Bồi tụ xảy ra sau vận chuyển vật liệu như thế nào?

Bồi tụ là gì trong chuỗi xói mòn – vận chuyển – lắng đọng?

Bồi tụ là sự tích lũy vật liệu rắn do quá trình vận chuyển tự nhiên đưa tới một khu vực rồi để lại tại đó. Trong chuỗi biến đổi địa hình, vật liệu thường được giải phóng bởi phong hóa hoặc xói mòn, được vận chuyển bởi nước, gió, băng hay trọng lực, sau đó lắng đọng khi điều kiện vận chuyển suy yếu. Khi phần vật liệu lắng lại tạo ra sự tích lũy ròng, có thể xem khu vực đó đang xảy ra bồi tụ.

“Lắng đọng” và “bồi tụ” có liên quan nhưng không hoàn toàn đồng nghĩa. Lắng đọng mô tả việc một hạt hoặc một lượng vật liệu rời khỏi trạng thái vận chuyển và nằm lại trên bề mặt. Bồi tụ nhấn mạnh kết quả tích lũy theo không gian và thời gian. Một hạt cát có thể lắng xuống đáy sông trong vài phút rồi bị dòng nước mạnh hơn cuốn đi; đó là lắng đọng tạm thời nhưng chưa chắc tạo ra bồi tụ bền vững.

Cách phân biệt này quan trọng vì địa hình tự nhiên luôn biến động. Một bãi cát giữa sông, một doi cát ven bờ hay lớp phù sa trên đồng bằng không hình thành chỉ bởi một lần vật liệu “dừng lại”, mà bởi cán cân lặp lại giữa lắng đọng và tái vận chuyển.

Bồi tụ bắt đầu khi năng lượng vận chuyển giảm như thế nào?

Tác nhân vận chuyển chỉ duy trì được vật liệu trong trạng thái chuyển động khi lực do dòng nước, gió hoặc chuyển động của môi trường vận chuyển tạo ra đủ lớn so với xu hướng hạt rơi xuống, ma sát với bề mặt và các lực giữ hạt tại chỗ. Khi vận tốc hoặc cường độ chuyển động giảm, khả năng cuốn và duy trì vật liệu cũng giảm. Tới một mức nhất định, một phần tải vật liệu không còn được giữ trong trạng thái chuyển động và bắt đầu lắng.

Với dòng nước, hiện tượng này thường xuất hiện khi lòng dẫn mở rộng làm dòng chảy chậm lại, độ dốc giảm, nước tràn khỏi lòng sông lên đồng bằng ngập lũ hoặc dòng chảy đi vào vùng nước tĩnh hơn. Với gió, vật liệu dễ lắng khi tốc độ gió giảm sau vật cản hoặc khi bề mặt làm tăng lực cản. Với băng hà, vật liệu có thể được giải phóng và để lại khi băng tan hoặc rút lui. Những trường hợp này khác nhau về tác nhân nhưng đều dẫn tới một kết quả chung: khả năng tiếp tục mang vật liệu giảm.

Biểu đồ Hjulström trong địa mạo học minh họa rằng ngưỡng để một hạt bị xói, tiếp tục vận chuyển hay lắng xuống phụ thuộc mạnh vào kích thước hạt và vận tốc dòng chảy. Vì thế không tồn tại một “vận tốc bồi tụ” duy nhất áp dụng cho mọi loại trầm tích. Cát, sỏi, bùn và sét phản ứng khác nhau, còn độ sâu dòng chảy, mức nhiễu động, hình dạng hạt và tính kết dính cũng có thể làm ngưỡng thay đổi.

Bồi tụ vì vậy có thể bắt đầu trong khi nước hoặc gió vẫn chuyển động. Tác nhân chỉ cần yếu đi đến mức không còn vận chuyển được toàn bộ tải vật liệu như trước, chứ không cần dừng hoàn toàn.

Vì sao vật liệu không lắng xuống cùng một lúc?

Các hạt khác nhau có vận tốc lắng và ngưỡng duy trì chuyển động khác nhau. Khi năng lượng vận chuyển giảm dần, vật liệu thường được phân tuyển thay vì rơi xuống đồng loạt.

Kích thước, mật độ và hình dạng làm thay đổi vận tốc lắng

Trong điều kiện tương tự, hạt lớn và nặng thường có xu hướng lắng nhanh hơn hạt nhỏ vì trọng lực kéo chúng xuống mạnh hơn so với khả năng giữ chúng lơ lửng của dòng. Hạt có mật độ cao cũng thường lắng nhanh hơn hạt nhẹ cùng kích thước, còn hạt dẹt hoặc có hình dạng bất quy tắc chịu lực cản khác với hạt gần hình cầu.

Định luật Stokes cho thấy trong điều kiện lý tưởng của hạt nhỏ, gần hình cầu và chuyển động trong chế độ dòng phù hợp, vận tốc lắng tăng theo bình phương đường kính hạt và theo chênh lệch khối lượng riêng giữa hạt với môi trường. Quan hệ này giải thích về mặt vật lý vì sao thay đổi kích thước hạt có thể làm tốc độ lắng thay đổi đáng kể. Tuy nhiên, trầm tích tự nhiên hiếm khi đáp ứng hoàn toàn các giả định của mô hình, nên không thể dùng quan hệ này như một ngưỡng tuyệt đối cho mọi sông, bãi biển hoặc môi trường gió.

