تدفق الحطام

تُعدّ تدفقات الحطام ظاهرة جيولوجية تتدفق فيها كتلٌ من التربة والصخور المتفتتة المحملة بالماء أسفل سفوح الجبال، وتتجمع في قنوات الأنهار ، وتجرف معها الأجسام في مسارها، مُشكّلةً رواسب طينية سميكة في قيعان الوديان. تتميز هذه التدفقات عمومًا بكثافة مماثلة لكثافة الانهيارات الصخرية وأنواع الانهيارات الأرضية الأخرى (حوالي 2000 كيلوغرام لكل متر مكعب)، ولكن نظرًا لانتشار تسييل الرواسب الناتج عن ارتفاع ضغط السوائل المسامية ، فإنها تتدفق بسيولة تُضاهي سيولة الماء تقريبًا. [ 2 ] تصل سرعة تدفقات الحطام الهابطة في القنوات شديدة الانحدار عادةً إلى أكثر من 10 أمتار في الثانية (36 كيلومترًا في الساعة)، على الرغم من أن بعض التدفقات الكبيرة قد تصل إلى سرعات أكبر بكثير. وتكثر تدفقات الحطام التي يصل حجمها إلى حوالي 100,000 متر مكعب في المناطق الجبلية حول العالم. وقد بلغ حجم أكبر تدفقات ما قبل التاريخ أكثر من مليار متر مكعب (أي كيلومتر مكعب واحد). نتيجة لتركيزات الرواسب العالية وقدرتها على الحركة، يمكن أن تكون تدفقات الحطام مدمرة للغاية.
شهدت كوارث تدفق الحطام البارزة في القرن العشرين أكثر من 20 ألف قتيل في أرميرو، كولومبيا ، عام 1985 وعشرات الآلاف في ولاية فارغاس ، فنزويلا ، عام 1999.
الخصائص والسلوك
تتميز تدفقات الحطام بتركيزات رسوبية حجمية تتجاوز 40 إلى 50%، ويتكون الجزء المتبقي من حجم التدفق من الماء. ويشمل مصطلح "الحطام" حبيبات رسوبية بأشكال وأحجام متنوعة، تتراوح عادةً من جزيئات طينية مجهرية إلى صخور ضخمة . غالبًا ما تستخدم التقارير الإعلامية مصطلح "التدفق الطيني " لوصف تدفقات الحطام، لكن التدفقات الطينية الحقيقية تتكون في الغالب من حبيبات أصغر من الرمل . على سطح الأرض، تُعد التدفقات الطينية أقل شيوعًا بكثير من تدفقات الحطام. ومع ذلك، تنتشر التدفقات الطينية تحت الماء على هوامش القارات البحرية ، حيث قد تُسبب تيارات عكارة . يمكن أن تحتوي تدفقات الحطام في المناطق الحرجية على كميات كبيرة من الحطام الخشبي مثل جذوع الأشجار. تختلف فيضانات المياه الغنية بالرواسب، والتي تتراوح تركيزات المواد الصلبة فيها من 10 إلى 40%، نوعًا ما عن تدفقات الحطام، وتُعرف باسم الفيضانات شديدة التركيز . [ 3 ] تحتوي تدفقات الجداول العادية على تركيزات أقل من الرواسب.
يمكن أن تنجم تدفقات الحطام عن هطول أمطار غزيرة أو ذوبان الثلوج، أو عن انهيار السدود أو فيضانات الأنهار الجليدية، أو عن الانهيارات الأرضية التي قد تكون مصحوبة أو غير مصحوبة بأمطار غزيرة أو زلازل. في جميع الحالات، تشمل الشروط الرئيسية اللازمة لبدء تدفق الحطام وجود منحدرات تزيد انحدارها عن 25 درجة تقريبًا ، وتوفر كميات وفيرة من الرواسب السائبة أو التربة أو الصخور المتجوّية، وكمية كافية من الماء لتشبع هذه المواد السائبة تقريبًا (مع امتلاء جميع المسامات). قد تكون تدفقات الحطام أكثر تواترًا بعد حرائق الغابات والأحراش، كما يتضح من تجربة جنوب كاليفورنيا. وهي تشكل خطرًا كبيرًا في العديد من المناطق الجبلية شديدة الانحدار، وقد حظيت باهتمام خاص في اليابان والصين وتايوان والولايات المتحدة الأمريكية وكندا ونيوزيلندا والفلبين وجبال الألب الأوروبية وروسيا وكازاخستان. في اليابان، يُطلق على تدفق الحطام أو الانهيار الأرضي الكبير اسم "ياما تسونامي" (山津波)، أي حرفيًا " تسونامي الجبل" .
