地貌学-第七章-风沙地貌

地貌学第七章风沙地貌第99页第七章风沙地貌风对地表松散堆积物的侵蚀、搬运和堆积过程所形成的地貌，称为风沙地貌。地表到处都可有风，但只有当风吹扬起地表松散颗粒，形成风沙流的过程忠，才能形成各种风沙地貌。风沙地貌主要分布在干旱气候区。那里日照强、昼夜温差大、物力风化盛行、降雨少（小于250mm/a）而集中，年蒸发量大，常超过降雨量数倍甚至数百倍，植被稀疏矮小，疏松的沙质地表裸露，特别是风大而频繁，所以风沙作用就成为干旱区塑造地貌的主要营利。当然，风沙作用并不局限于干旱区，在半干旱区和大陆性冰川外缘，甚至在植被稀少的沙质海岸、湖岸和河岸，也有风沙作用，也可形成风沙地貌。第一节风沙作用一、风沙流的特征风经过松散物质所组成的地表，当风速达到使沙粒脱离地表进入气流中移动的临界速度（即起沙风速）时，才能形成风沙流。起沙风速的大小与沙粒粒径和地表性质等自然条件有关。根据观察，在粒径0.1-0.25mm为主的干燥裸露的沙质地表中，起沙风速一般为4-5m/s。一般来说，沙粒粒径与起沙风速呈正比，沙粒粒径愈大，起沙风速也愈大。粒径与起沙风速的关系见下表沙粒粒径与起动的风速值（离地2m处，新疆莎车）沙粒粒径（mm）0.10-0.250.25-0.50.5-1.0＞1.0起沙风速（m/s）4.05.66.77.1风沙流中沙粒大小与高度的关系，一般是离地表愈高，细粒愈多，主地貌学第七章风沙地貌第100页要是悬移；愈近地表粗粒愈多，主要是跃移和蠕移。风沙流中高度愈低含沙量愈高。据观测，绝大部分沙粒都在离地表30cm以内，特别集中在10cm以下。当风速为m/s时，测得含沙量90%都分布在地表10cm之内。风沙流中含沙量不仅随高度变化，也随风速而变化，当风速显著超过起沙风速后，风沙流中的含沙量急剧增加。风速愈大，在地表10cm内含沙量的绝对值也愈大。二、风沙作用（一）风沙侵蚀作用风沙对地表物质的吹蚀和磨蚀作用，统称风沙的侵蚀作用。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。风的吹蚀能力，与地表物质粒径的起沙风速大小直接有关。风速超过起沙风速愈大，吹蚀能力愈强，一般组成地表的颗粒愈小，愈松散、干燥，要求的起沙风速较小，受到的吹蚀愈强烈。2.磨蚀作用风沙紧贴地面迁移时，沙粒对地表物质的冲击、摩擦的作用，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。由于风沙流中的沙粒集中分布在距离地面30cm之内，所以沙漠区的电线杆下部可因磨蚀而折断。地貌学第七章风沙地貌第101页（二）风沙的搬运作用地表松散的碎屑物，不断随风力强弱、粒径大小和质量轻重，由源地通过悬移（悬浮）、跃移（跳跃）和蠕移（推移）等方式转移到别处的作用，称为风沙搬运作用。1.悬移轻细的沙粒，在气流的紊动漩涡上举例力的作用下，使沉速小于上举力的沙粒随气流运移到较远距离。风速愈大，能悬移的粒径就大些，含量也会增多。风速是在变化的，当风速减小后，悬移质中较大的粒径就容易沉降到地表上来，而粒径小于0.05mm的粉沙和尘土，因为体积细小，质量轻微，一旦悬浮后就不容易沉降，而随空气运离源地，甚至在2000km以外才沉落。2.跃移地面沙粒在风力的直接作用下发生滚动、跳跃。当地面是卵石时，沙粒反弹较高；当地面是沙粒时，沙粒插入沙粒之间，形成一个小孔穴，能量消耗，但同时把附近一、二个颗粒冲击跃起；当地面是粉沙时，沙粒就埋进粉沙中，使粉沙粒扰动扬起，产生扬尘作用。在风速较高的情况下，跃移物质离开地面时的向上初速度大，上升高度大，受风力作用的机会多；对地面冲击的速度也大，因而使另一些颗粒被打散抛入空中的运动也更为强烈。3.蠕移蠕移是一些跃移运动的沙粒在将来时对地面不断冲击，使地表较大沙粒受到冲击后产生的缓缓向前移动。地貌学第七章风沙地貌第102页在低风速时，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，整个地表一一层沙粒都在缓慢向前蠕动。