездны Челленджера, самого глубокого места на Земле, составляет около 12 400 тонн на квадратный метр (8 тонн на квадратный дюйм).Крупные океанические животные, такие как акулы и киты, не могут жить на этой сокрушительной глубине.

Многие организмы, которые процветают в такой среде с высоким давлением, не имеют наполненных газом органов, таких как легкие. Эти организмы, многие из которых связаны с морскими звездами или желе, состоят в основном из воды и студенистого материала, который не так легко раздавить, как легкие или кости. Многие из этих существ перемещаются на глубинах достаточно хорошо, чтобы даже совершать вертикальные миграции на расстояние более 1000 метров (3281 фут) от дна траншеи — каждый день.

Даже рыба в глубоких траншеях студенистая. Например, на дне Марианской впадины обитает несколько видов луковичных моллюсков. Тела этих рыбок сравнивают с папиросной бумагой.

Темный и глубокий

Более мелкие океанические траншеи имеют меньшее давление, но все же могут выходить за пределы фотической или солнечной зоны, где свет проникает в воду.

Многие виды рыб приспособились к жизни в этих темных океанских желобах. Некоторые используют биолюминесценцию, что означает, что они излучают свой собственный «живой свет», чтобы привлечь добычу, найти помощника или отпугнуть хищника. Например, удильщик использует биолюминесцентный нарост на макушке головы (называемый эска), чтобы заманить добычу. Затем удильщик хватает рыбку своими огромными зубастыми челюстями.

Пищевые сети

Без фотосинтеза морские сообщества в основном полагаются на два необычных источника питательных веществ.

Первый — «морской снег».«Морской снег — это постоянное падение органических веществ из более высоких слоев водной толщи. Морской снег состоит в основном из детрита, включая экскременты и останки мертвых организмов, таких как водоросли или рыба. Этот богатый питательными веществами морской снег служит пищей для таких животных, как морские огурцы и кальмары-вампиры.

Другой источник питательных веществ для пищевых сетей океан-траншеи — это не фотосинтез, а хемосинтез. Хемосинтез — это процесс, при котором продуценты в океанской желобе, такие как бактерии, превращают химические соединения в органические питательные вещества.Химические соединения, используемые в хемосинтезе, представляют собой метан или углекислый газ, выбрасываемые из гидротермальных источников и холодных выходов, которые выбрасывают эти токсичные горячие газы и жидкости в холодную океанскую воду. Одно из распространенных животных, питающихся хемосинтезирующими бактериями, — это гигантский трубчатый червь.

Исследование траншей

Океанские желоба остаются одним из самых неуловимых и малоизвестных морских мест обитания. До 1950-х годов многие океанологи считали эти траншеи неизменной средой, почти лишенной жизни.Даже сегодня большинство исследований океанских желобов основывается на образцах морского дна и фотографических экспедициях.

Это медленно меняется, поскольку исследователи буквально погружаются в глубины. Глубина Челленджера расположена на дне Марианской впадины, глубоко в Тихом океане недалеко от острова Гуам. Глубину Челленджера, самую глубокую океанскую траншею в мире, посетили всего три человека: совместная франко-американская команда (Жак Пиккар и Дон Уолш) в 1960 году и резидент National Geographic Explorer Джеймс Кэмерон в 2012 году.(Две другие беспилотные экспедиции также исследовали Глубину Челленджера.)

Инженерные подводные аппараты для исследования океанских желобов представляют собой огромный набор уникальных задач. Подводные аппараты должны быть невероятно прочными и устойчивыми, чтобы противостоять сильным океанским течениям, отсутствию видимости и сильному давлению Марианской впадины. Еще сложнее спроектировать подводный аппарат для безопасной перевозки людей, а также хрупкого оборудования. Подводная лодка, доставившая Пикара и Уолша в Глубину Челленджера, замечательная Trieste , была необычным судном, названным батискафом.

Подводный аппарат Кэмерона Deepsea Challenger успешно решал инженерные задачи инновационными способами. Для борьбы с глубоководными течениями субмарина была разработана с возможностью медленного вращения при спуске. Свет на субмарине был не лампами накаливания или люминесцентными лампами, а массивом крошечных светодиодов, которые освещали площадь около 30 метров (100 футов). Чтобы приспособиться к давлению на глубине, переводник имел форму сферы — стенки квадратного или цилиндрического сосуда должны были быть как минимум в три раза толще, чтобы избежать раздавливания.Топливо субмарины было дополнено морской водой, чтобы масло не сжималось. Пожалуй, наиболее поразительно то, что сам Deepsea Challenger был разработан для сжатия. Кэмерон и его команда создали синтаксическую пену на основе стекла, которая позволяла транспортному средству сжиматься под давлением океана — Deepsea Challenger вернулся на поверхность на 7,6 сантиметра (3 дюйма) меньше, чем при спуске.

Марианская впадина: самые глубокие глубины

Марианская впадина — это желоб в форме полумесяца в западной части Тихого океана, к востоку от Марианских островов недалеко от Гуама. Район, окружающий траншею, примечателен множеством уникальных природных условий. Марианская впадина содержит самые глубокие известные точки на Земле, жерла с пузырями жидкой серы и углекислого газа, активные грязевые вулканы и морские обитатели, адаптированные к давлению, в 1000 раз превышающему уровень моря.

Глубина Челленджера в южной части Марианской впадины (иногда называемой Марианской впадиной) — самое глубокое место в океане. Его глубину трудно измерить с поверхности, но по современным оценкам она составляет менее 1000 футов (305 метров).

В 2010 году Глубина Челленджера была привязана к глубине 36 070 футов (10 994 м), как было измерено с помощью звуковых импульсов, посланных через океан во время исследования 2010 года, проведенного Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA).

В 2012 году кинорежиссер и исследователь глубоководья Джеймс Кэмерон спустился на дно Бездны Челленджера, ненадолго достигнув высоты 35 756 футов (10 898 м) во время экспедиции 2012 года. Но он мог пойти немного глубже. Картирование морского дна с высоким разрешением, опубликованное в 2014 году исследователями из Университета Нью-Гэмпшира, показало, что глубина Челленджера находится на глубине 36 037 футов (10 984 м).