Khi tác nhân vận chuyển mất năng lượng từng bước, vật liệu thô như sỏi hoặc cát thô thường được để lại trước, còn cát mịn, bột và sét có thể tiếp tục đi xa hơn. Sự phân tuyển này khiến thành phần hạt tại nơi bồi tụ phản ánh một phần lịch sử thay đổi năng lượng của tác nhân vận chuyển.

Hạt rất mịn có thể không tuân theo quy tắc “hạt nhỏ lắng sau” một cách đơn giản

Với bùn rất mịn và sét, chuyển động không chỉ do kích thước quyết định. Nhiễu động có thể giữ các hạt nhỏ lơ lửng lâu, trong khi lực kết dính giữa các hạt có thể khiến chúng kết thành cụm lớn hơn và lắng nhanh hơn khi điều kiện phù hợp. Vì vậy, quy tắc “hạt càng nhỏ thì càng đi xa” hữu ích để nhận biết xu hướng chung nhưng không phải một quy luật tuyệt đối.

Bồi tụ có tính chọn lọc vì mỗi nhóm hạt đạt điều kiện lắng ở thời điểm và vị trí khác nhau. Chính sự khác biệt này tạo ra các lớp trầm tích và bề mặt bồi tụ có thành phần hạt khác nhau.

Bồi tụ thường xuất hiện ở đâu sau quá trình vận chuyển?

Bồi tụ tập trung ở những nơi tác nhân vận chuyển mất năng lượng hoặc giảm khả năng mang tải. Vị trí cụ thể phụ thuộc tác nhân và hình thái địa hình, nhưng thường gặp trong các tình huống sau:

·         Ở sông, vật liệu thường tích tụ tại nơi dòng chảy chậm đi, phía trong khúc uốn, trên bãi bồi, khi nước tràn ra đồng bằng ngập lũ hoặc khi sông đi vào hồ, cửa sông và vùng nước ít động hơn

·         Với dòng chảy từ sườn dốc, vật liệu dễ tích tụ khi độ dốc giảm đột ngột ở chân dốc và lực kéo của dòng yếu đi

·         Với gió, cát và bụi có thể lắng ở phía khuất gió của vật cản hoặc nơi tốc độ gió giảm, góp phần tạo nên các vùng tích tụ như đụn cát

·         Với băng hà, vật liệu được để lại khi băng tan, rút lui hoặc giải phóng lượng trầm tích từng được mang theo

Những vị trí này không phải các “điểm bồi tụ cố định”. Cùng một đoạn sông có thể bồi khi dòng chảy yếu nhưng bị xói trong một đợt lũ lớn. Một đụn cát cũng có thể tiếp tục dịch chuyển khi hướng và tốc độ gió thay đổi.

Khi quan sát địa hình, dấu hiệu hữu ích là sự giảm năng lượng tương đối: dòng mở rộng, độ dốc nhỏ đi, xuất hiện vùng khuất, tác nhân mất tốc độ hoặc chuyển từ môi trường năng lượng cao sang thấp. Những thay đổi đó làm khả năng vật liệu được giữ lại tăng lên.

Bồi tụ có đồng nghĩa với việc vận chuyển đã chấm dứt hoàn toàn không?

Không. Bồi tụ thường là kết quả cục bộ và có thể đảo ngược trong một hệ thống vẫn đang vận chuyển vật liệu. Một hạt có thể nằm yên trong nhiều giờ, nhiều tháng hoặc lâu hơn rồi được tái huy động khi vận tốc dòng tăng, gió mạnh lên hoặc điều kiện bề mặt thay đổi.

Có thể phân biệt vật liệu đang được vận chuyển, vật liệu tạm thời lắng xuống và vật liệu tạo thành tích lũy ròng đủ để làm bề mặt hoặc địa hình cao lên, mở rộng ra hay thay đổi hình dạng. Trạng thái thứ ba thể hiện rõ nhất ý nghĩa của bồi tụ ở quy mô địa mạo.

Cùng một hệ thống vì thế có thể đồng thời có nơi xói mòn và nơi bồi tụ. Ở phía ngoài một khúc uốn sông, vận tốc lớn hơn có thể làm xói mòn mạnh hơn; ở phía trong, dòng yếu hơn lại thuận lợi cho cát lắng. Vật liệu không cần rời khỏi toàn bộ hệ thống mà chỉ cần chuyển từ vùng có khả năng vận chuyển cao sang vùng có khả năng vận chuyển thấp hơn.

Bồi tụ do đó không nên được hiểu đơn giản là “điểm cuối” của vật liệu. Đây là một phần của chu trình động, trong đó vật liệu có thể lắng xuống, tích tụ, bị xói trở lại rồi tiếp tục di chuyển khi điều kiện vận chuyển thay đổi.

Bồi tụ xảy ra sau vận chuyển khi khả năng mang vật liệu của tác nhân giảm xuống so với đặc tính của tải trầm tích. Hạt lớn hoặc dễ lắng thường được giữ lại sớm hơn, còn hạt mịn có thể đi xa hơn, mặc dù nhiễu động và tính kết dính có thể làm xu hướng này phức tạp hơn. Vì quá trình có thể diễn ra trong khi nước, gió hoặc băng vẫn tiếp tục chuyển động, bồi tụ nên được hiểu là sự tích lũy ròng tại một nơi và trong một khoảng thời gian, không phải điểm kết thúc tuyệt đối của mọi vận chuyển.