تتسارع تدفقات الحطام بفعل الجاذبية نحو الأسفل، وتميل إلى اتباع قنوات جبلية شديدة الانحدار تصب في مراوح طميية أو سهول فيضية . غالبًا ما تحتوي مقدمة تدفق الحطام، أو "رأسه"، على كميات وفيرة من المواد الخشنة كالصخور الكبيرة وجذوع الأشجار، مما يُكسبه احتكاكًا كبيرًا . وخلف مقدمة التدفق ذات الاحتكاك العالي، يوجد جسم تدفق ذو احتكاك أقل، وهو في معظمه سائل، ويحتوي على نسبة أعلى من الرمل والطمي والطين . تساعد هذه الرواسب الدقيقة على الاحتفاظ بضغوط عالية لسائل المسام، مما يُعزز حركة تدفق الحطام. في بعض الحالات، يتبع جسم التدفق ذيل أكثر سيولة يتحول إلى تدفق نهري شديد التركيز. تميل تدفقات الحطام إلى التحرك في سلسلة من النبضات، أو دفعات منفصلة، حيث تتميز كل نبضة أو دفعة برأس وجسم وذيل مميزين.
تُعدّ رواسب التدفقات الطينية ظاهرةً واضحةً في الطبيعة، إذ تُشكّل نسبًا كبيرةً من العديد من المراوح الفيضية والمخاريط الطينية على طول سفوح الجبال شديدة الانحدار. غالبًا ما تتخذ الرواسب المكشوفة بالكامل أشكالًا فصيّةً ذات رؤوس غنية بالصخور، وتتميز الحواف الجانبية لرواسب ومسارات التدفقات الطينية بوجود سدود جانبية غنية بالصخور . تتشكل هذه السدود الطبيعية عندما تدفع الرواسب الطينية الناعمة نسبيًا، والمسالة، في جسم التدفقات الطينية، الرواسب الخشنة ذات الاحتكاك العالي التي تتجمع في رؤوس التدفقات الطينية نتيجةً لانفصال حجم الحبيبات (وهي ظاهرة معروفة في ميكانيكا المواد الحبيبية ). يمكن للسدود الجانبية أن تحدّ من مسارات التدفقات الطينية اللاحقة، كما يُشير وجود السدود القديمة إلى حجم التدفقات الطينية السابقة في منطقة معينة. ومن خلال تحديد عمر الأشجار النامية على هذه الرواسب، يُمكن تقدير التواتر التقريبي للتدفقات الطينية المدمرة. تُعدّ هذه المعلومات مهمة لتطوير الأراضي في المناطق التي تكثر فيها تدفقات الحطام. يصعب تمييز رواسب تدفقات الحطام القديمة التي تظهر فقط في النتوءات الصخرية ، ولكنها تتميز عادةً بتجاور حبيبات ذات أشكال وأحجام مختلفة بشكل كبير. هذا التباين في فرز حبيبات الرواسب هو ما يميز رواسب تدفقات الحطام عن معظم الرواسب المائية.
