第七章風成與黃土地貌Chapter7AeolianandLoessLandformsADustStormonApril19,2002一、風沙作用1.風蝕作用地表物質在風力作用下脫離原地，稱為風蝕作用。起動風速風蝕作用吹蝕作用磨蝕作用振動顆粒受力分析u——風速F1——風對顆粒的作用力F2——顆粒的重力（F2=mg）h——抬升高度V——顆粒質心運動速度F1要為顆粒的平動、轉動和抬升作功。風的磨蝕作用2.風速隨高度的變化在地表附近，風受到地面摩擦阻力的影響而降速。在穩(wěn)定的床面上，風速與高度的對數(shù)成正比。U=5.75(/)1/2lg(Z/Zo)根據(jù)風洞實驗，Zo=0.081lg(d/0.18)，d為顆粒直徑。Zo和d的單位均為毫米。U——高度Z處的風速——地面的剪切力（拖曳力或阻力）——空氣密度Z——地面以上的高度Zo——是一個與地面粗糙度和空氣粘滯性有關的參數(shù)3.風的搬運作用懸移——躍移——蠕移風的搬運作用懸移躍移蠕移躍移顆粒受力分析下降顆粒對地表的碰撞u——氣流運動速度V——顆粒運動速度F1——風作用力Fg——重力F2——浮力max=F1may=F2-Fg在x軸方向動量守恒：mV1sin1=mV2sin2Figure18.2Therelationshipbetweenwinddragvelocityandparticlediameter.Thefluidthresholdistheminimumwindspeedneededtoinitiategrainmovementbytheforceofthewindalone.Theimpactthresholdistheminimumwindspeedneededtosustainthemovementofagrainthathasbeenfirstsetinmotionbytheimpactofanotherparticle.

輸沙率(Q)與風速(u)的關系Q=1.47×10-3×u3.7風的搬運作用Figure18.1TheawesomefrontofaduststormapproachingSpringfield,Colorado,inthespringof1937.Thisstormproducednearlytotaldarknessforahalfhourperiod.(AP/WideWorldPhotos)

4.風積作用挾沙氣流前進中受到山體阻擋，或遇到地面草叢、建筑物等阻擋，風速減慢，形成沙粒堆積。2002年4月19日塔克拉瑪干沙漠庫布齊沙漠庫布齊沙漠茫茫無際的塔克拉瑪干沙漠鞍山一尾礦庫大風揚沙鞍山一尾礦庫外側的風沙堆積鞍山風沙堆積掩埋了小樹Figure18.5Globaldistributionofsandcoveredregions.Figure18.22Globaldistributionofdesertareasandofareaswheredesertificationisoccurring.5.影響風成地貌的因素（1）地面物質組成地面組成物質的粒度、硬度和細粒物質含量影響風成地貌發(fā)育。沙粒供給不足，只能形成低矮沙丘，或較大礫石殘留下來形成礫漠。沙粒供給充足，形成高大沙丘。較軟的砂巖、泥巖、粉砂巖，經風蝕形成風蝕蘑菇、風蝕城堡等。（2）地面高低起伏山地是風沙流運行的障礙，在山地迎風一側沙粒大量堆積，形成巨大沙丘，越靠近沙地，沙丘相對高度越大。沙丘本身的高度也影響沙丘移動速度，風力相同時，沙丘越高，移動速度越慢。沙丘移動速度(D)和沙丘高度(H)的相互關系1/HD(m/a-1)（3）植被及含水量植被對沙丘的發(fā)展和變形產生巨大的影響。植物生長，增大地面的粗糙度，使地面附近的風速降低，并阻礙氣流對沙質地面的直接作用，使風的吹蝕、搬運能力降低。沙中含水量越高，粘滯性和團聚作用越強，沙粒的起動風速越高。（4）氣流特征氣流特征指氣流的含沙量及氣流的運動方向。當風速超過起沙風速時，風速越大，風沙流中含沙量越大。風向對沙丘的運動方向和形態(tài)都有影響（后面詳述）。（5）人類工程經濟活動具有雙重作用特征。二、風蝕地貌1.石窩（風蝕壁龕,Tafoni）陡峭的巖壁受風沙的吹蝕和磨蝕，巖壁表面形成大小不等，形狀各異的小凹坑，使巖石表面呈現(xiàn)蜂窩狀外貌，稱為石窩。石窩的直徑多數(shù)約20cm，深度約10-15cm。Blowhole（風蝕穴）2.風蝕蘑菇(Mueshroomrocks)近地面的風沙流含沙量較大，對孤立巖石的下部侵蝕較強烈，形成風蝕蘑菇。搖擺石（或風動石）——風蝕蘑菇頂部墜落。3.風蝕柱（Deflationcolumn）產狀水平，垂直節(jié)理發(fā)育，巖性單一的地區(qū)，經風蝕形成。美國亞利桑那州巨碑谷中的風蝕柱Erosionoftheflat-lyingsedimentsoftheColoradoPlateau.Mesa（方山）Butte（尖山）Chimney（石柱）4.風蝕塔（Wind-erodedtower）準葛爾風城5.風蝕城堡(Wind-erodedcastle)水平巖層，垂直節(jié)理發(fā)育不勻，經風蝕而形成貌似城堡的地形。Figure18.16MonumentValley,innorthernArizona,containsalargenumberofresidualsandstonebuttesandmesas.SeenhereisoneoftheMittens.(E.D.McKee,USGS)

