formas de leito - Oceanografia

FORMAS DE LEITO
“BEDFORMS”
VARIAÇÃO DA TERMINOLOGIA
Ripples
Megaripples
Sand waves
Ripples
Dunas
Sand waves
Ripples
Small sand waves
Large sand waves
Ripples
Dunas
Formas de Leito
O transporte de sedimentos por tração sobre um fundo plano varia espacialmente,
e assim gera deposição localizada e irregularidades topográficas.
A aceleração e desaceleração do fluxo sobre essas irregularidades potencializa o
gradiente espacial de transporte de sedimentos e favorece o cresimento de uma
ondulação . Erosão ocorre ao longo do aclive da ondulação e deposição na face de
declive => face de deslizamento, onde os grãos rolam por gravidade.
Se o comprimento da ondulação for inferior a 15 vezes sua altura ( L < 15 H) ocorre
então a separação de fluxo após a crista, que potencializa o efeito erosivo na cava.
O fluxo acima da zona de separação retoma o contato com o fundo a uma
determinada distância além da crista, definida como uma distância correspondente:
maior
pressão
maior velocidade
maior
menor pressão
pressão
- a 6 comprimentos da duna
- a 4,3 alturas da forma de leito
- 1/3 do comprimento da forma de
leito
Bolha de
separação
zona de reconexão do fluxo
+
Tensão
Cisalhamento
-
Na zona de reconexão do fluxo a
intensidade da turbulência é alta e a pressão
é máxima.
1
2
3
4
Dyer 1986
Altura acima do fundo (m)
Pefis de velocidade sobre uma ondulução
1
4
3
2
10
5,0
1,0
0,5
0,2
0,6
1,0
Velocity (m/s)
Dyer 1986
http://www.youtube.com/watch?v=Yfg8LiobIVg&feature=bf_prev&list=PL1C5B27390A53B292&index=11
Sequência de Formas de Leito com aumento da
velocidade do fluxo
FUNDO PLANO DE FLUXO INFERIOR – movimento incipiente do
grão e início de aglomerações de grãos em zonas com menores
tensão.
RIPPLES – produzidos por correntes mais lentas e grãos mais finos
– manutenção da camada limite viscosa. Superficie da água não é
perturbada. D < 0,7 mm, L > 30 cm, H > 5 cm, H/L > 1/10.
Comprimento aparentemente associado a D --> L = 1000 D
erosão
deposição
DUNAS – ripples maiores dimensões. Formam-se com areia média
a grossa e deformam a superficie da água.
100’s m > L > 60 cm, 10’s > H > 5 cm, H/L > 1/17. Existe dependência de H e L com a profundidade (h): L ~ 5 h e H ~ 0,167 h.
FUNDO PLANO DE FLUXO SUPERIOR – intenso transporte de
sedimentos sobre um fundo virtualmente plano. Comum observar
pequenas cristas longitudinais ao fluxodo grão e início de
aglomerações de grãos em zonas com menores tensão.
deposição erosão
ANTIDUNAS – em fluxos supercriticos (Fr > 1) um acumulação em
forma de senoide aparece com comprimento L ~ u2g / 2π.
Estacionárias ou em deslocamento contra a corrente
Diagrama de estabilidade das formas de
leito em fluxo unidirecional
Southard & Boguchwal 1990
TENSÕES DE CISALHAMENTO E FORMAS
DE LEITO
VÁRIAS FORMAS DE LEITO EXISTEM, AS QUAIS SÃO ESTÁVEIS ENTRE
CERTOS VALORES DE ENERGIA DE FLUXO.
ZONAS DE SOBREPOSIÇÃO
50
Tensão de Cisalhamento (N / m2)
FUNDO PLANO DE FLUXO SUPERIOR
Uma mesma tensão de cisalhamento
pode ser produzida por um fluxo
10
lento sobre um fundo altamente
rugoso e por um fluxo rápido sobre
DUNAS
fundos com rugosidade suave.
1
RIPPLES
DE
CORRENTE
FLUXO
INFERIOR
BARRAS
DUNAS
SEM MOVIMENTO
TEMINOLOGIA POLÊMICA
0
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1
1,3
Diâmetro médio (mm)
1,5
1,7
Leeder 1992
sand waves, megaripples
RIPPLES
alterações morfológicas com o aumento de
energia
Aumento da energia da corrente
Bi-dimensionais
Tri-dimensionais
Dunas
Bi-dimensional simples
Lee et al. 2006 JCR
Tri-dimensional composta
Elliot e Gardner – in Leede
Com espaçamento variando entre 0,6 m e centenas de metros
Altura variando entre 0,05 m e mais do que 3 m.
