الترسيب (الجيولوجيا)

تستقر الرواسب ذات الحبيبات الكبيرة، سواءً المنقولة بواسطة حمولة القاع أو الحمولة المعلقة، عندما لا يكون إجهاد القص القاعي واضطراب السائل كافيين للحفاظ على حركة الرواسب؛ ^{[ 4 ]} في حالة الحمولة المعلقة، قد تكون هذه المسافة طويلة نسبيًا لأن الجزيئات تحتاج إلى السقوط عبر عمود الماء. ويتحدد ذلك بموازنة قوة وزن الحبيبات المؤثرة لأسفل مع قوة الطفو وقوة سحب السائل مجتمعتين ^{[ 4 ]} ، ويمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية:

${\displaystyle {\frac {4}{3}}\pi R^{3}\rho _{s}g={\frac {4}{3}}\pi R^{3}\rho g+{\frac {1}{2}}\mathbb {C} _{d}\rho \pi R^{2}w_{s}^{2}\,}$

قوة الوزن المؤثرة للأسفل = قوة الطفو المؤثرة للأعلى + قوة سحب السائل المؤثرة للأعلى ^{[ 4 ]}

أين:

• π هي نسبة محيط الدائرة إلى قطرها.
• R هو نصف قطر الجسم الكروي (بالمتر)،
• ρ هي كثافة كتلة السائل (كجم/م³ ⁾ ،
• g هو تسارع الجاذبية الأرضية (م/ث² ⁾ ،
• C _d هو معامل السحب، و
• w _s هي سرعة ترسب الجسيم (بالمتر/ثانية).

لحساب معامل السحب، يجب تحديد رقم رينولدز للحبيبات، والذي يعتمد على نوع السائل الذي تتدفق فيه جزيئات الرواسب، سواء كان تدفقًا صفائحيًا أو مضطربًا أو مزيجًا منهما. عندما يصبح السائل أكثر لزوجة نتيجة لصغر حجم الحبيبات أو زيادة سرعات الترسيب، يصبح التنبؤ أقل وضوحًا، ويُمكن حينها تطبيق قانون ستوكس (المعروف أيضًا بقوة الاحتكاك أو قوة السحب) للترسيب. ^{[ 4 ]}

يحدث تماسك الرواسب مع صغر حجم الحبيبات المرتبطة بالطمي والطين، أو الجسيمات الأصغر من 4ϕ على مقياس فاي . ^{[ 4 ]} إذا بقيت هذه الجسيمات الدقيقة متناثرة في عمود الماء، ينطبق قانون ستوكس على سرعة ترسب الحبيبات الفردية، ^{[ 4 ]} ولكن نظرًا لأن مياه البحر عامل ربط إلكتروليتي قوي ، يحدث التلبد حيث تُكوّن الجسيمات الفردية رابطة كهربائية تلتصق ببعضها البعض لتشكيل الندف. ^{[ 4 ]} "يحمل سطح صفيحة الطين شحنة سالبة طفيفة بينما تحمل حافتها شحنة موجبة طفيفة. عندما تقترب صفيحتان من بعضهما البعض، ينجذب سطح إحدى الجسيمات وحافة الأخرى كهروستاتيكيًا . " ^{[ 4 ]} وبالتالي، تتمتع الندف بكتلة إجمالية أكبر، مما يؤدي إلى ترسب أسرع من خلال سرعة سقوط أعلى، وترسب في اتجاه أقرب إلى الشاطئ مما لو كانت حبيبات طين أو طمي دقيقة منفردة.

يقع ميناء أكاروا في شبه جزيرة بانكس ، كانتربري، نيوزيلندا ، عند خط عرض 43°48′ جنوبًا وخط طول 172 °56′ شرقًا . تشكّل هذا الميناء نتيجةً لعمليات التعرية النشطة على بركان درعي خامد ، حيث غمرت مياه البحر فوهة البركان، مُشكّلةً مدخلًا بطول 16 كيلومترًا  ، وعرض متوسط ​​يبلغ  كيلومترين، وعمق -13 مترًا فوق مستوى سطح البحر عند  النقطة 9 كيلومترات على امتداد المحور المركزي. ^{[ 5 ]} تتمتع طاقة أمواج العواصف السائدة بمدى غير محدود في الجزء الخارجي من الميناء من جهة الجنوب، بينما يسود جو أكثر هدوءًا داخل الميناء الداخلي، على الرغم من أن نسائم الميناء المحلية تُحدث تيارات سطحية وتموجات تؤثر على عمليات الترسيب البحري. ^{[ 6 ]} قامت رواسب اللوس من العصور الجليدية اللاحقة بملء الشقوق البركانية على مدى آلاف السنين، ^{[ 7 ]} مما أدى إلى أن يكون البازلت البركاني واللوس هما النوعان الرئيسيان من الرواسب المتاحة للترسب في ميناء أكاروا