Butte——尖山；mesa——平頂山;Monument——紀念碑6.雅丹（Yardan）雅丹為維吾爾語，意為風蝕壟槽。在極干旱地區(qū)，一些干涸的湖底常因干縮裂開，風沿裂隙吹蝕，使平坦的地面出現(xiàn)很多背鰭形壟脊和寬淺溝槽，這種支離破碎的地面稱為雅丹。雅丹地貌雅丹地貌新疆羅布泊雅丹地貌新疆羅布泊雅丹地貌河西走廊玉門關以西的風蝕雅丹群NaturalArches7.天生橋（NaturalArches）8.風蝕谷和風蝕洼地風蝕谷——沖溝被風長期吹蝕改造形成。風蝕洼地——松散物質組成的地表，被風長期吹蝕形成洼地。馬蹄形的風蝕洼地Figure18.17Down-weatheringprocesses,whichpredominateinhumidregions,resultinthegradualreductionofslopeanglesthroughtime.Back-weatheringprocesses,whicharecharacteristicofaridregions,causetheslopestomaintaintheirsteepnessastheyareeroded

9.干旱區(qū)斜坡的演化Figure18.19Threestagesintheerosionofanupfaultedblock(ahorst)inanaridclimate.Astheblockiserodedback,theremaininguplandsegmentsretaintheirsteepslopes.Interiordrainageexistssothatsedimentsaretransportedonlyintotheadjacentbasin.Photo:Aerialviewofresidualmountains,apediment(山麓剝蝕面)surfacecoveredwithcoalescing(聯(lián)合的)alluvialfans(formingabajada),andaplayanearLasVegas,Nevada.Figure18.21Viewof“TheOlgas,”aconglomerateinselberg(島山)intheAustraliandesert.(E.D.McKee,USGS)三、風積地貌1.新月形沙丘(BarchanDune)新月形沙丘縱剖面兩坡不對稱，迎風坡坡形微凸而平緩，坡度一般10o-20o，背風坡（落沙坡）坡形下凹，坡度一般28o-33o，最高達36o。由單向風或幾個近似方向風的作用形成。翼脊Figure18.7Profileviewofasanddune,withbackslopeintheforegroundandsteeperslipfaceoverthedunecrest.

新月形沙丘形成示意圖渦流餅狀沙堆盾形沙丘雛形新月形沙丘新月形沙丘2.縱向沙壟(Longitudinaldune)順著主要風向延伸的壟狀堆積地貌。壟體較為狹長平直，縱向沙壟的不同部位，形態(tài)不一，其前端有明顯的迎風坡，中部壟脊平緩，兩側斜坡較對稱，沙壟的尾部斜坡較平緩。新月形沙丘發(fā)育成縱向沙壟成因：新月形沙丘演化而成單向風和龍卷風共同作用受山口或埡口影響（在背風一側順風向發(fā)育）草叢沙堆相互連接形成“Y”形交匯沙壟形成的卷軸渦流假說3.新月形沙丘鏈(Barchanchain)在兩個相反方向風的作用下，新月形沙丘的翼角彼此相連，形成新月形沙丘鏈。新月形沙丘鏈平面圖頂部擺動的沙丘鏈剖面圖4.橫向沙壟(Transversaldune)橫向沙壟是一種巨型的復合新月形沙丘鏈。長10-20km，高50-100m，兩相鄰沙丘鏈之間的距離達1.5-3.0km。其間被一些與沙壟垂直的短小新月形沙丘鏈所分割，形成一個個封閉的低地。5.梁窩狀沙地(Gratedsandsheet)是一種半圓形的凹地，凹地的邊緣有一形似新月形沙丘的弧形壟脊。梁窩狀沙地由橫向沙丘鏈發(fā)展而成。當兩個風向相反而風力不等的風交替作用時，形成擺動前進的橫向新月形沙丘鏈。在略有植被的地區(qū)，如果有一部分沙丘鏈前進受阻，另一部分沙丘鏈與它相接，就形成梁窩狀沙地。Figure18.9Art:(a)Barchandune:Acrescent-shapeddunewithhornspointingdownwind.Theyexistonhard,flatfloorsofdesertswherethereisconstantwindandalimitedsandsupply.(b)Transversedune:Adunethatformsawavelikeridgetransversetowinddirection.Theyexistinareaswithabundantsandandliltlevegetation.(c)Parabolicdune:AU-shapeddunewiththeopenendoftheUfacingupwind.Someformbythepilingofsandalongtheleewardandlateralmarginsofagrowingblowout.(d)Longitudinaldune:Along,straight,ridge-shapedduneorientedparalleltowinddirection.Theyexistindesertswithlimitedsandsupplyandstrongwindsfromoneprevailingdirection.Photo:ComplexdunaltopographyintheNamibDesertsouthwestoftheKuisebRiver,Namibia.(E.DMcKee,USGS)