Ripples
Acumulação de sedimentos grossos à frente
da face deslizante como resultado da erosão
localizada devido à bolha de separação
Filme
http://faculty.gg.uwyo.edu/heller/SedMovs/Sed%20Movie%20files/McBride%20ripples%20Comp.mov
Existe a tendência geral de aumento da altura e
Comprimento (L) – m
comprimento das dunas com o aumento da
profundidade da água. Repare a
superimposição de formas de leito
Altura (H) - m
Dunas tri-dimensionais
Profundidade (h) – m
Dunas bi-dimensionais
Allen (1980)
Lee et al. 2006 JCR
Lineações de Corrente
Fundo plano em regime de fluxo superior
Veja o filme mostrando o transporte de sedimentos
http://faculty.gg.uwyo.edu/heller/SedMovs/Sed%20Movie%20files/McBride%20lam%20comp.mov
Direção
do fluxo
ANTIDUNAS
ONDAS ESTACIONÁRIAS
Assista o filme
http://faculty.gg.uwyo.edu/heller/SedMovs/Sed%20Movie%20files/antidun.mov
RIPPLES DE ONDA (fluxo oscilatório)
Dimensões –
altura
0,003 m < H < 0,25 m
comprimento
0,009 m < L < 2,0 m
Se formam em profundidades de até 200 m
Ripples de rolamento – com alto
índice, cava rasa e plana sem
movimento de sedimentos – altos
valores de tensão de cisalhamento.
índices (L/H) acima de 7
Ripples com Vórtices - com menores
valores de tensão de cizalhamento, com
altos índices, cava erosiva e cristas
angulosas. índices (L/H) entre 4 e 7
Diagrama de estabilidade de formas leito
Assim como em fluxos
unidirecionais, o aumento da
velocidade orbital causa alterações
morfológicas do fundo que
culminam com um fundo plano.
O comprimento do ripple para cada
tamanho de sedimento aumenta
com o aumento do tamanho da
órbita ou velocidade orbital. A
resposta da forma de leito ao
aumento da órbita é no entanto
mais lenta quanto mais grosso for o
grão.
Quanto menor D (mm) relativo ao
diâmetro da órbita (do) maior será o
comprimento do ripple (L/do ~ 1).
Os ripples se tornam mais planos e
menos esbeltos com o aumento da
diâmetro, ou velocidade, orbital.
Velocidade orbital máxima junto ao fundo (m/s)
geradas por fluxo bidirecional
Leito plano
fluxo de sedimentos em lençol
Ripples de rolamento
Ripples de vórtices
Ripples de onda
Sem movimento
Variação da velocidade do fluxo acima da crista de um ripple de onda. A linha
continua refere-se ao trecho com a suspensão de sedimento monitorado no painel
inferior. O momento exato da situação retratada no painel inferior é o final da linha
continua. Observe a alta concentração de sedimentos sobre a crista e no local de
formação do vórtice.
Villard & Osborne 2002
Journal of Sedimentary Research; February 2009; v. 79; no. 2; p. 83-93; DOI: 10.2110/jsr.2009.012
Experimento em tanque para investigar a forma dos
ripples e a estrutura sedimentar resultante. Ripples
separados em grandes (LWR) e pequenos (SWR)
D50 = 0,12 mm e 0,8 mm
0,95 m < do < 4,50 m
0,20 m/s < Uo < 1,40 m/s
4.5 < T < 12 s
Tamanho (altura e comprimento) dos grandes ripples de onda ajusta-se com o
tamanho da órbita das ondas. Pequenos ripples de onda não se ajustam.
𝒅𝒐 =
𝑯
𝒔𝒔𝒔𝒔
𝟐𝝅𝝅
𝑳
Regionalização
da movimentação
dos sedimentos
sob condições de
ondas de SE
Assimetria das formas de leito e direção de
transporte de sedimentos
Megaripples na saída da Baía de São Francisco
B
A
Barnard et al. 2006
36
40
44
48
52
A assiemtria das formas de leito permitem inferir a
direção do transporte de sedimentos e o
mapeamento contínuo de sua posição, as taxas de
transporte
Barnard et al. 2006
Medição do Transporte de Sedimentos a
partir da migração das formas de leito
( H 2x L) x
Qual a unidade?
deslocamento (m)
Intervalo de tempo
Recursos na Web
• Apresentação de Cummings et al. sobre ripples de onda
http://www.searchanddiscovery.net/documents/2009/50227cummings/ndx_cummings.pdf
Mais no FTP
• Campos e Dominguez. 2010. Mobility of sediments due to wave action on the
continental Shelf of the northern coast of the State of Bahia. Brazilian Journal of
Oceanography, 58(special issue PGGM):57-63, 2010.