Table of Contents

Непреходящее влияние осадочных пород на Флоридские Эверглейдс

Флоридские Эверглейдс — это не просто болото; это огромная, медленно движущаяся река травы, субтропическая пустыня, непохожая ни на одну другую на Земле. Простираясь на 1,5 миллиона акров, этот объект Всемирного наследия ЮНЕСКО и Международный биосферный заповедник определяется его плоским, казалось бы, однородным пространством. Однако под лесными болотами и мелководьями лежит сложный геологический фундамент, который диктует практически каждый аспект ландшафта. Этот фундамент почти полностью состоит из осадочных пород. Типы, распределение и химические свойства этих пород определили топографию региона, гидрологию и замечательное разнообразие жизни, которое он поддерживает. Понимание влияния осадочных пород имеет важное значение для понимания того, почему Эверглейдс выглядит и функционирует так, как он делает, и почему он остается одной из самых чувствительных экосистем в Северной Америке.

Геологическая история бассейна Эверглейдс

История Эверглейдса начинается миллионы лет назад, во время, когда большая часть Флориды была погружена под теплое, мелкое море. Этот длительный период морского погружения является основной причиной доминирования осадочных пород в регионе. В течение кайнозойской эры остатки бесчисленных морских организмов — раковин, кораллов и карбоната кальция — накапливались на морском дне слой за слоем. Эти отложения уплотнялись и литифицировались в течение геологического времени, образуя толстую известняковую породу, которая теперь лежит в основе всей системы Эверглейдс.

Появление платформы

Поскольку уровни моря колебались из-за ледниковых циклов, части Флоридской платформы периодически подвергались воздействию. В самые последние межледниковые периоды более высокие уровни моря осаждали дополнительные отложения, в то время как более низкие уровни моря подвергали землю выветриванию и эрозии. Результатом является ландшафт, где молодые, более мягкие осадочные породы лежат над более старыми, более консолидированными образованиями. Геологический термин для этого типа установки - карбонатная платформа, и она является одной из крупнейших в мире. Эта платформа слегка наклоняется к югу и юго-западу, тонкий градиент, который незаметен для человеческого глаза, но имеет решающее значение для направления потока воды.

Колебания уровня моря и слои осадков

Наиболее значительные осадочные образования в Эверглейдс — это формация Тамиами и Форт-Томпсон.Формация Тамиами, которая относится к плиоценовой эпохе, представляет собой смесь известняка, песка и глины. Над ней формация Форт-Томпсон состоит из чередующихся слоев пресной воды и морского известняка, отражающих повторяющиеся наступления и отступления моря за последние два миллиона лет. Эти слои сильно различаются по своей пористости и проницаемости, что напрямую влияет на то, как вода движется по земле.

Виды осадочных пород и их характеристики

В то время как известняк является доминирующим типом породы, Эверглейдс содержит несколько различных разновидностей осадочных пород, каждая со своими физическими и химическими свойствами.Эти различия приводят к образованию различных форм рельефа и мест обитания.

Известняк: основание ландшафта

Известняк представляет собой карбонатную осадочную породу, состоящую в основном из кальцита (карбоната кальция). В Эверглейдсе известняк исключительно чист в некоторых районах, содержащий более 95 процентов карбоната кальция. Эта высокая чистота делает его очень восприимчивым к химическому выветриванию слегка кислой дождевой водой и грунтовыми водами. Распад известняка является единственным наиболее важным геологическим процессом, формирующим регион. Поскольку дождевая вода поглощает углекислый газ из атмосферы и почвы, она образует слабую углекислую кислоту, которая медленно съедает известняк, создавая питтированную, нерегулярную поверхность, известную как карстовая топография.

Известняк Майами — особенно важное образование. Он образует оолитовый известняк, лежащий в основе восточной части Эверглейдс, в том числе и горного хребта Майами. Уиды — это небольшие, сферические зерна карбоната кальция, образующиеся в теплой, мелкой, волнистой воде. Эта порода очень пористая и проницаемая, что позволяет воде быстро проникать. Это образование также является источником строительного камня, используемого во многих исторических сооружениях по всей Южной Флориде.