Barchandune——新月形沙丘；crescent-shaped——月牙形的；horn——喇叭，角；Parabolicdune——拋物線沙丘；克孜爾庫姆東部的梁窩狀沙丘古爾班通古特沙漠西南部的梁窩壯沙丘6.蜂窩狀沙地(Honeycombeddune)蜂窩狀沙地是一種圓形碟狀洼地與分割它們的丘狀地形的總稱。這種沙地比較固定，只是本身形態(tài)受風力作用而有所變化。沙漠區(qū)夏季地面受太陽光照射溫度巨增，引起空氣強烈對流，形成龍卷風。受龍卷風作用形成蜂窩狀沙地。7.金字塔形沙丘（Pyramidaldune）又稱錐形沙丘金字塔形沙丘具有明顯的三角形棱面（可有3~4個棱面，最多可達5~6個棱面），兩棱面間有一狹窄的沙脊，高度可達100m以上。每一個棱面代表一種風向。金字塔形沙丘是氣流向前運動時，遇到山體阻擋，產生折射，形成多個方向的干擾型風，由其作用形成金字塔型沙丘。新疆且末、于田之間的金字塔沙丘群（航空像片）8.干鹽湖（playa）Figure18.12FaultblockmountainsandsaltencrustedplayasarecommongeomorphicfeaturesintheGreatBasinofthewesternUnitedStates.(JohnS.Shelton)Figure18.14Dendritic（樹枝狀）streamchannelscoverthesurfaceofaflat,structurelesslandscapeinsoutheasternCalifornia.Denservegetationinthechannelsservestoaccentuate（增強）thedrainagepattern.(JohnS.Shelton)四、黃土的成因1.黃土的定義黃土是第四紀地質時期形成的，具有特殊性質的土狀堆積物。顏色——灰黃-棕黃色粒度——質地均一，以粉砂為主(0.05-0.005mm＞50%)。化學成分——富鈣（CaCO3=10%±），有時含鈣質結核。結構——疏松、多孔，無層理，垂直節(jié)理發(fā)育。工程特性——遇水易崩解，具有濕陷性。2.黃土的成因有140多種說法，主要的有20多種，最主要的有4種。（1）風成論（劉東升教授）在第四紀寒冷氣候階段，由風搬運，再沉積下來，經過成土作用，形成了黃土。（2）水成論Fgl（冰水沉積）,l（湖積）,dl（坡積）,pl（洪積）,al（沖積）等沉積后，再經黃土化作用形成。（3）殘積說（4）多成因說（北京大學，吉林大學）Figure18.11Globaldistributionofmajorloess-coveredregions.

四平附近黃土堆積五、黃土地貌1.黃土溝谷地貌黃土區(qū)溝谷發(fā)育，地面支離破碎。根據(jù)黃土溝谷發(fā)生的部位，溝谷的發(fā)育階段和形態(tài)特征，可以將黃土溝谷分為以下幾種。（1）紋溝(Rill)黃土坡面上的片狀水流，由于坡面微小起伏，或石塊、植物根系、草叢的阻礙，時而會合，時而分散，侵蝕坡面，形成細小溝槽——紋溝（右圖A）。特點——沒有溝緣線，溝底縱剖面線與坡面縱剖面線一致，耕犁后消失。（2）細溝(Groove)片流逐漸匯集成細小水流，侵蝕坡面，形成細溝。細溝的寬度一般不超過0.5m，深度約0.1~0.4m，長數(shù)米至數(shù)十米。細溝的溝底縱剖面線呈上凸形，下游開始出現(xiàn)跌水，橫剖面呈寬淺的“V”字形，溝坡有明顯的轉折（右圖B）（3）切溝細溝進一步發(fā)展，下切加深，切過耕作土層，形成切溝（右圖C）。切溝的寬度和深度均可達1~2m，長度可超過幾十米。特點——溝底縱剖面坡度與斜坡坡面坡度不一致，溝床多陡坎，橫剖面有明顯的谷緣。（4）沖溝(Gully)切溝進一步下切侵蝕，其縱剖面呈一下凹的曲線，而坡面線為一上凸的曲線，形成沖溝（右圖D）特點——溝頭和溝壁都較陡，規(guī)模較大，長度可達數(shù)公里~數(shù)十公里，深度達數(shù)十米~百米。溝頭上方常有陷穴。Figure18.20A“classic”alluvialfaninCalifornia’sDeathValley.(JohnS.Shelton