Второе по глубине место океана также находится в Марианской впадине. Глубина Сирены, расположенная в 124 милях (200 км) к востоку от Глубины Челленджера, представляет собой синяк глубиной 35 462 футов (10 809 м).

Для сравнения, гора Эверест находится на высоте 29 026 футов (8848 м) над уровнем моря, что означает, что самая глубокая часть Марианской впадины на 7 044 фута (2147 м) глубже, чем высота Эвереста.

Охраняемая территория

Длина Марианской впадины составляет 1 580 миль (2542 км), что более чем в пять раз превышает длину Гранд-Каньона.Однако ширина узкой траншеи составляет всего 43 мили (69 км).

Поскольку Гуам является территорией США, а 15 Северных Марианских островов входят в Содружество США, Соединенные Штаты обладают юрисдикцией над Марианской впадиной. В 2009 году президент Джордж Буш учредил Морской национальный памятник Марианской впадины, который создал охраняемый морской заповедник на территории около 195 000 квадратных миль (506 000 квадратных километров) морского дна и вод, окружающих отдаленные острова. Он включает большую часть Марианской впадины, 21 подводный вулкан и территории вокруг трех островов.

Как образовался желоб

Марианский желоб образовался в результате процесса, происходящего в зоне субдукции, где сталкиваются две массивные плиты океанической коры. В зоне субдукции один кусок океанической коры выталкивается и вытягивается под другой, погружаясь в мантию Земли, слой под корой. Там, где два куска корки пересекаются, над изгибом опускающейся коры образуется глубокая траншея. В этом случае кора Тихого океана прогибается ниже филиппинской коры.[Инфографика: от самой высокой горы до глубочайшей океанской впадины]

Тихоокеанской коре, также называемой тектонической плитой, около 180 миллионов лет, когда она ныряет в желоб. Филиппинская плита моложе и меньше Тихоокеанской плиты.

«В зонах субдукции холодная плотная кора опускается обратно в мантию и разрушается», — сказал Николас ван дер Элст, сейсмолог обсерватории Земли Ламонта Доэрти Колумбийского университета в Палисейдсе, штат Нью-Йорк.

Несмотря на всю глубину траншеи, это не самое близкое к центру Земли место.Поскольку планета выпячивается на экваторе, радиус на полюсах примерно на 16 миль (25 км) меньше, чем радиус на экваторе. Таким образом, части морского дна Северного Ледовитого океана находятся ближе к центру Земли, чем Глубина Челленджера.

Давление воды на дно траншеи превышает 8 тонн на квадратный дюйм (703 килограмма на квадратный метр). Это более чем в 1000 раз превышает давление, ощущаемое на уровне моря, или эквивалент 50 гигантских реактивных двигателей, сброшенных на человека.

Марианская впадина расположена в западной части Тихого океана.(Изображение предоставлено: www. freeworldmaps.net)

Необычные вулканы

Цепь вулканов, возвышающихся над океанскими волнами и образующих Марианские острова, отражает дугу Марианской впадины в форме полумесяца. Между островами много странных подводных вулканов.

Например, подводный вулкан Эйфуку извергает жидкий углекислый газ из гидротермальных источников, похожих на дымовые трубы. Температура жидкости, выходящей из этих дымоходов, составляет 217 градусов по Фаренгейту (103 градуса по Цельсию). На подводном вулкане Дайкоку ученые обнаружили лужу расплавленной серы на глубине 1345 футов (410 м) под поверхностью океана, чего больше нигде на Земле не видели.

Жизнь в окопе

Недавние научные экспедиции обнаружили удивительно разнообразную жизнь в этих суровых условиях. «Животные, живущие в самых глубоких частях Марианской впадины, выживают в полной темноте и сильном давлении», — сказала Наташа Галло, докторант Океанографического института Скриппса, которая изучает видеозаписи экспедиции Кэмерона 2012 года.

Еда в Марианской впадине крайне ограничена, потому что глубокое ущелье находится далеко от суши.По словам Галло, листья, кокосы и деревья редко попадают на дно траншеи, и мертвый планктон, опускающийся с поверхности, должен упасть на тысячи футов, чтобы достичь Челленджера. Вместо этого некоторые микробы полагаются на химические вещества, такие как метан или сера, в то время как другие существа поедают морскую жизнь ниже по пищевой цепочке.

Три наиболее распространенных организма на дне Марианской впадины — это ксенофиофоры, амфиподы и небольшие морские огурцы (голотурии), сказал Галло.

Одноклеточные ксенофиофоры напоминают гигантских амеб, они питаются, окружая и поглощая пищу.Амфиподы — это блестящие, похожие на креветок падальщики, обычно встречающиеся в глубоководных желобах. Голотурии могут быть новым видом причудливых полупрозрачных морских огурцов.

«Это одни из самых глубоких голотурий, когда-либо наблюдавшихся, и их было относительно много», — сказал Галло.

Ученые также идентифицировали более 200 различных микроорганизмов в иле, собранном из Глубины Челленджера. Грязь была доставлена ​​в лаборатории на суше в специальных канистрах и тщательно хранится в условиях, имитирующих сокрушительный холод и давление.[Видео: Погружение в глубину: виртуальный тур по Марианской впадине]

Во время экспедиции Кэмерона в 2012 году ученые также обнаружили микробные маты в Глубине Сирены, зоне к востоку от Глубины Челленджера. Эти скопления микробов питаются водородом и метаном, выделяемыми в результате химических реакций между морской водой и камнями.

Однако обманчиво уязвимая рыба здесь не только как дома, но и является одним из главных хищников региона. В 2017 году ученые сообщили, что они собрали экземпляры необычного существа, получившего название марианской улитки, которое обитает на глубине около 26 200 футов (8 000 м).Маленькое розовое бесчешуйное тело рыбы-улитки вряд ли способно выжить в такой суровой среде, но эта рыба полна сюрпризов, сообщили исследователи в новом исследовании. Похоже, что животное доминирует в этой экосистеме, погружаясь глубже любой другой рыбы и используя отсутствие конкурентов, поедая многочисленную добычу беспозвоночных, населяющих траншею, пишут авторы исследования.