Марл: Почвенный строитель

Марл — более мягкий, неконсолидированный осадочный материал, состоящий из смеси глины и карбоната кальция. В Эверглейдс марл образуется как биологическими, так и химическими процессами. Перифитон, сложное сообщество водорослей, бактерий и других микроорганизмов, произрастающее на погруженных поверхностях, захватывает карбонат кальция из воды. Когда эти организмы погибают, их остатки накапливаются на дне, образуя тонкий, светлый марлевый осадок. Этот материал имеет решающее значение для формирования почвы.

Мраморные почвы, как правило, щелочные и имеют высокий pH из-за содержания карбоната кальция. Эти условия сильно влияют на то, какие виды растений могут процветать. Савграсс (]Кладиевая ямайценция), знаковое растение Эверглейдс, хорошо адаптировано к щелочным, основанным на марле почвам. Там, где марл накапливается на достаточной глубине, он может образовывать субстрат для пресноводных болот и прерий. Однако, марл также легко эродируется и уплотняется, что делает его хрупким фундаментом в районах, подверженных сильному потоку воды или человеческому нарушению.

Песчаные и песчаные месторождения

Хотя менее распространены, чем известняк и марл, песчаник и песчаные отложения играют заметную роль в конкретных районах Эверглейдс, особенно вдоль западной окраины и в Большом болоте кипариса. Эти отложения происходят от выветривания более старых пород во внутренней части Флориды и от древних пляжных и дюнных систем, которые существовали в периоды более высокого уровня моря. Песок в основном состоит из кварцевых зерен, которые очень устойчивы к химическому выветриванию. Слои песчаника проницаемы и могут действовать как местные водоносные горизонты.

Карстовый пейзаж: формируя территорию

Наиболее глубокое влияние осадочных пород на ландшафт Эверглейдса — развитие карстовых особенностей. Карст — ландшафт, образованный из растворимых пород, в первую очередь известняка. В Эверглейдс этот процесс породил набор отличительных рельефов, которые создают топографическую вариацию, необходимую для разнообразия среды обитания.

Решения для отверстий и воронок

Растворные отверстия — небольшие, круговые углубления в известняковой породе, где вода растворяла скалу в течение длительных периодов. Эти отверстия колеблются от нескольких дюймов до нескольких футов в диаметре и могут быть несколько футов в глубину. В сухой сезон растворные отверстия становятся критическими убежищами для водной жизни, такими как рыбы, черепахи и аллигаторы, поскольку окружающие болота высыхают. Водородные отверстия — более крупные версии того же явления. Они образуются, когда обрушивается крыша подземной пещеры. В то время как драматические воронки чаще встречаются в других местах во Флориде, меньшие, медленно образующиеся воронки способствуют неравномерности пола Эверглейдс.

Известняковые райджи и острова деревьев

Не все части известняковой породы растворились с одинаковой скоростью. Области более твердого, более устойчивого известняка - или породы, которая была менее подвержена воздействию кислой воды - стоят выше, чем окружающая местность. Эти возвышенные области известны как известняковые хребты. Наиболее ярким примером является Атлантический прибрежный хребет, который проходит параллельно восточному побережью Флориды и образует восточную границу Эверглейдс. В самих Эверглейдс меньшие хребты и обнажения обеспечивают достаточную высоту над водным столом, чтобы поддержать рост деревьев. Эти возвышенности являются основой для знаменитых островов деревьев региона, также известных как гамаки.

Деревянные острова — это участки лиственных лесов, которые возвышаются над болотом пилы. Они обычно овальные или каплевидные и ориентированы параллельно направлению потока воды. Подстилающая известняковая порода часто несколько выше под этими островами, обеспечивая достаточно сухую корневую зону для деревьев, таких как лимбо гумбо, живой дуб и королевская пальма. Наличие этих островов резко увеличивает биологическое разнообразие Эверглейдс, а их расположение почти полностью контролируется подстилающей осадочной породой.

Пещеры и подземные пустоты

Под поверхностью растворение известняка создало обширную сеть подземных пустот и пещер. Эти полости варьируются от небольших каналов раствора до больших, заполненных водой проходов. Водоносный горизонт Бискейна, обеспечивающий питьевой водой более миллиона человек в Южной Флориде, представляет собой карстовый водоносный горизонт, хранящийся в этих пустотных пространствах в известняке. Высокая проницаемость карстового известняка означает, что вода может быстро перемещаться по недрам, но это также означает, что водоносный горизонт очень уязвим для загрязнения поверхностными загрязнителями.