الأنواع
تُطلق أسماء أكثر تحديدًا على التدفقات الجيولوجية الأخرى التي يمكن وصفها بأنها تدفقات حطامية. وتشمل هذه:
لاهار
الانهيار الطيني هو تدفق حطامي يرتبط بشكل أو بآخر بالنشاط البركاني ، إما بشكل مباشر نتيجة ثوران بركاني، أو بشكل غير مباشر نتيجة انهيار مواد رخوة على سفوح البركان. وتتعدد الظواهر التي قد تُحفز حدوث الانهيار الطيني، بما في ذلك ذوبان الجليد، وانهيار قطاعات من البركان ، وهطول أمطار غزيرة على مواد بركانية فتاتية رخوة ، أو انفجار بحيرة كانت محصورة سابقًا برواسب بركانية فتاتية أو جليدية. كلمة "انهيار طيني" أصلها إندونيسي، ولكنها تُستخدم الآن بشكل روتيني من قبل الجيولوجيين في جميع أنحاء العالم لوصف تدفقات الحطام البركانية. جميع تدفقات الحطام الأكبر والأكثر تدميرًا على سطح الأرض تقريبًا هي انهيارات طينية تنشأ من البراكين. ومن الأمثلة على ذلك الانهيار الطيني الذي غمر مدينة أرميرو في كولومبيا.
يوكولهاوب
الفيضان الجليدي (يوكولهلوب) هو فيضان ناتج عن ثوران جليدي مفاجئ. كلمة "يوكولهلوب" آيسلندية، وفي آيسلندا، تحدث العديد من هذه الفيضانات نتيجة ثورات بركانية تحت الجليد. (تقع آيسلندا فوق سلسلة جبال منتصف المحيط الأطلسي، التي تتكون من سلسلة من البراكين المغمورة في الغالب). في أماكن أخرى، يُعدّ انهيار البحيرات المحصورة بسدود جليدية أو ركامية سببًا أكثر شيوعًا لحدوث الفيضانات الجليدية المفاجئة. غالبًا ما تحدث هذه الانهيارات نتيجة انفصال مفاجئ للجليد الجليدي في البحيرة، مما يتسبب في موجة إزاحة تخترق الركام الجليدي أو السد الجليدي. في أسفل الوادي من نقطة الانهيار، قد يزداد حجم الفيضان الجليدي بشكل كبير نتيجة انجراف الرواسب السائبة من الوادي الذي يمر عبره. يمكن أن يؤدي الانجراف الكبير إلى تحويل الفيضان إلى تدفق حطامي. قد تتجاوز مسافة انتقاله 100 كيلومتر.
نظريات ونماذج تدفقات الحطام
تم استخدام العديد من الأساليب المختلفة لنمذجة خصائص تدفق الحطام، والحركة ، والديناميكيات . [ 4 ] بعضها مدرج هنا.
- تعتبر النماذج القائمة على علم الريولوجيا والتي تنطبق على تدفقات الطين تدفقات الحطام كمواد متجانسة أحادية الطور (تشمل الأمثلة: بينغهام ، اللزج البلاستيكي ، سائل باغنولد المتمدد ، ثيكسوتروبي ، إلخ).
- موجة انهيار السد، على سبيل المثال هانت، [ 5 ] شانسون وآخرون [ 6 ]
- موجة متدحرجة، على سبيل المثال، تاكاهاشي، [ 7 ] ديفيز [ 8 ]
- الموجة التقدمية [ 9 ]
- نوع من السدود الصخرية المتحركة [ 10 ]
يتطلب معايرة هذه النماذج المعقدة والتحقق من صحتها بيانات موثقة جيداً من المسوحات الميدانية أو التجارب المخبرية الدقيقة. [ 11 ] [ 12 ]
طوران
تعتبر نظرية الخليط ، التي اقترحها إيفرسون [ 2 ] في الأصل وتم اعتمادها وتعديلها لاحقًا من قبل آخرين، تدفقات الحطام بمثابة مخاليط صلبة سائلة ثنائية الطور.
في تدفقات الكتلة ثنائية الطور (الحطام) الحقيقية، يوجد ترابط قوي بين نقل زخم المادة الصلبة والسائل ، حيث يقل الإجهاد العمودي للمادة الصلبة بفعل الطفو ، مما يقلل بدوره من مقاومة الاحتكاك ، ويعزز تدرج الضغط ، ويقلل من السحب على المكون الصلب. يُعد الطفو جانبًا مهمًا من تدفق الحطام ثنائي الطور، لأنه يعزز حركة التدفق (مسافات انتقال أطول) عن طريق تقليل مقاومة الاحتكاك في الخليط . ويستمر الطفو طالما يوجد سائل في الخليط. [ 13 ] فهو يقلل من الإجهاد العمودي للمادة الصلبة، والإجهادات العمودية الجانبية للمادة الصلبة، وإجهاد القص القاعدي (وبالتالي مقاومة الاحتكاك) بمعامل ()، أينهي نسبة الكثافة بين الطورين السائل والصلب. ويكون التأثير كبيرًا عندما تكون نسبة الكثافة () كبير (على سبيل المثال، في تدفق الحطام الطبيعي).