Загрязнение на глубине

К сожалению, глубина океана действует как потенциальный сток для выброшенных загрязнителей и мусора.В недавнем исследовании исследовательская группа под руководством Университета Ньюкасла показывает, что химические вещества, созданные человеком, которые были запрещены в 1970-х годах, все еще скрываются в самых глубоких частях океана.

При отборе проб амфипод (креветкообразных ракообразных) из траншей Мариана и Кермадек исследователи обнаружили чрезвычайно высокие уровни стойких органических загрязнителей (СОЗ) в жировых тканях организмов. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Ecology & Evolution, в их число входят полихлорированные бифенилы (ПХД) и полибромированные дифениловые эфиры (ПБДЭ), химические вещества, обычно используемые в качестве электрических изоляторов и антипиренов. Эти СОЗ попали в окружающую среду в результате промышленных аварий и утечек на свалках с 1930-х до 1970-х годов, когда они были окончательно запрещены.

«Мы по-прежнему думаем о глубинах океана как об этом отдаленном и нетронутом царстве, защищенном от воздействия человека, но наши исследования показывают, что, к сожалению, это не может быть дальше от истины», — сказал ведущий автор Алан Джеймисон из Университета Ньюкасла в пресс-релиз

Фактически, амфиподы в исследовании имели уровни загрязнения, аналогичные тем, которые были обнаружены в заливе Суруга, одной из наиболее загрязненных промышленных зон северо-западной части Тихого океана.

Поскольку СОЗ не могут разлагаться естественным путем, они сохраняются в окружающей среде в течение десятилетий, достигая дна океана в виде зараженного пластикового мусора и мертвых животных. Затем загрязнители переносятся от существа к существу через пищевую цепочку океана, что в конечном итоге приводит к химическим концентрациям, намного превышающим уровень загрязнения на поверхности.

«Тот факт, что мы обнаружили такие экстраординарные уровни этих загрязнителей в одной из самых отдаленных и недоступных сред обитания на Земле, действительно демонстрирует долгосрочное разрушительное воздействие, которое человечество оказывает на планету», — сказал Джеймисон в пресс-релизе.

Исследователи говорят, что следующим шагом будет понимание последствий этого загрязнения и его воздействия на экосистему в целом.

Люди и траншея

  • В 1875 году во время глобального кругосветного плавания корабль HMS Challenger открыл траншею с использованием недавно изобретенного оборудования для зондирования.
  • В 1951 году траншею снова пробил HMS Challenger II. Challenger Deep был назван в честь двух судов.
  • В 1960 году «глубоководная лодка» по имени Батискаф Триест достигла дна Челленджера.Это было первое судно, которым управляли лейтенант ВМС США Дон Уолш и швейцарский ученый Жак Пиккар.
  • В 1995 году японская беспилотная подводная лодка Kaiko собрала образцы и полезные данные из траншеи.
  • В 2009 году Соединенные Штаты отправили гибридный дистанционно управляемый автомобиль Nereus на дно Challenger Deep. Автомобиль оставался на морском дне почти 10 часов.
  • В 2012 году Кэмерон пилотировал Deepsea Challenger и достиг морского дна, но не смог сделать никаких фотографий из-за утечки гидравлической жидкости.Позже подводная лодка была передана в дар океанографическому институту Вудс-Хоул.

— Дополнительный отчет Элизабет Дорер и Трейси Педерсен, участников LiveScience

Электронная почта Бекки Оскин или подпишитесь на нее @beckyoskin . Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

Самая глубокая часть океана

Карта Марианской впадины: Карта, показывающая географическое положение Марианской впадины в Тихом океане.Изображение из Справочника ЦРУ.

Измерение самой большой глубины океана

Глубина Челленджера в Марианской впадине — самая глубокая из известных точек в океанах Земли. В 2010 году Центр картографирования побережья и океана США измерил глубину Глубины Челленджера на 10 994 метра (36 070 футов) ниже уровня моря с расчетной точностью по вертикали ± 40 метров. Если гора Эверест, самая высокая гора на Земле, были размещены в этом месте, он будет покрыт более чем одной милей воды.

Первые измерения глубины в Марианской впадине были выполнены британским исследовательским судном HMS Challenger, которое в 1875 году использовалось Королевским флотом для проведения исследований в траншее. Наибольшая глубина, которую они зафиксировали в то время, составляла 8 184 метра (26 850 футов).

В 1951 году другое судно Королевского флота, также названное «HMS Challenger», вернулось в этот район для дополнительных измерений. Они обнаружили даже более глубокое место с глубиной 10 900 метров (35 760 футов), определенное эхолотом.Глубина Челленджера была названа в честь корабля Королевского флота, который производил эти измерения.

В 2009 году гидролокатор, выполненный исследователями на борту космического корабля «Кило Моана», управляемого Гавайским университетом, определил, что глубина составляет 10 971 метр (35 994 фута) с потенциальной ошибкой ± 22 метра. Последнее измерение, проведенное в 2010 году, — глубина 10 994 метра (точность ± 40 метров), указанная в верхней части этой статьи, была измерена Центром картографирования прибрежных районов и океана США.

Карта Challenger Deep: Карта с указанием местоположения Challenger Deep на южной оконечности Марианской впадины, к югу от Гуама. Изображение NOAA изменено Kmusser и используется здесь под лицензией GNU Free Document License.

Исследование Глубины Челленджера

Глубина Челленджера была впервые исследована людьми, когда Жак Пикар и Дон Уолш спустились в батискаф Триеста в 1960 году. Они достигли глубины 10916 метров (35 814 футов).

В 2009 году исследователи из Океанографического института Вудс-Хоул завершили самое глубокое погружение на беспилотном роботизированном транспортном средстве в Глубине Челленджера. Их роботизированный автомобиль Nereus достиг глубины 10 902 метра.

, Землетрясение в Марианской впадине: Карта, показывающая местоположение впадины Челленджера, эпицентра землетрясения в апреле 2016 года, а также направления относительного движения Тихоокеанской и Филиппинской плит. Карта USGS с аннотациями по геологии.com.

