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06-3 地球外营力的地质作用

 生态学时空 2021-11-20

本文内容为复旦大学在中国大学MOOC网站上《自然地理学》课程的图文课件。如果你对该内容有兴趣,请扫描二维码参加该课程的学习。

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同学们好!


学习完内营力的作用,我们知道了内营力如何使地表变得高低不平了,那么之后的打磨工作,就由我们今天要介绍的外营力来完成了。确切地说,外营力是地球外部产生的一些动力,包括流水、冰川和风等。它们能破坏地球表面的岩石,使岩石变成碎石、沙、泥土,很多时候是一种搬运作用,将它们搬运到其他地方。

水在太阳辐射的影响下,不断地进行着循环,并转化为强大的动能,成为改变地表面貌的重要因素。大气的降水、河水的流动、地下水的活动等等,一方面破坏地表及地下一定深度的岩石,一方面又形成新的岩石,一般概括为侵蚀、搬运和沉积三大作用。所以,水在塑造地表形态的作用中占有极为重要的地位。

首先来看河流的侵蚀作用。作为一种侵蚀,肯定是对侵蚀目标的范围进行加长、加深和加宽。这在河流侵蚀中,一般称为溯源侵蚀、下蚀和侧蚀,我们总结在这张表中。溯源侵蚀是向河流源头的方向侵蚀,使河谷不断向源头方向继续伸长;垂直于地面的下蚀作用,可以使河床加深。垂直于两则河岸的侧蚀,则能使谷底展宽,河流向横向方向发展。

我们在前面讨论河流的时候,说到河流的上中下游,其实也就是河流发育的一般过程。在第一阶段,上游的降水和冰川融水汇成沟谷流水,通过溯源侵蚀和下蚀,形成初级河谷,这个时候多为V形谷或峡谷;在中游,V形谷形成后,河流的下蚀作用减弱,侧蚀作用加强,河流在凹岸侵蚀,在凸岸堆积,河谷出现连续的河湾;在下游,河湾不断地向两侧扩展,最终将河谷拓宽,并在河谷内堆积大量泥沙,这时河谷的发育进入成熟期,河谷较宽,横剖面呈槽形。

我们刚才讲到,在河流的上游以及山区,由于河床的纵向比降和流水速度很大,因此河水在垂直方向上的分量也很大,产生较强的下蚀能力,使河谷加深的速度快于拓宽的速度,从而形成在横断面上呈“V”字形的河谷。著名金沙江的虎跳峡,其江面最窄处仅有30米。我们顺便比较一下,如果是冰川侵蚀,则会形成U型谷。为什么流水侵蚀会形成V型谷,而冰川侵蚀作用,会形成U型谷呢?请大家在学完本节后面的课程后,好好分析一下这个问题。

物质是平衡的,河流在上游侵蚀,获得的大量泥沙,一定会有个去处。那么冲积扇平原和冲积平原的形成就是两个重要的去处。

冲积扇平原是河流由山地进入平原的那一地区形成,进入平原后河床坡度骤减,流速降低,水流搬运能力减弱,从而把挟带的碎屑物质堆积下来,形成顶端狭窄、外缘宽大的扇形冲积平原。冲积扇平原的形状很特别,像一把打开的扇子。不过,这里的河床很容易改道,往往发育成辫状水系。

这是国际空间站宇航员2006年拍摄的西藏 雪山山麓的冲积扇照片。青藏高原上的 毛拉里湖泊 由雪山融水提供水源。在经年累月的过程中,冰川融水形成特殊的冲积扇地形。冲积扇越来越大,最终将河水阻隔,形成湖泊。