إذا كان التدفق محايد الطفو، أي(انظر، على سبيل المثال، باغنولد، [ 14 ] 1954) تصبح كتلة الحطام مميعة وتتحرك لمسافات أطول. يمكن أن يحدث هذا في تدفقات الحطام الطبيعية عالية اللزوجة . [ 15 ] في التدفقات المحايدة الطفو، يختفي احتكاك كولوم ، ويتلاشى تدرج الضغط الجانبي على المادة الصلبة، ويصبح معامل السحب صفرًا، ويتلاشى أيضًا تأثير الميل القاعدي على الطور الصلب. في هذه الحالة الحدية ، تكون القوة الصلبة المتبقية الوحيدة ناتجة عن الجاذبية ، وبالتالي القوة المرتبطة بالطفو. في ظل هذه الظروف من الدعم الهيدروديناميكي للجسيمات بواسطة السائل، تصبح كتلة الحطام مميعة بالكامل (أو مزلقة ) وتتحرك بكفاءة عالية، مما يعزز مسافات انتقال طويلة. بالمقارنة مع التدفق الطافي، يُظهر التدفق المحايد الطفو سلوكًا مختلفًا تمامًا. في الحالة الأخيرة، تتحرك الأطوار الصلبة والسائلة معًا، وتصبح كتلة الحطام مميعة، وتتحرك الجبهة لمسافة أبعد بكثير، ويتخلف الذيل، كما ينخفض الارتفاع الكلي للتدفق. متىلا يتعرض التدفق لأي تأثير للطفو. عندئذٍ، يكون إجهاد القص الاحتكاكي الفعال للطور الصلب مماثلاً لإجهاد القص الاحتكاكي لتدفق حبيبي خالص . في هذه الحالة، تتغير القوة الناتجة عن تدرج الضغط، ويكون السحب عاليًا، ويختفي تأثير الكتلة الظاهرية في زخم المادة الصلبة. كل هذا يؤدي إلى إبطاء الحركة .
الوقاية من الأضرار

لمنع تدفقات الحطام من الوصول إلى الممتلكات والأفراد، يمكن إنشاء أحواض تجميع الحطام. تُصمم هذه الأحواض لحماية التربة والموارد المائية أو لمنع الأضرار التي تلحق بالمجاري المائية. وتُعتبر هذه الأحواض ملاذًا أخيرًا نظرًا لتكلفتها العالية والتزامها بالصيانة الدورية السنوية. [ 17 ] كما أن أحواض تجميع الحطام قد لا تستوعب سوى جزء ضئيل من تدفقات الحطام من الجداول التي تصب في المناطق الجبلية.
قبل حدوث عاصفة قد تُؤدي إلى تدفقات طينية، يُمكن لنماذج التنبؤ غالبًا تحديد احتمالية حدوث تدفق طيني في مستجمع مائي؛ [ 18 ] ومع ذلك، يبقى من الصعب التنبؤ بكمية الرواسب المُتحركة، وبالتالي الحجم الإجمالي للتدفقات الطينية التي قد تتشكل في عاصفة معينة، وما إذا كانت أحواض التجميع الطينية ستكون قادرة على حماية المجتمعات الواقعة في اتجاه مجرى النهر. هذه التحديات تجعل التدفقات الطينية خطيرة بشكل خاص على المجتمعات الواقعة على سفوح الجبال. [ 19 ]
في الثقافة الشعبية
في عام 1989، كجزء من عمله الضخم " الولايات المتحدة الأمريكية لديفيد جوردون" ، ولاحقًا في عام 1999، كجزء من " سيرة ذاتية لكاذب" ، جمع مصمم الرقصات ديفيد جوردون موسيقى هاري بارتش وكلمات جون ماكفي من "السيطرة على الطبيعة "، التي قرأتها نورما فاير، في رقصة بعنوان "تدفق الحطام"، وهي "سرد مسجل مؤلم لمحنة عائلة في انهيار طيني ضخم في لوس أنجلوس..." [ 20 ]
انظر أيضاً
- الرواسب المنقولة
- إيلهورن ، الذي يقع أسفله إيلغرابن، وهو موقع سياحي شهير لتدفقات الحطام
- علم الريولوجيا
مراجع
ملحوظات
- ↑ دي إم مورتون، آر إم ألفاريز، و آر إتش كامبل. "خرائط أولية لقابلية انزلاق التربة، جنوب غرب كاليفورنيا" (تقرير مفتوح 03-17 هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية 2003)
- 1 2 "إيفرسون، آر إم، 1997، فيزياء تدفقات الحطام، مراجعات الجيوفيزياء، 35(3): 245-296" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2013-06-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2013-10-18 .