Подводный вулканический канал: По мере того, как Тихоокеанская плита вдавливается в мантию и нагревается, вода в отложениях улетучивается, а при плавлении базальта плиты выделяются газы. Эти газы мигрируют на поверхность, образуя ряд вулканических жерл на дне океана. На этой фотографии показаны выходящие газы и пузырьки, движущиеся к поверхности и расширяющиеся по мере подъема. Изображение NOAA.

Землетрясения в Марианской впадине

Марианский желоб расположен вдоль границы плит между Филиппинской и Тихоокеанской плитами.Тихоокеанская плита находится на восточной и южной сторонах этой границы, а Филиппинская плита — на западной и северной сторонах этой границы.

Обе эти плиты движутся в северо-западном направлении, но Тихоокеанская плита движется быстрее, чем Филиппинская плита. Движение этих плит создает сходящуюся границу плит, потому что большая скорость Тихоокеанской плиты заставляет ее сталкиваться с Филиппинской плитой. Это столкновение создает зону субдукции в Марианской впадине, когда Тихоокеанская плита опускается в мантию и под Филиппинскую плиту.

Это столкновение происходит с переменной скоростью вдоль изогнутой границы пластин, но среднее относительное движение находится в диапазоне десятков миллиметров в год. Периодические землетрясения происходят вдоль этой границы плиты, потому что спуск Тихоокеанской плиты в мантию не является плавным и равномерным. Вместо этого пластины обычно застревают из-за накопления давления, но с внезапным скольжением, когда пластины перемещаются от нескольких миллиметров до нескольких метров за раз. Когда плиты скользят, возникают вибрации, которые проходят через земную кору как волны землетрясений.

Когда Тихоокеанская плита опускается в мантию, она нагревается за счет трения и геотермального градиента. На глубине около 100 миль породы нагреваются до точки, при которой некоторые минералы начинают плавиться. Это плавление производит магму, которая поднимается к поверхности из-за ее более низкой плотности. Когда магма достигает поверхности, происходят извержения вулканов. Эти извержения сформировали дугу острова Мариана.

Инструментарий экологической экспертизы

Информационный бюллетень — Инфильтрационная траншея

Инфильтрационная траншея — это выкопанная траншея, облицованная и засыпанная камнем для образования подземного бассейна.Ливневые стоки отводятся в траншею и хранятся до тех пор, пока они не проникнут в почву, обычно в течение нескольких дней. Инфильтрационные траншеи — это легко адаптируемые BMP, а наличие множества практичных конфигураций делает их идеальными для небольших (менее 4 га [10 акров]) городских дренажных территорий, таких как ультра-городские объекты. Инфильтрационные траншеи могут быть как оперативными, так и автономными системами. Они наиболее эффективны и имеют более длительный жизненный цикл, если в их конструкцию включен какой-либо тип предварительной обработки.Предварительная обработка может включать такие методы, как фильтрующие полосы с растительностью или травянистые валы.

Инфильтрационные траншеи обеспечивают большую часть обработки с помощью процессов, связанных с инфильтрацией почвы, которые включают сорбцию, осаждение, улавливание, фильтрацию и бактериальную деградацию. О том, что почвы, окружающие канавы для инфильтрации, являются эффективными фильтрами, лучше всего свидетельствует их склонность к засорению, если они сильно загружены маслом, жиром и отложениями. Степень сорбции и фильтрации зависит от типа почвы; например, высокопроницаемые почвы (т.е. песчаные почвы) обычно имеют низкую катионообменную емкость (CEC, или способность улавливать положительно заряженные загрязнители). Однако при использовании инфильтрационной траншеи мелкий материал, взвешенный в ливневой воде, улавливается естественной почвой, создавая более эффективную фильтрующую матрицу и увеличивая удаление загрязняющих веществ. Основываясь на ограниченной доступной информации о химических / биологических изменениях в почвах, окружающих инфильтрационные траншеи, взаимодействие между почвой и ливневыми водами является сложным и зависит от конкретного места.Трудно сделать обобщения относительно степени, в которой почвы функционируют аэробно или анаэробно.

Применяемость

Инфильтрационные траншеи подходят для использования в городских условиях, особенно в подземных сооружениях, покрытых решеткой или тротуаром (рис. 3). Практически вся поверхность над подземной инфильтрационной траншеей может использоваться как парковка или общественные места. К сожалению, подземные инфильтрационные траншеи — это относительно дорогие BMP; расходы связаны со строительством подземного хранилища, которое необходимо разместить среди других подземных коммуникаций.Конструкции наземных траншей могут быть умеренно дорогими ЛМУ, и их легче построить и эксплуатировать, но они требуют больших площадей, потому что они обычно сочетаются с интенсивной предварительной обработкой площади, такой как фильтрующие полосы для травы (рис. 4). Конструкции траншей для поверхностной инфильтрации лучше подходят для придорожных применений, где пространство не так важно.

Рис. 3. Подземная траншея с масляно-песчаной камерой (адаптировано из Schueler, 1987)

На рисунках 3 и 4 показаны только две из многих возможных конфигураций.Обе эти конфигурации иллюстрируют основные конструктивные особенности, которые включают предварительную обработку стока для минимизации нагрузки наносами, накопление ливневых вод в подповерхностной траншее, заполненной камнем, и сброс всей уловленной ливневой воды в нижележащие слои грунта.

Рис. 4. Конструкция траншеи со средней полосой (адаптировано из Schueler, 1987)

Обе конфигурации, показанные на рисунках 3 и 4, представляют собой законченные конструкции траншей или конструкции, отводящие всю очищенную ливневую воду в высокопроницаемую нижележащую траншею для грунта.Если полная конструкция траншеи нежелательна или неосуществима, можно использовать частичную конструкцию траншеи для просачивания только части ливневых стоков. Конструкции частичных траншей могут включать в себя дренажную систему, размещенную на несколько футов ниже перевернутой стены, чтобы задерживать выходящие ливневые воды. Такой подход позволяет закладывать траншею там, где есть относительно непроницаемые почвы или ограничивающий слой почвы. В качестве альтернативы, частичная конструкция траншеи может включать сливную трубу, которая ограничивает глубину хранения в траншее и направляет все излишки ливневой воды к выпускному отверстию.Основное преимущество этой конструкции заключается в том, что она позволяет отводить большие потоки, и, если почва забивается, ливневые воды все еще могут отводиться. Частичные траншеи также могут использоваться как автономные сооружения и могут быть легко заменены на существующие подземные ливневые стоки.

