---风的地质作用课件

第十二章第十二章 风的地质作用风的地质作用1引引 言言 风是人们熟知的自然现象，也是一风是人们熟知的自然现象，也是一种改造地表的重要动力，它的不稳定性种改造地表的重要动力，它的不稳定性和随意性给人们以深刻的印象。由风的和随意性给人们以深刻的印象。由风的地质作用，造成地球上广泛分布的沙漠地质作用，造成地球上广泛分布的沙漠和不毛之地使人的生活环境恶化。直接和不毛之地使人的生活环境恶化。直接由由台风、飓风或龙卷风等造成的经济以台风、飓风或龙卷风等造成的经济以及沙漠化带来的严重后果直接威胁着人及沙漠化带来的严重后果直接威胁着人类的安全和生存。类的安全和生存。2 气象学按风速将其分为十三级：气象学按风速将其分为十三级：12级（级（3.1m/s ）为轻风；）为轻风；34级（级（5.6m/s）为微风；）为微风；5级（级（10.5m/s）为颈风；）为颈风；67级（级（16.9m/s）为强风；）为强风；89级（级（24.4m/s）为大风；）为大风；1011级（级（32.5m/s）为狂风；）为狂风；12级（级（32.5m/s）以上为飕风。）以上为飕风。3第一节第一节 风的剥蚀与搬运作用风的剥蚀与搬运作用一、风蚀作用的方式与特点 风将地面上的碎屑及粉尘吹走的地质风将地面上的碎屑及粉尘吹走的地质作用，称作用，称吹蚀吹蚀。随风运移的风沙流对地面。随风运移的风沙流对地面岩石的撞击与磨损作用，称岩石的撞击与磨损作用，称磨蚀磨蚀。吹蚀的前提需有松散的地面。地面吹蚀的前提需有松散的地面。地面松散物的产生依赖于其他动力作用（如风松散物的产生依赖于其他动力作用（如风化或动物践踏等）。不同大小颗粒的起动化或动物践踏等）。不同大小颗粒的起动与风速的关系参见图与风速的关系参见图121和表和表121。45 图中可以看出最容易被吹走的颗粒直径图中可以看出最容易被吹走的颗粒直径为为0.1mm左右，直径小于或大于左右，直径小于或大于0.1mm的碎的碎屑起动风速迅速增加。极为细小的粉尘因粒屑起动风速迅速增加。极为细小的粉尘因粒间粘结力以及地面光滑而使起动风速增大。间粘结力以及地面光滑而使起动风速增大。吹蚀中颗粒起动还有另外一个重要的原吹蚀中颗粒起动还有另外一个重要的原因，即当一阵强劲的打头风或有力的涡流将因，即当一阵强劲的打头风或有力的涡流将地面碎屑吹起，当其跌落下来重新再次跳起地面碎屑吹起，当其跌落下来重新再次跳起时，并不需要太大的风速；同时由于这种撞时，并不需要太大的风速；同时由于这种撞击可使另一些碎屑也能在较小的风速中起动，击可使另一些碎屑也能在较小的风速中起动，由于风沙流中这种撞击频率极高，故这种作由于风沙流中这种撞击频率极高，故这种作6 用也是吹蚀作用强有力的一个因素。用也是吹蚀作用强有力的一个因素。磨蚀是风依靠其吹扬起的坚硬矿物磨蚀是风依靠其吹扬起的坚硬矿物（大多为石英）对基岩受到破坏。磨蚀（大多为石英）对基岩受到破坏。磨蚀作用的强度显然与风沙流中的含沙量、作用的强度显然与风沙流中的含沙量、砂粒的大小及风速有关；也与磨蚀对象砂粒的大小及风速有关；也与磨蚀对象的岩性、结构和构造有关。飞砂的行走的岩性、结构和构造有关。飞砂的行走范围紧靠着地面，所以磨蚀作用范围自范围紧靠着地面，所以磨蚀作用范围自地面向上，高度一般不超过地面向上，高度一般不超过 2，以接近，以接近地面的部位最强。地面的部位最强。7 由风的吹蚀而形成的凹地称为由风的吹蚀而形成的凹地称为风蚀凹地风蚀凹地，这种凹地常是半干旱草原区的一大特色。天这种凹地常是半干旱草原区的一大特色。