高速运动的沙粒，通过冲击方式可以推动6倍于它的直径或200于它的重量的表层沙粒运动，所以蠕移质比跃移质沙粒为大，但蠕移的速度较小，一般不到2.5cm/s。而跃移质的速度快，一般可达数十到数百厘米每秒。风对地表松散碎屑物搬运的方式，以跃移为主（其含量约为70-80%），蠕移次之（约为20%），悬移很少（一般不超过10%）。对某一粒径的沙粒来说，随着风速的增大，可以从蠕移转化为跃移，从跃移转化为悬移，反之，也是一样。（三）风沙的堆积作用1.沉降堆积在气流中悬浮运行的沙粒，由于风速减弱，当沉速大于紊流漩涡的垂直风速时，就要降落堆积在地表，称为沉降堆积。沙粒的粒径愈大，其沉速愈大，粒径愈小，沉速愈小。2.遇阻堆积风沙流运行时，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。第二节风沙地貌风对地表松散碎屑物的侵蚀、搬运和堆积作用过程中，相应形成风蚀地貌和风积地貌。地貌学第七章风沙地貌第103页一、风蚀地貌风蚀作用只限于距地表的较低高度内，所以风蚀地貌在接近地面处最为明显。其主要的类型有：（一）风棱石与石窝（风蚀壁龛）戈壁砾石迎风面长期风蚀后被磨光磨平后在瞬时大风中发生滚动，新的迎风面再次磨光磨平，两个或多个迎风面间就形成风棱，即形成风棱石。在干旱区，某些地势较高的基岩或山麓地带，主要由于强劲的风力，地表大量碎屑被吹蚀而去，使基岩裸露或留下具有各种棱面麻坑的风棱石和石块，并且植物稀少，景色荒凉，形成砾漠（戈壁）。在陡峭的岩壁上，经风蚀形成大小不等、形状各异的小洞穴和凹坑。大的深达10-25cm，口径达20cm。由的分散，有的群集，使岩壁呈蜂窝状外貌。其成因主要是由于阳光强烈照射，使岩壁增热，岩石内部的矿物体积膨胀；再加上矿物间颗粒间的热力差别风化，经风吹蚀使岩石表面差别风化，经风吹蚀使岩石表面形成许多浅小凹坑；然后风沙就沿凹坑钻磨，使凹坑不断加深扩大，甚至成为较大的洞穴，这种现象在花岗岩和砂岩壁上最发育。（二）风蚀蘑菇和风蚀柱孤立突起的岩石，或水平节理和裂隙发育的岩石，特别是下部岩性软于上部的岩石，受到长期的风蚀，易形成顶部大、基部小的形似蘑菇的岩石，称风蚀蘑菇。垂直裂隙发育的岩石经长期的风蚀，易形成柱状，故称风蚀柱。它可单独挺立，也有成群分布，故大小高低不一。地貌学第七章风沙地貌第104页（三）雅丹在极干旱区的一些干涸的湖底，常因干缩裂开，风沿着这些裂隙吹蚀，裂隙愈来愈大，使原来平坦的地面发育成许多不规则的背鳍形垄脊和宽浅沟槽，这种支离破碎的地面称为雅丹。雅丹原是我国维吾尔族语，意为陡峭的土丘。塔里木盆地的罗布泊区域，有些雅丹地形的沟深度可达十余米，长度由数十米到数百米不等，走向与主风向一致，沟槽内常有沙子堆积。经长期风蚀后，风蚀谷不断扩大，原始地面不断缩小，最后留下来的小块原始地面成为风蚀残丘。它的外形各不相同，以桌状平顶较多，亦有成尖峰状的，高度在10-30m不等。（四）风蚀洼地松散物质组成的地面，经风吹蚀，形成宽广而轮廓不大明显的风蚀洼地。它们多呈椭圆形，自地面向下凹进很深。洼地的背风壁较陡，常达30°以上。（五）风蚀谷和风蚀残丘在干旱地区，偶有暴雨产生洪流冲刷地表，形成冲沟，冲沟再经过长期风蚀作用改造，加深和扩大成为风蚀谷。崎岖蜿蜒，宽窄不一，沿主要风向延伸，长达数十公里。一个由基岩组成的地面，经风化作用，暂时水流的冲刷，以及长期的风蚀作用后，风蚀谷扩宽，原始地面不断缩小，最后残留成丘，称为风蚀残丘。（六）风蚀城堡在产状近似水平的基岩裸露的地形隆起地面，由于岩性软硬不一，垂地貌学第七章风沙地貌第105页直节理不发育，在长期劲风的风蚀作用下，被分隔残留的平顶山丘，远看宛如颓毁的城堡树立在平地上，称为风蚀城堡或风城。在我国新疆吐鲁番盆地哈密西南就有典型的风城。二、风积地貌风积地貌是指被风搬运的物质（沙、粉尘和沙土等）在一定条件下沉积成的地貌（一）沙波纹沙波纹是沙地和沙丘表面呈波状起伏的微地貌。