Эффективность

Для траншей для инфильтрации эффективность зависит исключительно от количества проникшей ливневой воды; то есть, единственные необработанные загрязнители — это те, которые связаны с ливневыми водами, которые минуют траншею и не проникают внутрь.Загрязняющие вещества, сбрасываемые в поверхностные водоносные горизонты подземных вод, обычно не учитываются в отчетных показателях удаления. Прогнозируемая скорость съема, представленная для двух различных конструкций, показана в Таблице 7.

В изменчивом климате суровые зимние температуры могут заморозить воду в инфильтрационных траншеях и лишить траншеи способности накапливать и просачивать воду. Рекомендуется получить информацию о глубине промерзания почвы и расположить траншею ниже этой глубины.

Рекомендации по размещению и дизайну

Для большинства городских районов проектировщики должны искать почвы с высокой степенью просачивания ниже предлагаемого переворота траншеи, поверхностные водоносные горизонты подземных вод, которые не используются для питьевых целей, и достаточный зазор над коренной породой. Был дан ряд рекомендаций относительно минимальной проницаемости почвы вокруг инфильтрационной траншеи; некоторые предлагают минимальную скорость инфильтрации 12,7 мм / ч (0,5 дюйма / ч) (Yu and Kaighn, 1992; Schueler et al., 1992), но некоторые штаты принимают минимальные значения 6,9 мм / ч (0,27 дюйма / ч) (MDE, 1986). Минимальные скорости инфильтрации от 6,9 до 12,7 мм / ч (от 0,27 до 0,50 дюйма / ч) обычно связаны с суглинистыми песками, супесями, суглинками и илистыми суглинками; тем не менее, скорость инфильтрации для конкретного участка зависит не только от текстуры почвы. Рекомендуется измерять инфильтрацию на конкретном участке в почвах, расположенных ниже предполагаемого переворота инфильтрационной траншеи. Кроме того, следует исследовать почвы на глубину не менее 1.52 м (5 футов) ниже предлагаемого переворота, чтобы определить, есть ли какие-либо нижележащие непроницаемые слои почвы (глиняные линзы, фрагипаны или отстойники). Следует отметить, что урбанистические застройки часто размещаются на нарушенных вырубках / насыпях. Это значительно увеличивает важность тестирования на проникновение для конкретного сайта.

Конструкции

могут иметь размер, позволяющий управлять различными объемами стока для достижения конкретных целей по качеству и количеству воды. Мелкомасштабные установки могут быть спроектированы только для управления объемом первого смыва; эти конструкции иногда называют системами эксфильтрации качества воды.И наоборот, размер траншеи может быть увеличен, чтобы значительно снизить скорость стока после разработки и ограничить затопление.

Хотя размещение инфильтрационных траншей в грунтах с низкой проницаемостью вызывает сомнения, конструкции траншей можно использовать для работы в менее инфильтрирующих почвах, но площадь поверхности или размер траншеи могут стать чрезмерно большими. Проектировщикам следует учитывать, что переворот инфильтрационной траншеи должен находиться на высоте не менее 1,22 м (4 фута) над подстилающей коренной породой и не менее 1.От 22 до 2,44 м (от 4 до 8 футов) над сезонной высокой отметкой грунтовых вод (Yu and Kaighn, 1992). После выемки дно траншеи следует обработать ротором. Следует рассмотреть возможность добавления слоя песчаного фильтра на дно траншеи для облегчения движения воды между площадкой для хранения камня и земляным полотном. Проектировщики, рассматривающие использование инфильтрационных траншей, могут приблизительно оценить 121 м. 2 (1300 футов 2 ) площади дна траншеи (траншея глубиной 1,22 м [4 фута]) требуется для хранения 12.7 мм (0,5 дюйма) стока с непроницаемой зоны обслуживания площадью 0,4 га (1 акр). Кроме того, минимальное рекомендуемое время слива составляет 24 часа, а максимальное рекомендуемое время слива — 72 часа. Наконец, рекомендуется располагать траншеи с отступом не менее 3,05 м (10 футов) и 30,5 м (100 футов) при облагораживании любых зданий, а уклон грунта должен быть менее 20 процентов. Существует несколько хороших источников, доступных для подробного проектирования и строительных процедур и информации, в том числе Циркуляр 22 Руководства по проектированию городских дренажных систем по гидротехнике (Brown et al., 1996), Оценка и управление качеством сточных вод с автомагистралей (Янг и др., 1996) и Техническое обслуживание сооружений по управлению ливневыми водами (MDE, 1986).

Рекомендации по техническому обслуживанию

Если соответствующая предварительная обработка для удаления отложений не предусмотрена, ожидаемый срок службы инфильтрационной траншеи может составлять всего пять лет (Schueler et al., 1992) из-за засорения порового пространства и дна траншеи. Однако при надлежащем регулярном обслуживании траншея может прослужить 10 или 15 лет, прежде чем потребуется серьезная реабилитация траншеи (Schueler, 1987).После установки рекомендуется сначала проводить частые проверки, но их можно сократить до двух раз в год. Эти инспекции должны проверять уровни воды в канаве для инфильтрации, засорение входных и выходных отверстий и накопление осадка в установках предварительной обработки выше по потоку. Немедленное разрушение траншеи может произойти, если осадок не будет направлен в сторону от зоны траншеи во время строительства. Следовательно, перед строительством траншеи рекомендуется стабилизировать все участки выше по течению.

Отказ инфильтрационной траншеи определяется продолжающимся присутствием скопившейся воды через три дня после окончания дождя. Отказ этого типа приводит к удалению или замене части или всей засыпки горной породы. Стоимость реабилитации наземной инфильтрационной траншеи может оцениваться примерно в 20 процентов от первоначальных затрат на строительство, тогда как реабилитация подземной траншеи может превышать первоначальную стоимость строительства (Young et al., 1996). Очевидно, что правильное и регулярное обслуживание необходимо, чтобы избежать дорогостоящего восстановления траншеи.

Многочисленные конструктивные особенности могут упростить обслуживание. Пример включает размещение фильтрующей ткани поверх каменной среды, которую можно легко снять, когда она заполнена мусором.