天然草皮一旦被破坏，土层被暴露部位的松土然草皮一旦被破坏，土层被暴露部位的松土会不断被吹走，从而形成凹地。凹地开始形会不断被吹走，从而形成凹地。凹地开始形成时很浅，阵雨过后常积水而比较湿润，可成时很浅，阵雨过后常积水而比较湿润，可生长出青草吸引牲口，但牲口的践踏会使土生长出青草吸引牲口，但牲口的践踏会使土层松散，从而为下一次吹蚀做好了准备。吹层松散，从而为下一次吹蚀做好了准备。吹蚀作用的反复进行，凹地不断加深扩大，最蚀作用的反复进行，凹地不断加深扩大，最大时宽度可达大时宽度可达1km，深，深520m。二、风蚀作用的产物8 在某些沙漠和干枯的老河床上，风将小在某些沙漠和干枯的老河床上，风将小于某一些粒级的碎屑全部吹走，剩下平整于某一些粒级的碎屑全部吹走，剩下平整的卵石地面，称的卵石地面，称沙漠铺面石沙漠铺面石。这种面的表。这种面的表面清洁程度是人力清扫难以达到的。铺面面清洁程度是人力清扫难以达到的。铺面石层保护了下层的进一步吹蚀。由毛细蒸石层保护了下层的进一步吹蚀。由毛细蒸发的水分带上一些化学成分（如发的水分带上一些化学成分（如Ca质，质，Si质等）在表层沉淀，可使砾石胶结，形成质等）在表层沉淀，可使砾石胶结，形成天然的砾石石板。铁锰质成分可在砾石表天然的砾石石板。铁锰质成分可在砾石表面生成深色的薄膜，称面生成深色的薄膜，称沙漠漆沙漠漆。磨蚀作用可琢磨出形状奇特的风棱石。磨蚀作用可琢磨出形状奇特的风棱石。9 风棱石有单棱、三棱和多棱，多棱的发育情风棱石有单棱、三棱和多棱，多棱的发育情况由风向变化和砾石翻转情况而定。况由风向变化和砾石翻转情况而定。处在风蚀作用强烈地区的石壁或突出的处在风蚀作用强烈地区的石壁或突出的基岩上，经长期的磨蚀作用可形成风窝石、基岩上，经长期的磨蚀作用可形成风窝石、风蚀柱或石蘑菇等。在产状近于水平的年轻风蚀柱或石蘑菇等。在产状近于水平的年轻地层（主要为第三系）出露区，岩石胶结比地层（主要为第三系）出露区，岩石胶结比较差，由地面暂时流水侵蚀出许多冲沟，在较差，由地面暂时流水侵蚀出许多冲沟，在干旱时期，风蚀作用可将它们扩大加深成风干旱时期，风蚀作用可将它们扩大加深成风蚀谷。风蚀谷间常有突兀的残丘错落成片分蚀谷。风蚀谷间常有突兀的残丘错落成片分布，望去犹如城市的废墟或古代的城堡，称布，望去犹如城市的废墟或古代的城堡，称风城风城。10三、风的搬运作用 1.1.风的搬运方式风的搬运方式 风的搬运方式有风的搬运方式有悬移、跃移及蠕移悬移、跃移及蠕移（推动和滚动）三种。各种方式搬运物（推动和滚动）三种。各种方式搬运物的大小受风速的控制。跃移是一种较为的大小受风速的控制。跃移是一种较为复杂的运动，起跳条件与风力、飞来碎复杂的运动，起跳条件与风力、飞来碎屑的撞击和地面状况有关。已经起飞的屑的撞击和地面状况有关。已经起飞的颗粒降落时，如遇沙地可能将能量传给颗粒降落时，如遇沙地可能将能量传给被撞击的颗粒，并使其随风起跳。自己被撞击的颗粒，并使其随风起跳。自己11 则可能由于能量全部丧失而留在地面，也则可能由于能量全部丧失而留在地面，也可能凭借剩余能量而重新跃进。如果下落可能凭借剩余能量而重新跃进。如果下落时遇到大砾石的坚硬表面，则能够迅速弹时遇到大砾石的坚硬表面，则能够迅速弹起随风跃进起随风跃进（图（图128）。所以，在劲风以）。所以，在劲风以上的风流中，接近地面的一定高度上都可上的风流中，接近地面的一定高度上都可看到一层相应厚度的砂跃带。一般而言砂看到一层相应厚度的砂跃带。一般而言砂跃带的厚度都在跃带的厚度都在0.51m以上。