其排列方向与风向垂直。沙波纹主要是颗粒大小不等的沙面，经风的作用，产生颗粒的分异，某一段被带走的多于带来的沙粒，这样就形成微小凹凸不平的沙面或小洼地。同时跃移质下降时对沙面的冲击，在洼地的背风面（AB）稀，在迎风面（BC）密，即受冲击力强，这样迎风沙粒外移率大，促进原洼地进一步发展。当C点带来的沙粒多于被带走的而不断加高时，CD就成为背风坡，而迎风坡同样会变为第二个洼地。这样反复进行，就形成有规则的沙波纹。（二）沙堆沙堆是风沙流遇到了障碍物（植被或地形变化时），就在背风面产生涡流，消耗气流的能量，引起风速的减小，在背风面沙粒就发生沉积，成为沙堆。相邻两个沙波纹的脊线间距，一般为20-30cm沙堆形成后，自身变成风沙流更大的障碍，使沙粒堆积得更多。在沙源丰富的地区，特别是在强风的作用下，沙堆会不断的扩大，形成盾状沙堆。沙粒沿迎风坡跳跃，滚动前进，比较粗大的在顶部停积，一部分被运移到背风坡。若风沙流的输沙率通过沙堆前大于通过后，沙堆就不断增高变大，发展为新月形沙丘。地貌学第七章风沙地貌第106页当风沙流的沙源不断丰富，水分条件又好，地面生长植物（常常是不连续的草丛和灌丛）时，便堆积成各种不同现状的草丛或灌木沙堆。常见的有红柳沙堆、白茨沙堆等。它们在平面上多呈圆形或椭圆形，大小不等。（三）新月形沙丘新月形沙丘平面形状如新月，故称新月形沙丘。它的高度不等，一般为几米到十几米，最高可达30米。新月形沙丘纵剖面的两坡不对称，朝向风向的一坡称迎风坡，坡形微凸而缓，坡度一般在10-20º之间；相反的一坡称背风坡，或叫落沙坡，坡形下凹，坡度较陡，一般在28º-33º左右，有时达36º。背风坡的坡度大小和不同粒径沙粒的休止角有关。在新月形沙丘背风坡两侧形成近似对称的两个尖角，成为新月形沙丘两翼，此两翼顺着风向延伸。在迎风坡与背风坡连接的地方，形成弧形的脊，称为新月形沙丘脊。单个新月形沙丘多分布在荒漠边缘地区，有时沙质海滨地带也有分布。新月形沙丘的形成：新月形沙丘是从饼状沙堆到盾形沙丘再到雏形星月形沙丘演化而来的。由于沙堆的存在使地面起伏，风沙流经过沙堆时，使近地面风速发生变化，在沙堆顶部风速较大，沙堆的背风坡风速较小。从沙堆顶部和绕过沙堆两侧的气流在沙堆背风坡产生涡流，并将带来的沙粒堆积在沙堆的后两侧，形成马蹄形小洼地，这时就形成盾状沙丘（b）。如果风速和沙量继续增大，沙堆背风坡的小凹地就将进一步扩大，背风坡相对最大高度接近沙丘最高位置，从沙堆顶部和两侧带来的沙粒在涡流的作用下不断堆积在沙堆的后两侧，形成雏形新月形沙丘（c）。雏形新月形沙丘再进一步扩大和增高，使气流在通过它的顶峰附近和背风坡坡脚部分地貌学第七章风沙地貌第107页时，产生更大的压力差，从而在背风坡形成更大的漩涡，使原有的浅小马蹄形洼地扩大，从迎风坡吹越沙丘顶的沙流，在沙丘顶部附近的背风坡处堆积，当增长到一定程度，沙粒就会在重力作用下沿背风坡下滑，落在洼地内，再被涡流吹响两侧堆积，这时就形成典型的新月形沙丘（d）。（四）抛物线沙丘形态特征与新月形沙丘相反，即沙丘两翼指向来风风向，迎风坡平缓而凹进，背风坡陡急呈弧形凸出，平面图形好像一条抛物线。抛物线沙丘的形成植物起了很大作用。如在水分条件较好的地面，沙丘两侧边缘植物一般生长良好，从而阻碍了沙丘的移动，沙丘中没有被植物固定的部分，在风力作用下继续前移，最终形成弧形的抛物线沙丘，高度一般为2-8米。（五）横向新月形沙丘链在沙源供应丰富的情况下，由密集的新月形沙丘相互连接，它们与风向成垂直分布，故称为横向新月形沙丘链，其高度一般10-30m，长达几百米至几千米。（六）新月形沙垄和纵向沙垄在两种风向呈锐角斜交的情况下，新月形沙丘的一翼延伸很长，而另一翼相对退缩成小钩状的新月形沙垄。其形成过程如下：a最初的新月形沙丘b从新的风向（s）吹来的暴风可能造成的后果，迎风A翼顺新风向前进，同时因为有大量新沙沉积，所以A翼日益增大。如果这样的风延续不断，新月形沙丘就会沿着s轴形成一个新