Водный поток и гидрология: река травы

Термин «река травы», придуманный защитником природы Марджори Стоунман Дуглас, прекрасно отражает определяющую характеристику Эверглейдс: медленный, листообразный поток воды по широкому, мелкому бассейну.Этот поток не случайный; он руководствуется лежащими в его основе осадочными породами.

Проницаемость и пористость

Известняковая основа Эверглейдс очень проницаема, то есть вода может легко перемещаться по ней. Пористость породы — количество открытого пространства в ней — составляет в среднем от 15 до 30 процентов во многих областях. Однако эта проницаемость не однородна. Известняк Майами с его оолитической структурой чрезвычайно проницаем, что позволяет быстро проникать. Формирование Форт-Томпсона с его чередующимися слоями твердого и мягкого известняка имеет переменную проницаемость. Эта изменчивость создает сложную картину потока поверхностных вод и движения грунтовых вод.

Роль Бедрок в глубине и продолжительности воды

Поскольку известняковая порода не идеально плоская, она создает тонкие максимумы и минимумы по всему ландшафту. Эти изменения высоты, измеряемые в дюймах, а не в футах, определяют, насколько глубокая вода стоит на поверхности и как долго она остается там в сухой сезон. Районы, лежащие под более устойчивым известняком, слегка возвышаются и могут быть затоплены только в течение нескольких месяцев года. Напротив, районы, где известняк растворился более глубоко, такие как отверстия раствора и сляпы, могут удерживать воду круглый год. Этот градиент глубины и продолжительности воды, контролируемый коренной породой, является основным фактором, влияющим на распределение растительных сообществ по Эверглейдс.

Подземные воды и водоносный горизонт Бискейна

Эверглейдс — это не просто система поверхностных вод; они тесно связаны с системой подземных вод. Бискайнский водоносный горизонт — это мелкий, неограниченный водоносный горизонт, хранящийся в пористом известняке формирований Тамиами и Форт Томпсон. Вода перемещается между поверхностью Эверглейдс и водоносным горизонтом через проницаемый известняк. Во время влажного сезона вода просачивается вниз, перезаряжая водоносный горизонт. В сухой сезон грунтовые воды могут течь вверх, поддерживая болота и не давая им полностью высыхать. Этот подземно-поверхностный водообмен имеет решающее значение для поддержания гидрологии экосистемы. Здоровье Эверглейдс напрямую связано с здоровьем водоносного горизонта, и оба зависят от свойств осадочных пород.

Экосистемная поддержка и разнообразие среды обитания

Влияние осадочных пород распространяется на каждый уголок экосистемы Эверглейдс. Тип породы и форм рельефа, который она создает, определяют химию почвы, химию воды и доступные места обитания растений и животных.

Marl Prairies vs. Peat Marshes

Две наиболее распространенные растительные общины в Эверглейдс — это мальские прерии и торфяные болота. Марльские прерии образуются на марльовых почвах, где вода относительно мелкая и pH высок. В этих прериях преобладает пилограсс, смешанный с другими осадками и травами. Торфяные болота, напротив, образуются в более глубоких водных районах, где органическое вещество накапливается быстрее, чем может разлагаться. Торф — это кислая, органическая почва, которая образуется в условиях, неблагоприятных для кислорода. Тип осадка — маль против торфа — определяется основной породой и гидрологией, которую он контролирует. В районах, где известняк находится близко к поверхности и вода щелочная, образуется марль. В более глубоких, более устойчиво затопленных районах накапливается торф. Каждый из этих субстратов поддерживает отдельную совокупность видов растений.

Отверстия аллигаторов и биоразнообразие

Аллигаторы играют ключевую роль в Эверглейдс, отчасти из-за их взаимодействия с осадочными породами. Аллигаторы выкапывают глубокие отверстия в известняковой породе с помощью морды и когтей. Эти аллигаторные отверстия по существу являются увеличенными растворными отверстиями. Они служат критическими засушливыми убежищами для водных видов, концентрируя рыб, черепах и других животных в течение сухого сезона. Наличие аллигаторных отверстий, которые могут поддерживаться на протяжении поколений, является прямым следствием способности аллигаторов копать в мягкий известняк. Без осадочных пород такое поведение было бы невозможным, и экосистема была бы менее устойчивой к сезонной засухе.