Анализ затрат

Инфильтрационные траншеи наиболее рентабельны для небольших дренажных зон, где пространство ограничено, а объем водохранилища с качеством воды менее 280 м 3 (10 000 футов 3 или приблизительно 12,7 мм [0,5 дюйма] стока из 2 га [5 ак]).Стоимость строительства траншеи (в долларах 1995 г.) можно оценить с помощью следующего уравнения, где V — объем хранилища в кубических метрах (Young et al., 1996):

С = 1317,1 В 0,63

Эта оценка стоимости действительна только для траншей с объемом хранения порядка 280 м 3 (10 000 футов 3 ). Эта формула не включает стоимость специальных впускных отверстий или фильтров для травы для предварительной обработки стоков, но включает затраты на выемку грунта, засыпку, фильтровальную ткань, впускные и выпускные трубы и приспособления.

Список литературы

Браун, С.А., С.М. Штейн и Дж. К. Уорнер. 1996. Циркуляр руководства по проектированию городских дренажных систем по гидротехнике 22. FHWA-SA-96-078. Федеральное управление шоссейных дорог, Управление технологических приложений.

Департамент окружающей среды Мэриленда (MDE). 1986. Техническое обслуживание структур управления ливневыми водами: сводка по департаменту. Департамент окружающей среды штата Мэриленд, Отделение осадков и ливневых вод, Аннаполис, Мэриленд, и Департамент природных ресурсов Мэриленда, Управление водных ресурсов, Аннаполис, Мэриленд.

Schueler, T.R., P.A. Камбл и М.А.Герати. 1992. Текущая оценка лучших городских методов управления для снижения загрязнения из неточечных источников в прибрежной зоне. Совет правительства столичного Вашингтона, Департамент экологических программ, Группа восстановления Анакостии, Вашингтон, округ Колумбия.

Schueler, T.R. 1987. Контроль городского стока: Практическое руководство по планированию и проектированию городских ЛМУ. Совет правительств столичного Вашингтона, Вашингтон, округ Колумбия.

Янг, Г.К., С. Стейн, П. Коул, Т. Каммер, Ф. Грациано и Ф. Банк. 1996. Оценка и управление качеством сточных вод с автомагистралей. FHWA-PD-96-032. Федеральное управление автомобильных дорог, Управление окружающей среды и планирования.

Ю. С.Л., Р.Дж. Kaighn. 1992. Практическое руководство VDOT по планированию управления ливневыми водами. Федеральное управление шоссейных дорог, FHWA / VA-92-R13, Департамент транспорта Вирджинии, Совет транспортных исследований Вирджинии, Шарлоттсвилл, штат Вирджиния.

NOAA Ocean Explorer: Желоб Пуэрто-Рико: последствия для тектоники плит

Рисунок 1.Батиметрия северо-восточного угла Карибской плиты. Щелкните изображение, чтобы увеличить его и указать ссылку на изображение .


Ури тен Бринк, главный научный сотрудник
Геологическая служба США

Желоб Пуэрто-Рико — самая глубокая часть Атлантического океана с глубиной воды более 8 400 метров (рис. 1). Его глубина сопоставима с глубокими желобами Тихого океана. Желоба в Тихом океане расположены в местах, где одна тектоническая плита погружается или скользит под другую.Желоб Пуэрто-Рико, напротив, расположен на границе между двумя плитами, которые скользят мимо друг друга с небольшим компонентом субдукции. Желоб менее глубокий там, где компонент субдукции больше. Необычно глубокое морское дно не ограничивается траншеей, но простирается дальше на юг в сторону Пуэрто-Рико. Желоб Пуэрто-Рико также связан с самой отрицательной гравитационной аномалией на Земле, -380 миллиГал, что указывает на наличие активной нисходящей силы. Наконец, толстая известняковая платформа, которая первоначально была отложена плоскими слоями около уровня моря, теперь наклонена на север под одинаковым углом.Его северный край находится на глубине 4200 м, а южный край находится на суше в Пуэрто-Рико на высоте нескольких сотен метров. Было предложено множество тектонических моделей для объяснения этого геологически увлекательного, тектонически активного региона; однако ни один из них не получил признания, и этот регион остается плохо изученным, в основном потому, что его подводное положение затрудняет изучение.

Рис. 2. Местоположение землетрясений в зависимости от глубины и размера на северо-востоке Карибского моря. Щелкните изображение, чтобы увеличить его и указать ссылку на изображение .



Пуэрто-Рико, Виргинские острова к востоку от него и восточная Эспаньола к западу от него, расположены в активной пограничной зоне между Североамериканской плитой и северо-восточным углом Карибской плиты (рис. 1). Карибская плита имеет примерно прямоугольную форму и скользит на восток со скоростью около 2 см / год относительно Североамериканской плиты. Движение вдоль его северной границы (в зоне пограничной зоны плиты) является преимущественно сдвиговым (геологический разлом, в котором прилегающая поверхность движется горизонтально) с небольшой составляющей сокращения.Напротив, на своей восточной границе Карибский бассейн перекрывает Северо-Американскую плиту, создавая островную дугу Малых Антильских островов с ее действующими вулканами.

Геологические условия Пуэрто-Рико и Виргинских островов создали или способствовали возникновению ряда неотложных социальных проблем, связанных с безопасностью человека, здоровьем окружающей среды и экономическим развитием. На этих островах проживает более 4 миллионов граждан США, в основном вдоль побережья. Поскольку остров расположен на активной границе плит, землетрясения представляют собой постоянную угрозу, а густонаселенные прибрежные районы уязвимы для цунами.Эрозия является проблемой во многих прибрежных районах, но особенно серьезно для островных стран, которые в значительной степени зависят от туристической индустрии.

Рис. 3. Вероятность нарушения движения грунта в Сан-Хуане и Маягуэсе по сравнению с другими сейсмически опасными районами США (например, Сиэтл). Щелкните изображение, чтобы увеличить его и указать ссылку на изображение.


Рис. 4. Численное моделирование цунами 1918 года в Пуэрто-Рико, показывающее рассчитанное затопление побережья Агуадильи на северо-западе Пуэрто-Рико. Щелкните изображение, чтобы увеличить его и указать ссылку на изображение.