اكتشف هارت وآخرون (2009) ^{[ 5 ]} ، من خلال المسح الباثيمتري وتحليل الرواسب تحت المدية باستخدام المنخل والماصة ، أن نسيج الرواسب يرتبط بثلاثة عوامل رئيسية: العمق، والمسافة من خط الشاطئ، والمسافة على طول المحور المركزي للميناء. وقد أدى ذلك إلى تناقص نعومة نسيج الرواسب مع ازدياد العمق باتجاه المحور المركزي للميناء، أو إذا صُنفت حسب أحجام فئات الحبيبات، فإن "المقطع العرضي المرسوم للمحور المركزي ينتقل من الرمال الطينية في منطقة المد والجزر إلى الطمي الرملي في المنطقة القريبة من الشاطئ، ثم إلى الطمي في المناطق الخارجية للخلجان، وصولاً إلى الطين على أعماق 6 أمتار أو أكثر". ^{[ 5 ]} انظر الشكل 2 لمزيد من التفاصيل.

أظهرت دراسات أخرى عملية فرز حبيبات الرواسب بفعل القوى الهيدروديناميكية؛ حيث ربط وانغ وكولينز وتشو (1988) ^{[ 8 ]} نوعيًا بين ازدياد شدة القوى السائلة وازدياد حجم الحبيبات. وقد تم إثبات هذا الارتباط في المسطحات الطينية المدية منخفضة الطاقة في خليج بوهاي (الصين)، والبيئة المعتدلة لساحل جيانغسو (الصين) حيث تكون المادة القاعية طينية، والمسطحات الرملية لساحل ذا واش (المملكة المتحدة) عالي الطاقة. يقدم هذا البحث دليلًا قاطعًا على صحة نظرية النقطة الصفرية في المسطحات المدية ذات مستويات الطاقة الهيدروديناميكية المختلفة، وكذلك في المسطحات التي تتعرض للتآكل والتراكم معًا.

يُعمّق كيربي (2002) ^{[ 9 ]} هذا المفهوم، موضحًا أن الجزيئات الدقيقة تُعلق وتُعاد تشكيلها جوًا في عرض البحر، تاركةً وراءها رواسب متراكمة من أصداف الرخويات ثنائية الصدفة وبطنيات الأقدام الرئيسية منفصلة عن الطبقة الدقيقة الموجودة أسفلها. ثم تقوم الأمواج والتيارات بتكديس هذه الرواسب لتشكيل تلال رملية متعرجة في جميع أنحاء منطقة المد والجزر، والتي تميل إلى الارتفاع على طول الشاطئ الأمامي. يمكن العثور على هذه التلال الرملية المتعرجة في أي مستوى على الشاطئ الأمامي، وهي تُشير في الغالب إلى نظام تهيمن عليه عمليات التعرية. ^{[ 9 ]}

أثارت نظرية النقطة الصفرية جدلاً واسعاً في قبولها ضمن التيار الرئيسي لعلم السواحل، إذ تعمل هذه النظرية في حالة توازن ديناميكي أو توازن غير مستقر، وقد فشلت العديد من الملاحظات الميدانية والمخبرية في محاكاة حالة النقطة الصفرية عند كل حجم حبيبي على امتداد المقطع العرضي. ^{[ 3 ]} ويُسبب تفاعل المتغيرات والعمليات مع مرور الوقت ضمن السياق البيئي إشكاليات؛ "فكثرة المتغيرات، وتعقيد العمليات، وصعوبة الملاحظة، كلها عوامل تُشكل عقبات جدية أمام وضع منهجية منهجية، ولذلك قد تكون النظرية الفيزيائية الأساسية سليمة وموثوقة في بعض المجالات الضيقة، لكن الفجوات كبيرة" ^{[ 10 ].}

ينبغي على علماء الجيومورفولوجيا والمهندسين والحكومات والمخططين إدراك العمليات والنتائج المترتبة على فرضية النقطة الصفرية عند القيام بمهام مثل تغذية الشواطئ ، أو إصدار تراخيص البناء، أو إنشاء هياكل الدفاع الساحلي . وذلك لأن تحليل حجم حبيبات الرواسب على امتداد المقطع العرضي يسمح باستنتاج معدلات التعرية أو الترسيب المحتملة في حال تعديل ديناميكيات الشاطئ. كما ينبغي على المخططين والمديرين إدراك أن البيئة الساحلية ديناميكية، وأنه يجب تقييم العلوم السياقية قبل تنفيذ أي تعديل على المقطع العرضي للشاطئ. وبالتالي، تسعى الدراسات النظرية والتجارب المخبرية والنمذجة العددية والهيدروليكية إلى الإجابة عن أسئلة تتعلق بالانجراف الساحلي وترسب الرواسب، ولا ينبغي النظر إلى النتائج بمعزل عن غيرها، بل يجب أن تُكمّل مجموعة كبيرة من البيانات الرصدية النوعية البحتة أي قرار تخطيطي أو إداري. ^{[ 2 ]}