- ↑ بيرسون، توماس سي. التمييز بين تدفقات الحطام والفيضانات من خلال الأدلة الميدانية في مستجمعات المياه الصغيرة . وزارة الداخلية الأمريكية، هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، 2005.
- ^ تروخيو فيلا، ماريو جيرمان. راموس كانيون، ألفونسو ماريانو؛ إسكوبار فارغاس، خورخي ألبرتو؛ غاليندو توريس، سيرجيو أندريس (2022). "نظرة عامة على النمذجة الرياضية لتدفق الحطام" . مراجعات علوم الأرض . 232 104135. بيب كود : 2022ESRv..23204135T . دوى : 10.1016/j.earscirev.2022.104135 . S2CID 251268686 .
- ↑ هانت، ب. (1982). "الحل التقاربي لمشاكل انهيار السدود". مجلة قسم الهيدروليكا، وقائع الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين، المجلد 108، العدد HY1، الصفحات 115-126.
- ↑ هوبير شانسون ، سيباستيان جارني، وفيليب كوسو (2006). "موجة انهيار السد لسائل ثيكسوتروبي" . مجلة الهندسة الهيدروليكية . 132 (3): 280-293 . doi : 10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:3(280) .
- ↑ تاكاهاشي، ت. (1981). "تدفق الحطام" . المراجعة السنوية لميكانيكا الموائع . 13 : 57-77 . Bibcode : 1981AnRFM..13...57T . doi : 10.1146/annurev.fl.13.010181.000421 .
- ↑ ديفيز، تي آر إتش (1986). "تدفقات الحطام الكبيرة: ظاهرة لزجة كبيرة" . أكتا ميكانيكا . 63 ( 1-4 ): 161-178 . doi : 10.1007/BF01182546 . S2CID 122217532 .
- ↑ هانغر، أو. 2000. تحليل تدفقات الحطام باستخدام نظرية التدفق التدريجي المنتظم [ تم حذف الرابط ] . عمليات سطح الأرض وتضاريسها ، 25، 483-495
- ↑ كولمان، بي إف، 1993. تفسير جديد لظاهرة تدفق الحطام (ملخص)، إيوس ترانس. إيه جي يو، 74(16)، ملحق اجتماع الربيع، 154.
- ↑ باسيلت، إيفو؛ أوليفيرا، غوستافو كيو. دي؛ فيشر، جان-توماس؛ وبوداسايني، شيفا ب. (2021). "تطور تدفقات الحطام الحجري في التجارب المختبرية". علم شكل الأرض . 372 107431. Bibcode : 2021Geomo.37207431B . doi : 10.1016/j.geomorph.2020.107431 . S2CID 225111202 .
- ↑ باسيلت، إيفو؛ أوليفيرا، غوستافو كيو. دي؛ فيشر، جان-توماس؛ بوداسيني، شيفا ب. (2022). "مورفولوجيا الترسيب في تدفقات الحطام الحجري واسعة النطاق في المختبر". علم شكل الأرض . 396 107992. Bibcode : 2022Geomo.39607992B . doi : 10.1016/j.geomorph.2021.107992 . S2CID 239137775 .