Регион отличается высокой сейсмичностью и сильными землетрясениями (рисунок 2). Примеры включают землетрясение магнитудой 7,5 к северо-западу от Пуэрто-Рико в 1943 году и землетрясения магнитудой 8,1 и 6,9 к северу от Эспаньолы в 1946 и 1953 годах соответственно. Исторически сложилось так, что другие сильные землетрясения также обрушились на этот район, например, одно в 1787 году (магнитудой ~ 8,1), возможно, в желобе Пуэрто-Рико, и одно в 1867 году (магнитудой ~ 7.5) в желобе Анегада (рисунок 1). Проект карты опасностей Геологической службы США (USGS) указывает на равную вероятность повреждения грунта для Маягуэса в западном Пуэрто-Рико и Сиэтла, штат Вашингтон. Другие города Пуэрто-Рико также подвержены значительному риску. Также очевидна опасность цунами. Сразу после землетрясения 1946 года цунами обрушилось на северо-восток Эспаньолы и продвинулось вглубь суши на несколько километров. По некоторым данным, утонули почти 1800 человек. Землетрясение 1918 магнитудой 7,5 привело к цунами, в результате которого погиб по меньшей мере 91 человек на северо-западе Пуэрто-Рико (рис. 4).В сообщениях очевидцев цунами 1867 года на Виргинских островах максимальная высота волны составила> 7 м в Фредерикстеде, Санта-Крус, где большое военное судно было оставлено на вершине пирса. По сути, все известные причины цунами присутствуют в Карибском бассейне — землетрясения, подводные оползни, подводные вулканические извержения, субаэральные пирокластические потоки в океан и крупные цунами, называемые телецунами. Из-за высокой плотности населения и обширной застройки вблизи побережья Пуэрто-Рико подвержен значительному риску землетрясений и цунами.

(верх)

Управление океанических исследований и исследований NOAA

  1. Дом
  2. Экспедиции
  3. 2016 Глубоководное исследование Марианских островов
  4. Фон
  5. Геология региона Марианской конвергентной плиты

В Марианской области так много интересных геологических особенностей, что эта местность похожа на парк развлечений для геологов.В этом регионе есть землетрясения, вулканы, гидротермальные источники, холодные выходы и самые большие грязевые вулканы на Земле. В этом регионе много крайностей: здесь находится самое глубокое место на планете (Глубина Челленджера в Марианской впадине на глубине 10916 метров или 35814 футов), необычайная активность вулканической дуги, включая подводные извержения, выброс жидкого углекислого газа, пруды расплавленной серы и гидротермальные источники, изобилующие экзотическими видами. Между Марианской впадиной и островными вулканами огромные грязевые вулканы открывают окно на границу между двумя тектоническими плитами, которые сталкиваются более 50 миллионов лет, и служат убежищем для уникальных сообществ организмов, которые процветают в самом экстремальном флюидном составе, зарегистрированном в океанах.По всем этим причинам этот район был объявлен национальным памятником, морским национальным памятником Марианской впадины.

Почему в этом уголке мира так много геологической активности? Это связано с тем, что тектонические плиты в одних областях сталкиваются, а в других расходятся, создавая самые разные среды, которые делают регион Мариан таким увлекательным местом для изучения.

Марианская впадина

Рис. 1: Поперечный разрез Марианской зоны субдукции, показывающий взаимосвязь между желобом, передней дугой, вулканической дугой и задней дугой. Изображение адаптировано из Hussong and Fryer, 1981. Загрузите увеличенную версию (jpg, 380 КБ).

В местах столкновения тектонических плит они образуют траншеи — самые глубокие места в Мировом океане. В траншее одна тектоническая плита («опускающаяся плита») погружается под другую («преобладающую плиту») в так называемой «зоне субдукции». Нисходящая плита изгибается и наклоняется вниз в мантию Земли, а граница между двумя плитами превращается в траншею (рис. 1).

Рис. 2: Карта, показывающая расположение Марианской впадины (белая пунктирная линия), вулканической дуги (желтая пунктирная линия), центра распространения задней дуги (красная линия) и остаточной дуги (черная пунктирная линия). Изображение любезно предоставлено Биллом Чедвиком. Загрузить изображение (jpg, 279 KB).

В Марианской впадине опускающаяся плита называется Тихоокеанской плитой, а преобладающая плита — Филиппинской морской плитой.Глубина Марианской впадины варьируется по ее длине. Там, где на Тихоокеанской плите в зоне субдукции присутствуют большие старые подводные горы, желоб более мелкий. Такие столкновения, связанные с погружением подводных гор, также вызывают подъем края доминирующей Филиппинской морской плиты.

В Марианской системе траншея изогнута на карте (см. Белую пунктирную линию на Рисунке 2). Фактические силы, контролирующие форму желоба, связаны с широким движением региональных плит.За свою историю, когда Тихоокеанская плита была погружена, она «откатывалась» на восток. Это означает, что траншея со временем переместилась на восток. Однако Марианская впадина «скована» как с севера, так и с юга из-за подавления субдукции из-за столкновения с плато Огасавара на севере и хребтом Кэролайн на юге. Вот почему Марианская система и ее самый молодой задуговый океанический бассейн имеют «банановую форму», вогнутую к западу.

Преддуга

Преддуга — это «музей» Марианских островов.Этот регион между желобом и вулканической дугой (рис. 3) сохраняет самые ранние свидетельства субдукции и всю историю трех эпизодов, когда система островной дуги была разорвана на части, когда желоб и вулканическая дуга двигались на восток и оставляли новые океанические бассейны задней дуги вслед за откатом Тихоокеанской плиты. Вся эта тектоническая активность привела к сильной деформации преддуги, поэтому большую ее часть пересекают разломы.

Рис. 3: Космический трехмерный вид Марианской области с морским дном, окрашенным в зависимости от глубины (фиолетовый = самая глубокая; красный = самый мелкий; зеленый = острова).Ярлыки показывают расположение желоба, передней дуги, вулканической дуги и задней дуги. Изображение любезно предоставлено Сьюзан Мерл. Скачать более крупную версию (jpg, 1,2 МБ).