Пайнлендс и Роклендс

На чуть более высокой земле, где известняковая порода находится близко к поверхности и почва тонкая и хорошо дренированная, ландшафт поддерживает сообщество, известное как сосновая каменистая местность. Это одно из самых находящихся под угрозой исчезновения растительных сообществ в мире. Доминирующим деревом является южнофлоридская сосна (]Pinus elliottiivar.densa), которая растет непосредственно на олитической известняке. Подлесок богат редкими полевыми цветами, кактусами и папоротниками, которые адаптированы к каменистому, щелочному субстрату. Сосновые каменистые земли являются огнезависимыми и требуют периодических ожогов для поддержания их открытой структуры. Без известняковой породы, которая препятствует развитию глубоких органических почв и создает уникальную среду для выращивания, этого сообщества не существовало бы.

Влияние человека и последствия сохранения

Понимание осадочных пород Эверглейдс не просто академическое упражнение; оно имеет прямое значение для усилий по сохранению и восстановлению. Крупнейший в мире проект восстановления экосистем, Комплексный план восстановления Эверглейдс (CERP), опирается на глубокое понимание геологии для управления потоком и качеством воды.

Управление водой и проницаемость породы

Одной из самых больших проблем в восстановлении Эверглейдс является восстановление естественного потока воды. Десятилетия строительства каналов, дренажа и водоотведения изменили гидрологию региона. Высокая проницаемость известняковой породы означает, что вода не может просто удерживаться в одной области; она просачивается через скалу и течет на более низкие высоты. Это делает управление водой деликатным балансирующим актом. Восстановление усилий должно учитывать пористость и проницаемость породы, чтобы обеспечить доставку воды в нужные места в нужное время. Модели потока воды через карстовый известняк являются важными инструментами для планирования проектов восстановления.

Уязвимость к загрязнению

Та же пористость, которая делает водоносный горизонт Бискейна таким продуктивным источником воды, также делает его очень уязвимым для загрязнения. Загрязнители, такие как сельскохозяйственный стоок, стоки септической системы и ливневая вода, могут быстро проникать через пористый известняк и достигать водоносного горизонта. После попадания в грунтовые воды загрязняющие вещества могут быстро распространяться через связанные пустотные пространства. Защита Эверглейдс требует защиты качества воды, которая течет через него, и это означает понимание путей, созданных осадочными породами. Несколько программ мониторинга Национальной службы парков отслеживают показатели качества воды специально из-за быстрого транспортного потенциала через карстовые системы.

Повышение уровня моря и вторжение соленой воды

Повышение уровня моря представляет прямую угрозу для Эверглейдс. По мере повышения уровня моря соленая вода толкает внутрь страны, как через поверхностные водные каналы, так и через пористую известняковую породу. Вторжение соленой воды в водоносный горизонт Бискейна угрожает поставкам питьевой воды. Скорость, с которой проникает соленая вода, контролируется проницаемостью известняка. В районах с высокопроницаемой породой соленая вода может продвигаться быстрее. Исследования USGS показывают, что пресноводная линза, плавающая на вершине более плотной соленой воды, истончается в некоторых районах, процесс, который опосредован карстовой природой породы. Стратегии сохранения должны учитывать эти геологические реалии, чтобы быть эффективными в долгосрочной перспективе.

Заключение

Флоридские Эверглейдс - это пейзаж, который кажется простым, но на самом деле чрезвычайно сложным. Плоское, водянистое пространство, которое приветствует случайного наблюдателя, лежит в основе осадочных пород, которые были сформированы миллионами лет геологической истории. От возвышающихся известняковых хребтов, которые отделяют Эверглейдс от Атлантического побережья до отверстий, которые укрывают жизнь в сухой сезон, каждая особенность этого ландшафта находится под влиянием скал. Типы осадочных пород, найденных в Эверглейдс - известняк, марль и песчаник - определяют, где течет вода, насколько она глубока, и какие растения и животные могут жить там. Для защитников природы, инженеров и экологов, работающих над восстановлением этой уникальной экосистемы, понимание осадочной геологии не является обязательным; это важно. Для читателей, заинтересованных в дальнейшем изучении, Служба национальных парков предоставляет отличный обзор геологии Эверглейдс , и Центр водных наук USGS Флориды публикует подробные исследования по гидрологии и карстовым системам