再来看成都平原,就是由发源于 川西北高原的岷江、沱江及其支流等8个冲积扇重叠联缀而成的复合冲积扇平原。

冲积平原,则出现在河流的下游。尤其当河流蔓延到河道之外时,泥沙在河的两岸沉积,冲积平原便逐渐形成。

其实,任何河流在下游都会出现沉积现象,尤其是一些较长的河流更为明显。世界上最大的冲积平原是亚马逊平原,乃由亚马逊上游的泥沙堆积而成。

中国的黄淮海平原和长江中下游平原亦属冲积平原的地貌。黄淮海平原也称华北平原,因为黄河、淮河、海河和滦河等河流所塑造的地貌构成了华北平原的主体,构成了黄河冲积扇平原、淮河中下游平原、海河中下游平原、滦河下游冲积扇平原的结合体。

长江中下游平原,包括中国长江三峡以东的中下游沿岸带状平原,中部和沿江沿海地区形成泛滥平原和滨海平原,为中国水资源最丰富的地区。

珠江三角洲平原是西江、北江和东江入海时冲击沉淀而成的一个三角洲。它面积不大,但是生产力强,每平方公里能养活近千人,为热带地区开发最好的平原。

我们都知道,两点之间,直线最短。但是河流在自然流动过程中,笔直的河道是很少见的,河流为什么会这样舍近求远呢?那是因为,在稍有弯曲的河道上,水流一般形成螺旋状前进的环流,使得流速很急的主流冲向凹岸,这样凹岸就经受强烈的侵蚀。相反,在凸岸因为水的流速降低,泥沙在此不断堆积,于是,凸岸越来越凸,凹岸越来越凹。上述过程反复不断,河道就变得十分曲折。如果从地转偏向力角度来看,北半球河流右岸易受侵蚀而成为凹岸,南半球则是河流左岸易受侵蚀而成为凹岸。当然,如果原来河谷因受构造、地形起伏及走向的原因,已先期存在凹岸、凸岸的形态,那么不管该河位于哪个半球,河流都将因为保持惯性前行而冲刷凹岸,使河流曲流出弯曲度更大。

荆江是典型的婉蜒性河道,特别是下荆江一带,全长240公里的堤岸,其实只有80公里的直线距离,江水在这里绕了16个大弯,这就是长期的泥沙淤积和流水侵蚀作用所造成的。

曲流进一步发展,也许会形成牛轭湖。什么是牛轭呢?可能现在的年轻人也不知道它是啥样子。瞧,就是耕地时套在牛颈上的曲木,是不是很形象?当河道进一步弯曲的,相邻两弧圈相搭,流水直接切穿曲流颈部形成一条新河道,从而废弃原先的弯弧。在被废弃的弯弧里,水流速度减弱,两端逐渐被泥沙淤塞,构成牛轭形状的湖泊。也有人说,这应该叫月牙湖,有诗意。不知道大家是否还记得,我们在前面介绍湖泊的课程中,确给大家提到过月牙湖。虽然这两种湖泊的形状有些相似,但形成机理是不同的,那个月牙湖是风成湖,是风对沙丘的作用所造成的,大家注意区别。

万里长江,从青藏高原奔腾而下,由滇西北进入云南,与澜沧江、怒江一起,一直并肩在横断山脉的高山深谷中穿行。到了丽江县的石鼓镇,金沙江突然来了一个百多度的急转弯,掉头折向东北,形成罕见的“V”字形大弯,称为长江第一湾。但长江第一湾的成因是一个复杂的科学问题,至今还悬而未决。目前大致获得认识是:古金沙江支流 水洛河汇入古金沙江的河汊而形成。所以,长江第一湾与我们前面所说的河道曲流或湾流的形成机理是不同的。

瀑布在地质学上叫跌水,即河水在流经断层、凹陷等地区时垂直地从高空跌落的现象。造成跌水的悬崖在水流的强力冲击下将不断地坍塌,使得瀑布向上游方向后退并降低高度,最终导致瀑布消失。所以,在河流存在的时段内,瀑布只是一种暂时性的特征,它最终会消失。河流总是透过侵蚀和淤积过程来平整流动途中的不平坦之处。足够时间后,河流的坡度曲线会形成一平滑的弧线河源处最陡,河口处最和缓,瀑布只是暂时中断了这条弧线。

前面谈的都是流水的物理侵蚀作用,其实水的化学侵蚀作用则更为细腻而巧夺天工。那就是我们现在将要讨论的岩溶地貌。水对可溶性岩石所进行的作用,统称为喀斯特作用。一般指碳酸盐岩分布地区或存在流经石灰岩的地下水所特有的作用,由此而形成的地表和地下形态,又可总称为喀斯特地貌。喀斯特是什么?原来喀斯特(Karst)一词是源自前南斯拉夫西北部一个伊斯特拉半岛 对碳酸盐岩高原的名称,意思是岩石裸露的地方,因为近代喀斯特研究发轫于该地,因此得名“喀斯特地貌” 。

但其实,中国有更大规模的岩溶地貌,不仅面积大,而且分布广,其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大。因此,有人说,称喀斯特地貌,不如叫桂林地貌可能更合适一些。有关桂林山水更多的故事,在“中国的山川景观”中,将专门介绍。

说完了陆地上的水和河流,我们再说海。海岸带的地貌营力包括波浪、潮汐和海流等。波浪通过冲刷、研磨、溶蚀等使海岸线逐渐后退的过程称海蚀作用,会形成各种海岸侵蚀地貌,简称海蚀地貌;如果波浪搬运海底砂砾物质,并在一定的条件下堆积起来的过程,称为海积作用,形成各种海岸堆积地貌,简称海积地貌。另外,潮汐周期性的升降会改变海岸带波浪作用的强度,同时也会搬运泥沙,对海岸带地貌造成显著的影响。

海岸受到侵蚀后,在平台上残留这样突立的岩柱,称海蚀柱。

海岸激浪的强烈冲刷作用,在海岸岩石的裂隙部位,通常可发育出一些洞穴,宽度大于深度的称海蚀穴,深度大于宽度的称为海蚀洞。海蚀穴顶的岩石因下部掏空而不断崩塌,这样形成的悬崖称为海蚀崖。

如果侵蚀后,向海突出的岬角同时遭受两个方向波浪的作用,可使两侧海蚀穴蚀穿成拱门状,称海蚀穹。

冲入洞中的浪流会对密封在里面的空气产生压缩作用,有时候可将洞顶击穿,这样的结构称为海蚀窗。

海蚀崖不断后退,在陡崖的前方留下一个向海微倾斜的基岩平台,称为或波切台。由于岩性和构造的差异,波切台表面遍布几十厘米高的岩脊,称岩脊滩。

在沙质海岸,波浪在向海运动的过程中,由于速度逐渐减慢,会将大量的沙子堆积在海岸地带,形成沙滩。

有关地球上液态水的作用,我们就讲到这里。地球外营力的作用,除了水的流动,还有大气的运动,也就是风。

在风力较大的地区,风携带沙子对地表的岩石打磨,这称为风蚀作用。风蚀作用形成风蚀地貌。风蚀地貌一般多出现在沙漠地区,这些地貌,有些被沙丘所掩埋,一般可能看不见;还有一些,在大风区域有广泛的出露,特别是正对风口的迎风地段,往往发育得更为典型。下面我们就介绍一些典型的风蚀地貌。

在风向比较固定的风力作用下,沙粒往往堆积起来,形成外形类似新月的沙丘,这叫新月形沙丘。

一些孤立突起的岩石经风蚀作用,可能形成蘑菇状的岩体,称为风蚀蘑菇,这多发生在垂直节理发育得不是很坚硬的岩石中,由于近地表的岩石基部受风蚀作用强,而顶部受风蚀作用弱,逐步形成上部大、下部小的蘑菇状。

但对于垂直节理发育岩性比较坚硬的岩石来说,在风蚀作用下可能形成孤立的柱状岩体,这称为风蚀柱。

雅丹地貌是一种奇特的自然景观,出现在砂岩和页岩相间分布的地区。是在风力侵蚀的基础上发育起来的。由于岩性软硬不一,风力吹蚀具有差异性,结果形成了许多层状墩台,相对高度多为1030米,墩台的顶部很平坦。“雅丹”在维吾尔语中是“具有陡壁的小山包”的意思,现泛指干燥地区的一种风蚀地貌。雅丹地貌,也俗称风蚀城堡,或简称风城,其中位于乌尔禾的风城又称“魔鬼城”。如果在月黑风高的晚上来到这里,的确有些渗人的。

另外,我之前给大家介绍的月牙湖,就是风和水共同作用的产物,所以我们在介绍湖泊的时候称之为风成湖。

水这个物质呀,真的是很神奇的,我们前面用了很大的篇幅介绍了液态水的地质作用,现在我们又将介绍固态水的作用。二者特意不放在一起介绍,关键是其差别太大了。

地球陆地表面有11%的面积为冰雪所覆盖,主要分布在极地、中低纬的高山和高原地区。第四纪冰期,欧、亚、北美的大陆冰盖连绵分布,曾波及比如今更为广阔的地域,给地表留下了大量冰川遗迹。冰川和它所携带的岩石碎块对地面进行挖掘和磨削叫冰蚀作用。相应所形成的地貌,称为冰蚀地貌。据估计,冰川的全部侵蚀力可达一般河流的10—20倍。

刚才说,冰川及其携带的岩石碎块对地面会进行挖掘和磨削的作用。这也是冰川侵蚀的两种主要方式。一种是刨蚀作用,由冰川所挟带的碎屑物在冰川滑动过程中象磨石一样不断锉磨冰床。冰川本身各部分的运动速度也是不同的,表面快、底部慢、中间快、两侧慢,因此它们彼此之间也会互磨。另一种是挖蚀作用,这也是冰川所特有的,冰川本身有巨大的重量,所产生的压力能使冰床上的岩石沿节理产生松动,突出的部分与冰冻结在一起,冰川向前移动时,可把岩块掘出带走。或者,冰融水流入基岩的裂隙,冻结时,促使岩石胀裂,这被融冻风化作用破坏的基岩呢也可被冰川带走。挖蚀的结果可以扩大冰斗,加深冰床并使冰川凹凸不平。

冰川在运动过程中,不断地侵蚀底部岩石和侧面岩壁,往往形成冰斗和角峰,及其他各种冰川结构。

冰斗一般发生在雪线附近,由冰蚀作用造成的三面环山,后壁陡峻的半圆形洼地,其出口向山坡前方,口上常有凸起的岩坎,整个地形就类似一把汤匙,或者说是一把太师椅,这也是调查冰川遗迹的重要标志之一

雪山顶上有一个金字塔形的尖峰,顶峰突出成尖角,称为角峰,这种尖角是雪山特有的结构。在冰斗不断扩大和后退过程中,使山坡受到显著刻蚀,两个相邻冰斗间残留的岭脊,便成为像刀子一样的刃脊。一般由三个以上的冰斗所夹峙的残留山峰,便成了角峰。该图是世界第一高峰珠穆朗玛峰的照片,角峰高出冰斗底部达到300米。

天下有无数雪山,也就产生了无数的冰斗。但奇怪的是,这些冰斗,虽然生于不同时代,发育在不同地区,但其模样却非常相似,想找个不同的另类还真有些难。说起冰斗和角峰合在一起的形状,虽然不复杂,但还真不好形容。有人说它很像一个仰放的蚌壳,中间有个洼,前面有道坎,后边有弧形大坡。上面还有一个尖尖的三角形,真是形象极了。

正常冰斗的下方,一般会发育出冰川。上游如果有更大的冰川经过该地,就会将冰斗下的小冰川刮去,并将沟谷下切,冰川越大,下切力量就越强,最后将沟谷切得越来越深,冰斗就被悬空,高挂在上。图中这处冰斗,正是遭遇到这种命运的冰斗之一。冰川刮出的山谷,断面呈“U”形,这是它最大的特点。我们前面比较过,流水切割出的沟谷,断面多呈“V”形。

高山冰川向下运动时,把地表物质刨掉并带走,下降到一定高度时,冰川融化,因此携带的大小石块被散落到原地。

冰川周围嶙峋的角峰,经常有岩屑碎块崩落。如果较大体积的岩块覆盖在冰川上,遮住了太阳辐射,当周围的冰全部融化了,而大石块下的冰却没有融化,就能生长成大小不等的冰蘑菇。

黄土在世界上分布相当广泛,占全球陆地面积的十分之一。中国是世界上黄土分布最广、厚度最大的国家。典型的黄土地貌有以下特征:1)沟谷众多、地面破碎,素有“千沟万壑”之称;2)侵蚀方式独特,是水力、风力、重力和人为作用的共同作用;3)沟道流域内存在多级地形面,一般有三级:各流域的最高分水岭为第一级,其顶面高程彼此相近,为黄土的最高堆积面;降低6080米为第二级;再降低4060米为第三级。

黄土地貌的主要类型有黄土塬、黄土梁、和黄土峁。我们先来看黄土塬,它是指黄土高原面上表面相对平坦的地形,形似平原,周围为沟谷切割,它代表黄土的最高堆积面,是黄土覆盖在大片平整古地形上形成的。

黄土梁是指高原面上的一串山岭,是长条形的黄土丘陵。梁顶较狭窄,呈明显的穹形,当然也有平顶梁。

黄土茆,是指围着高原上一个独立的小山丘,开辟的一圈圈的梯田地形。峁是穹状的黄土丘陵。峁顶面积不大,呈明显的穹起,整个外形象馒头。

下面我们再介绍几个非典型,但也非常重要的地貌现象。首先是戈壁,是世界上巨大的荒漠与半荒漠地区的地貌特征之一。戈壁多数地区不是沙漠而是裸岩。也就是说,这样的地区,细沙已被风刮走,只剩下砾石铺盖,地面上缺水,植物稀少。

第二,丹霞地貌。一般认为,有陡崖的陆相红层地貌称为丹霞地貌。丹霞地貌大体来看呈红色,是红色砂砾岩经过长期的风化剥离,以及流水的侵蚀作用,从而形成的山峰和奇岩怪石的特殊地貌。

我国的丹霞地貌分布广泛,全国二十多个省均有分布,但以广东省韶关市仁化县的丹霞山最为出名,这里的丹霞山也是世界上之所以命名这种地貌为“丹霞”的命名地。当然,这里有名的,还有一个阳元石,因为酷似人的某个器官,在远古时期倍受人们的崇拜。

这是张掖祁连山的丹霞地貌群,是中国发育最大最好、地貌造型最丰富的地区之一,特别是窗棂式、宫殿式丹霞地貌,是丹霞地貌中的精品。这些彩色丘陵,色彩之缤纷、面积之大,冠绝全国。来到这里的时候,你会发现造型奇特,色彩斑斓,气势磅礴几个词都不够用。

最后,我们来总结一下,地表内外两种地质力量对地表系统的改造。首先是能量的来源,尽管太阳辐射是地表系统运行与发展的主要能量,但显然地球的内能对地表系统与环境产生了不可忽视的作用与影响。我们已经看到,地内活动对地表环境产生了深刻的影响,包括火山和地震;地核、地幔物质的运动与相变,让地内系统与地表系统不断地进行着物质的交换。地表接受的太阳辐射的差异,导致了行星风带的产生、季风的形成、水汽的运移、洋流的产生以及风化作用的进行。

而行星之外的力量,也对地表环境有重要影响。太阳辐射,当然也属于行星之外的力量,我们就不在这里赘述了。除此之外,还有引力的影响,由于太阳与月亮引力的作用,产生了地球上的潮汐现象。陨石的撞击,导致地震,改变了地表形态,造成陨石坑与环型山;大的撞击还会导致岩石圈的破裂,引起板块分裂与运动。还有太阳风等其他宇宙因素的影响,就不一一列举了。

现在发现,我在外考察的时候,很少将自己照到照片上。在制作本课程的时候,只找到了很少有本人形象的照片。这个是其中之一,是我在张掖丹霞地貌前拍摄的。今天的课也就到此结束。同学们再见!

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