- ↑ إي بي، بيتمان؛ إل. لي (2005). "نموذج ثنائي السوائل للانهيارات الثلجية وتدفقات الحطام". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية أ . 363 (1832): 1573-1602 . Bibcode : 2005RSPTA.363.1573P . doi : 10.1098 / rsta.2005.1596 . PMID 16011934. S2CID 17779815 .
- ↑ آر. إيه. باغنولد (1954). "تجارب على تشتت كرات صلبة كبيرة في سائل نيوتوني تحت تأثير القص في غياب الجاذبية". وقائع الجمعية الملكية أ . 225 (1160): 49-63 . رمز Bibcode : 1954RSPSA.225...49B . doi : 10.1098/rspa.1954.0186 . S2CID 98030586 .
- ↑ BW, McArdell & P. Bartelt, J. Kowalski (2007). "ملاحظات ميدانية للقوى القاعدية وضغط مسام السوائل في تدفق الحطام" . Geophys. Res. Lett . 34 (7): L07406. Bibcode : 2007GeoRL..34.7406M . doi : 10.1029/2006GL029183 .
- ↑ جاكوب، ماتياس؛ هونغر، أولدريش (2005). مخاطر تدفق الحطام والظواهر ذات الصلة . سبرينغر. ص 38-39 . Bibcode : 2005dfhr.book.....J . ISBN 3-540-20726-0.
- ↑ "أحواض الحطام" . خدمة الأسماك والحياة البرية الأمريكية. مؤرشف من الأصل في 27 مايو 2016. تم الاطلاع عليه في 30 يناير 2013 .
- ↑ ستالي، دي إم، نيغري، جيه إيه، كين، جيه دبليو، لابير، جيه إل، تيليري، إيه سي، ويوبرغ، إيه إم، 2017. التنبؤ بعتبات شدة ومدة هطول الأمطار المكانية الصريحة لتوليد تدفقات الحطام بعد الحرائق في غرب الولايات المتحدة. علم شكل الأرض، 278، ص 149-162.
- ↑ كين، جيه دبليو؛ ستالي، دي إم؛ لانكستر، جيه تي؛ رينجرز، إف كيه؛ سوانسون، بي جيه؛ كو، جيه إيه؛ هيرنانديز، جيه إل؛ سيجمان، إيه جيه؛ ألستادت، كيه إي ؛ ليندسي، دي إن (2019-08-01). "الفيضانات، وديناميكيات التدفق، والأضرار الناجمة عن تدفق الحطام في مونتيسيتو، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية، في 9 يناير 2018: الفرص والتحديات لتقييم مخاطر ما بعد حرائق الغابات" . جيوسفير . 15 (4): 1140-1163 . Bibcode : 2019Geosp..15.1140K . doi : 10.1130/GES02048.1 . ISSN 1553-040X . S2CID 197584816 . USGS 70203874 .
- ↑ توبياس، توبي. "الرقص: حرق العلم". نيويورك (20 نوفمبر 1989)، ص 116؛ جويت، ديبورا. "اندفع للأمام. انظر إلى الوراء". مؤرشف في 13 ديسمبر 2014 على موقع Wayback Machine. فيليدج فويس (21 ديسمبر 1999).
للمزيد من القراءة
- مكفي، جون . السيطرة على الطبيعة . نيويورك: دار نشر نونداي (فارار، ستراوس وجيرو، 1989) . رقم ISBN 0-374-12890-1)
روابط خارجية
- محطة دونغتشوان لرصد وبحوث تدفق الحطام، الصين
- توثيق فيديو لتجارب أجريت في قناة تدفق الحطام التابعة لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، ولاية أوريغون، الولايات المتحدة الأمريكية
- التحركات الجماعية. قسم من منصة المعلومات "المخاطر الطبيعية في سويسرا"
- معلومات من ولاية واشنطن حول تدفقات الحطام، ومواد ذات صلة. مؤرشفة بتاريخ 13 أكتوبر 2000 على موقع Wayback Machine.
- جمعية تدفق الحطام
- المخاطر الجيولوجية
- علم شكل الأرض
- أنواع الانهيارات الأرضية
- الكوارث الطبيعية