Активный процесс субдукции продолжает влиять на музей и обновлять его. Нисходящая тектоническая плита может оставаться застрявшей под областью преддуги на месяцы, годы или десятилетия, поскольку зона субдукции между ними накапливает энергию столкновения. Когда напряжение становится слишком большим, пластины скользят по разлому контакта между ними, и происходит землетрясение.Такие землетрясения (например, землетрясение в Японии в 2011 году) могут вызвать разрушения и опасные цунами. Сильные землетрясения вызывают более мелкие афтершоки, а движение по уже существующим преддуговым разломам измельчает горные породы вдоль контактов разломов. Некоторые из этих разломов, по-видимому, прорезают всю кору и мантию преддуги, достигая глубины до 18 километров (почти 11 миль).

Рис. 4: Вид под углом обзора двух змеевидных грязевых вулканов в южной части Марианской преддуги.Вид с юго-востока на обратное рассеяние сонара (темный = неровное морское дно, свет = гладкое осажденное морское дно), наложенное на данные батиметрии. Интервал изолиний — 500 метров, аннотируется каждые 1000 метров. Вертикальное преувеличение = 5 раз. На изображении показаны северная и южная подводные горы Чаморро, потоки обломков из сектора обрушения подводной горы Южный Чаморро и уступы разломов возле желоба, который находится в правом нижнем углу изображения. Изображение любезно предоставлено Фрайером и др. 1999. Загрузить изображение (jpg, 68 KB).

На таких глубинах опускающаяся Тихоокеанская плита начала выделять флюиды по мере увеличения температуры и давления (по сути, это геологический процесс «дистилляции»). Флюиды поднимаются по глубоким разломам, реагируя с измельченной мантией преддуги, «гидратируя» минералы мантии (оливин и пироксен) и формируя минеральный серпентин. Образующийся серпентинит / жидкий ил менее плотен, чем окружающая порода, поэтому он поднимается на морское дно в передней части дуги, извергаясь с образованием грязевых вулканов размером до 50 километров (30 миль) в диаметре и 2000 метров (6562 фута) в высоту (Рис. 4).

Части опускающейся Тихоокеанской плиты также поднимаются в илах. Они исходят из зоны контакта между плитами, поэтому изучение этих материалов может рассказать нам об условиях, в которых происходят землетрясения. Жидкости этих грязевых вулканов образуют призрачные дымовые трубы. Эти просачивания имеют экстремальный химический состав, но они поддерживают уникальные биологические сообщества морского и подводного дна (рис. 5).

Ближе к действующей вулканической дуге находятся более крупные Марианские острова Гуам, Рота, Тиниан и Сайпан.Все они представляют собой приподнятые части Марианской преддуги, в основном морские рифы, осадки и старые вулканические отложения, которые поднялись вверх по мере того, как окружающее морское дно ускользнуло от них по разломам, разгружающим края островов под тяжестью этого материала. Геологи называют это «поднятием ступенек».

Рис. 5: Фотография морского дна в районе вершины подводной горы Южный Чаморро, на которой видна рука манипулятора Шиллинга подводного аппарата JAMSTEC Shinkai 6500, позволяющая отбирать образцы мидий на участке выхода.Также в кадре брюхоногие моллюски, трубочники и краб. Изображение предоставлено подводным аппаратом JAMSTEC Shinkai 6500. Скачать более крупную версию (jpg, 3,9 МБ).

Вулканическая дуга

По мере того, как опускающаяся плита погружается еще глубже в мантию Земли, продолжающие выделяться флюиды вызывают таяние в окружающей горячей мантии на глубинах от 70 до 100 километров (от 42 до 60 миль). Это генерирует магму (расплавленную породу), которая поднимается к поверхности и питает цепь вулканов примерно в 200 километрах (124 милях) к западу от траншеи и параллельно ей (см. Желтую пунктирную линию на Рисунке 2).Эта цепь называется вулканической дугой.

Действующие вулканы Марианской дуги в основном представляют собой подводные горы (подводные вулканы) с вершинами, которые находятся всего на несколько сотен метров (<1000 футов) ниже поверхности океана, и только девять из них достаточно высоки, чтобы образовывать острова. Многие из них расположены вдоль цепи с самым большим вулканом, расположенным дальше на восток. Они составляют так называемый вулканический «фронт».

У большинства фронтальных вулканов также есть цепочка дополнительных вулканов, лежащих на линии к западу.Что интересно в этих вулканах с перекрестными цепями, так это то, что все они могут быть активными одновременно. По-видимому, дуговая магма может просачиваться в задуговую область из источника дуговой магмы.

Гидротермальные жерла на вершинах дуговых вулканов имеют большое разнообразие экосистем, сложную и чрезвычайно изменчивую (как в пространстве, так и во времени) структуру и химический состав.

Задняя дуга

В некоторых зонах субдукции, таких как система Мариана, где действуют сильные силы отката, преобладающая плита находится под напряжением.Вулканическая дуга — самое слабое место, потому что она более теплая и более «хрупкая», поэтому дуга обычно начинает разрушаться. Каждый раз, когда Марианская вулканическая дуга разрушалась, кора и верхняя мантия разрушались, становились все тоньше и начинали опускаться. В этот момент начал формироваться океанический бассейн между все еще активным вулканическим фронтом на востоке и тем, что в конечном итоге стало неактивной остаточной дугой на западе (см. Черную пунктирную линию на Рисунке 2).

Во время этой первой стадии распада рассеянный вулканизм может возникать на вновь формирующемся дне океанического бассейна, но через несколько миллионов лет вулканизм становится более организованным в серию центральных сегментов распространения морского дна (см. Красные линии на Рисунке 2). ).

Вулканизм на этих участках создает новую океаническую кору, состав которой отличается от состава вулканической дуги. Из-за концентрированной вулканической активности вдоль спрединговых сегментов задней дуги гидротермальные жерла имеют тенденцию сосредотачиваться вдоль них. В отличие от неглубоких гидротермальных систем на дуговых и поперечно-цепочечных вулканах, места истечения на сегментах центра спрединга задней дуги более глубокие (3000-5000 метров или 10000-16000 футов) и имеют другую геологическую и химическую среду и очень разные жерловые экосистемы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *