第十章-风沙黄土地貌

第十章风成地貌与黄土•第一节风沙作用•第二节风成地貌•第三节黄土的分布和性质•第四节黄土地貌类型•第五节黄土地貌发育过程风成地貌与黄土•风成地貌与黄土地貌是干旱和半干旱区发育的独特地貌，它们在时间和空间分布上以及成因上都有密切联系。•风力对地表物质的侵蚀、搬运和堆积过程中所成的地貌，称为风成地貌。•黄土地貌特别是现代的黄土侵蚀地貌，流水的侵蚀作用当然十分显著。然而，黄土(Loess)的堆积地貌、黄土物质的形成中，风力作用是主导作用，是风把干旱沙漠和戈壁地区以及大陆冰川区冰水平原上的细颗粒吹送到半干旱草原区堆积成的。第一节风沙作用风是沙粒运动的直接动力，当风速作用力大于沙粒惯性力时，沙粒即被起动，形成含沙粒的运动气流，即风沙流。风沙流对地表物质所发生的侵蚀、搬运和堆积作用称为风沙作用。在一定粒径范围内，随粒径增大，起动风速也增大。起沙风速与粒径平方根成正比。风力作用下的泥沙起动条件4主要类型一、风沙侵蚀作用（1）吹蚀作用风吹过地表时，产生紊流，使沙离开地表，从而使地表物质遭受破坏，称为吹蚀作用。吹蚀作用的强度与风速成正比，和粒径成反比。（2）磨蚀作用风沙流紧贴地面迁移时，沙粒对地表物质的冲击和摩擦作用，称为磨蚀作用。迎风面的岩壁，特别是砂岩，由于风沙流钻进孔隙之中，不断旋磨，可能形成口小内大的风蚀穴。风力搬运沙量随高度的变化5二、风沙搬运作用地表松散的碎屑物质，在风沙流的作用下，从一处转移到另一处的过程称为风沙的搬运作用。其搬运方式有悬移（悬浮）、跃移（跳跃）和蠕移（推移）细小的沙粒受气流紊动上升分速的作用，而悬浮于空中的搬运方式称为悬移。高处风速/(m.s-1)总输沙量/(g.min-1)蠕移跃移沙量/(g.min-1)所占百分比/(%)沙量/(g.min-1)所占百分比/(%)5.00.780.24310.54696.01.390.31221.08787.02.830.59231.94778.04.050.82203.23809.06.191.15195.048110.09.421.86197.5681平均2278表气流中跃移和蠕移沙量比较风沙运动的三种基本形式（2）跃移跳跃的沙粒和组成地面的颗粒弹性愈大，反跳也愈高，跳起的沙粒又受风速的推进获得能量，前进的水平分速增大，在自重作用下再沉降，再与地面碰撞而跳起，沙粒如此弹跳式的搬运作用，称为跃移。（3）蠕移在低风速时，滚动距离只有几毫米，但在风速增加时，滚动的距离就大了，而且有较多的沙粒滚动；高风速时，整个地表有一层沙粒都在缓慢向前蠕动，这种搬运沙子的方式称为蠕移。三、风沙堆积作用风沙的堆积作用包括沉降堆积和遇阻堆积。在气流中悬浮运行的沙粒，由于风速减弱，当沉速大干紊流漩涡的垂直分速时，就要降落堆积在地表，称为沉降堆积。沙粒的沉速随粒径增大而增大。风沙流运行时，遇到障阻，使沙粒堆积起来，称遇阻堆积。风沙流因遇障阻发生减速，而把部分沙粒卸积下来，也可能全部越过（或部分），绕过障碍物继续前进，在障碍物的背风坡形成涡流。风蚀地貌名称主要特征成因分析风蚀壁龛（石窝）直径约20cm，深10~15cm小凹坑昼夜温差风化、片状剥落、旋转磨蚀风蚀蘑菇上部宽大、下部窄小的蘑菇状地形近地面风沙流，较强侵蚀岩石下部风蚀柱高低不等、大小不同孤立石（土）柱垂直裂隙发育岩石或土体，长期吹蚀风蚀垄槽（雅丹）不规则的背鳍形垄脊和宽浅沟槽干涸湖底、干缩裂开，裂隙扩大风蚀谷沿主风向延伸、底部崎岖、宽窄不均偶有暴雨冲刷（冲沟）、风蚀扩大风蚀洼地小型：椭圆形、沿主风向伸展、深1m松散物质组成的地面、风蚀而成大型：深度可达10m左右流水侵蚀基础上再经风蚀改造风蚀残丘（风城）桌状平顶较多、亦有尖峰状、高10~30m基岩地面，风蚀谷扩展、残留小丘风棱石棱角明显、表面光滑适当沙粒、强风和开阔地面风对地表松散碎屑物的侵蚀、搬运和堆积过程所形成的地貌，称风成地貌。第二节风成地貌风蚀地貌类型划分表•陡峭的岩壁受风沙的吹蚀和磨蚀，岩壁表面形成大小不等、形状各异的小凹坑，其直径大多约20cm，深达10-15cm，有群集，有分散，使岩石表面具有蜂窝状的外貌，称为石窝。•突起的孤立岩石，尤其是裂隙比较发育的不太坚实的岩石，受风蚀作用后而成上部宽大、下部窄小的蘑菇状地形，称风蚀蘑菇。•垂直裂隙发育的岩石或土体，在风长期吹蚀下，形成一些孤立的石（土）柱，称为风蚀柱。•吹蚀沟槽与不规则的垄岗相间组成的崎岖起伏、支离破碎的地面，称为风蚀垄槽。•荒漠区有时一次暴雨能把地面侵蚀成很多沟谷，风就沿着沟谷吹独，沟谷进一步扩大，成为风蚀谷。经长期风蚀后，风蚀谷不断扩大，原始地面不断缩小，最后残留下来的小块原始地面称为风蚀残丘。•风蚀洼地：松散物质组成的地面，经风长期吹蚀形成大小不同的以椭圆形为主的，沿主风向伸展的洼地称风蚀洼地（wind-erosiondepression）。•风棱石（ventifact）是指任何被风携砂磨蚀或磨砂而磨损、切削或抛光的具有多面体的石头或砾石。风蚀柱石窝（风蚀壁龛）玉门魔鬼城-雅丹地貌风蚀城风蚀洼地（敦煌月牙泉）风棱石（克拉玛依）二、风积地貌（1）信风型风积地貌①灌丛沙丘②新月型沙丘③纵向沙垄④抛物线沙丘（2）季风-软风型风积地貌①新月形沙丘链②横向沙垄③梁窝状沙地（3）对流型风积地貌（4）干扰型风积地貌前进中的风沙流在遇障碍物（植物、山体、凸起的地面或建筑物）时，就会因受阻而产生涡漩或减速，使其动能降低而发生堆积，形成各种风积地貌。风积地貌的形态与风沙流的结构、运动方向和含沙量有关。根据风沙流的结构等特征，B.A.费道洛维奇（1954）将风积地貌划分为4种类型：•①灌丛沙丘：风沙流在前进中，遇到障碍物时，便在其背风面发生沉积，形成各种不规则的沙堆，是不稳定的堆积体。•②新月型沙丘：是一种平面形如新月的沙丘。•③纵向沙垄：沙漠中顺着主要风向延伸的垄状堆积地貌。形成原因有：A．由新月形沙丘发展而成；B．由单向风和龙卷风共同作用而成；C．受地形影响而成；D．由灌丛沙堆发育而来。•④抛物线沙丘：其与新月形沙丘相反，沙丘的两个翼角指向风源方向，沙丘的凹侧迎风，平面上像一条抛物线，一般高2~8m。抛物线沙丘是一种固定或半固定的沙丘。二、风积地貌柴达木盆地的沙堆（灌丛沙丘）新月型沙丘纵向沙垄抛物线沙丘（2）季风-软风型风积地貌•是指在2个方向相反的风交替作用时，其中一个风向占优势所形成的沙丘。•季风-软风型风积地貌有：新月形沙丘链、横向沙垄和梁窝状沙地等（3）对流型风积地貌•夏季的沙漠中常形成龙卷风，在龙卷风作用下形成的堆积地貌称为对流型风积地貌。蜂窝状沙地就是这类地貌的代表。（4）干扰型风积地貌•当主要气流向前运动时，遇到山地阻挡而产生折射，引起气流干扰形成的各种地貌。金字塔形沙丘是一种角锥形沙丘，具有三角形面（坡度约30°左右），一般高50-100m。•在荒漠区还可形成一种交错的复合新月形沙丘。如果地面稍有植被，气流受到干扰，改变方向，则可形成格状沙丘。二、风积地貌干扰型风积地貌（金字塔形沙丘）梁窝状沙地新月形沙丘链格状沙丘第三节黄土的分布和性质一、黄土的分布从全球来看，黄土覆盖面积约占地球陆地表面的10%，主要分布在中纬度干旱或半干旱的大陆性气候地区，即现代的温带森林草原、草原及荒漠草原地区，分布于北纬30°~55°左右和南纬30°~40°左右的地带内。中国黄土与黄土状沉积物有约63万平方公里，约占全国总面积的4.4%。黄土大致沿昆仑山、秦岭以北，阿尔泰山、阿拉善和大兴安岭一线以南分布，构成北西西-南东东走向的黄土带。中国黄土分布的海拔高度，从西-东从3000m降到数十米；黄土分布亦受坡向影响，西北坡或北坡黄土堆积较厚，在南坡或东南坡黄土或缺失或堆积厚度不大。二、黄土的性质（1）黄土的成分黄土的成分包括黄土的粒度成分、黄土的矿物成分和黄土的化学成分三部分。①黄土的粒度成分组成黄土的颗粒成分以粉沙为主。在黄土中粉沙(粒径0.05~0.005mm)含量占40%~60%，细粉沙(0.01~0.005mm)的含量一般仅占5%~10%，最多不超过15%。②黄土的矿物成分中国黄土中的矿物组成中碎屑矿物中以轻矿物为主，主要是石英（50%以上），其次是长石（29%~43%）、碳酸盐矿物（10%~15%）和云母（2.5%)。重矿物仅占4%~7%，主要有不透明金属矿物（如磁铁矿、赤铁矿等）、绿帘石类、角闪石类、辉石类和其他硅酸盐矿物。重矿物主要集中在0.05~0.01mm级的颗粒中。③黄土的化学成分化学成分依赖于其主要矿物成分和风化程度，以SiO2占优势，其次是Al2O3、CaO，再次为Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、FeO、TiO2和MnO2。（2）黄土的结构黄土一般具有粒状微结构（偏光显微镜下观察），碎屑组成骨骼颗粒由空隙相连。显著风化的黄土与古土壤一般为斑状结构。黄土的物理性质和黄土地貌发育的关系极为密切。黄土以粉砂为主，颗粒之间结合得不紧密，有许多孔隙，黄土中的孔隙度一般在40%~50%，吸水能力强，适水性高。三、黄土的成因黄土属多成因沉积物，主要有风成说、水成说和风化残积说三种观点。其中风成说历史长、影响大、拥护者最多。刘东生等（1985）把黄土成因分为黄土形成与黄土演化两个阶段（右图）黄土形成过程和黄土演变示意图黄土粉尘搬运、堆积示意图对于中国黄土，其物源（粉砂级石英、长石、方解石等）产生在物理风化强烈的西北区沙漠和戈壁（可能部分来自中亚沙漠），粉尘在高空西风气流和近地面风共同作用下，以尘暴形式被风从WN往ES方向悬移，运途中粉尘因气流下降和按颗粒大小分异沉降。第四节黄土地貌类型类小类型典型代表地貌黄土堆积地貌黄土高原黄土塬白草塬、董志塬、洛川塬黄土梁山西柳林黄土峁陕北黄土平原、丘陵渭河平原、宁夏西吉梁峁丘陵沟壑区黄土侵蚀地貌黄土区大型河谷地貌黄河、渭河、洛河、泾河黄土沟谷地貌纹沟、细沟、切沟、冲沟黄土潜蚀地貌黄土碟圆形、椭圆形黄土陷穴漏斗状、竖井状、串珠状黄土桥洛川地质公园黄土桥黄土柱柱状、尖塔形黄土重力地貌泻溜、崩塌、滑坡、湫地按主导地质营力将黄土地貌分类，可分为黄土堆积地貌、黄土侵蚀地貌、黄土潜蚀地貌和黄土重力地貌等4种类型。•黄土堆积地貌可分为塬、墚、茆三种类型。（1）黄土塬•黄土塬是指在第四纪以前的山间盆地的基础上，被厚层黄土覆盖，面积较大、顶面平坦、侵蚀较弱、周围被沟谷切割的台地。主要分布于陕甘宁盆地南部与西部，以及陇西盆地北部。（2）黄土墚•黄土墚是平行沟谷的长条状高地。根据墚的形态可分为平顶墚和斜墚两种。（3）黄土峁•黄土峁是顶部浑圆、斜坡较陡的黄土小丘。•黄土平原则分布于新构造下降区，是由黄土沉积形成的低平原，只在局部倾斜地面上发育沟谷系统。一、黄土堆积地貌一、黄土堆积地貌黄土塬（甘肃董志塬）黄土墚（山西柳林）黄土峁（陕北）渭河平原•黄土侵蚀地貌可分为黄土区大型河谷和黄土区沟谷地貌。根据黄土沟谷的形成的部位、沟谷的发育阶段和形态特征，可分四类：（1）纹沟（rills）•在黄土坡面上，降雨时常形成很薄的片状水流，由于原始坡面上的微小起伏和石块、植物根系、草丛的阻碍，水流可能分异，聚成许多条细小的股流，侵蚀土层，即形成细小的纹沟。（2）细沟（shallowgullies）•坡面水流增大时，片流就逐渐汇集成股流，侵蚀成大致平行的细沟。（3）切沟（gullies）•细沟进一步发展，下切加深，切过耕作土层，形成切沟。（4）冲沟（valley）•切沟进一步下切侵蚀形成。规模较大，长度可达数公里或数十公里，深度达数十米至百米二、黄土侵蚀地貌纹沟细沟切沟冲沟二、黄土侵蚀地貌•地表水沿黄土中的裂隙或空隙下渗，对黄土进行溶蚀和侵蚀，称为潜蚀。潜蚀后，黄土中形成大的空隙和空洞，引起黄土的陷落而形成的地貌，称之黄土潜蚀地貌。总分五类：•黄土碟：是一种直径数米至数十米、深数米的碟形凹地。•黄土陷穴：是黄土区地表的穴状洼地，向下延伸可达10~20m•黄土井：黄土陷穴向下发展，形成深度大于宽度若干倍的陷井。•黄土桥：两个陷穴之间或从沟顶陷穴到沟壁之间，由于地下水作用使它们沟通，并不断扩大其间的地下孔道，在陷穴间或陷穴到沟床间