以上。4级以上的级以上的轻、微风，这个砂跃带很薄，一般在轻、微风，这个砂跃带很薄，一般在10cm以下，而且其中砂粒也很细。由于风对砂以下，而且其中砂粒也很细。由于风对砂粒的搬运随砂源、地面状况和风速不同而粒的搬运随砂源、地面状况和风速不同而1213 异，在不同地区相差极大。如果没有砂异，在不同地区相差极大。如果没有砂源，即使是在源，即使是在12级大风中其含砂量也可级大风中其含砂量也可能很少。表能很少。表122及及123列出新疆莎车列出新疆莎车地区的实测数据，从中可以看出不同风地区的实测数据，从中可以看出不同风速的输砂量在高度上的含量变化以及风速的输砂量在高度上的含量变化以及风速与总输砂量之间的关系。速与总输砂量之间的关系。上面讨论主要涉及跃移及蠕移范围，上面讨论主要涉及跃移及蠕移范围，风对细微粒粉尘的搬运具有相对稳定性，风对细微粒粉尘的搬运具有相对稳定性，它们被吹离地面之后以悬移方式大体沿它们被吹离地面之后以悬移方式大体沿一定方向送出沙漠区外围乃至升入大气一定方向送出沙漠区外围乃至升入大气1415 离地面离地面2米高处的风速米高处的风速 （m/s）4.55.56.57.413.215.610cm高高1cm宽的过砂面宽的过砂面积每分钟含砂量积每分钟含砂量(g)0.371.041.202.2719.4435.58表123 风速与含砂量的关系16 高层成为空气的一部分，在沙漠区正常高层成为空气的一部分，在沙漠区正常地面条件下，三种搬运方式中以跃移为地面条件下，三种搬运方式中以跃移为主（约占主（约占70%80%），次为蠕移），次为蠕移（20%)；再次为悬移（；再次为悬移（10%）。）。2.2.风的搬运力与搬运量风的搬运力与搬运量 与流水比较在相同流速时，风的搬与流水比较在相同流速时，风的搬运力只有流水的运力只有流水的1/30，风能搬运的对象，风能搬运的对象主要是中砂级以下的碎屑。但是风的搬主要是中砂级以下的碎屑。但是风的搬运总量决不能低估，由风引起的尘暴、运总量决不能低估，由风引起的尘暴、沙暴及沙流都十分危险。在其来临时，沙暴及沙流都十分危险。在其来临时，17 飞砂走石、尘烟滚滚、遮天蔽日、吞没飞砂走石、尘烟滚滚、遮天蔽日、吞没土地和建筑设施，给人类带来灾害。土地和建筑设施，给人类带来灾害。风的搬运量（输砂量）在过砂面积风的搬运量（输砂量）在过砂面积一定时与风速的立方成正比，因而搬运一定时与风速的立方成正比，因而搬运量随风速增加而迅猛增大，加之风为面量随风速增加而迅猛增大，加之风为面状搬运，其总搬运量极为可观。状搬运，其总搬运量极为可观。3.3.良好的磨圆性和分选性良好的磨圆性和分选性 在碎屑的搬运过程中，对于磨圆性在碎屑的搬运过程中，对于磨圆性和分选性而言，风是一种最好的动力。和分选性而言，风是一种最好的动力。18 由于空气的密度比水小由于空气的密度比水小800多倍（多倍（15 时空气为时空气为0.0012g/cm3；水为；水为1g/cm3）。一）。一颗石英的重量比同体积水大颗石英的重量比同体积水大2.65倍，相当于倍，相当于同体积空气重量的同体积空气重量的2000多倍，因此要移动同多倍，因此要移动同一颗石英粒，据计算风速需比水速大一颗石英粒，据计算风速需比水速大29倍。倍。当风速为水速的当风速为水速的29倍时，风作用于碎屑的动倍时，风作用于碎屑的动能为水的能为水的800余倍，而且空气的粘度远比余倍，而且空气的粘度远比水水低，不象颗粒在水中其表面有水薄膜起着磨低，不象颗粒在水中其表面有水薄膜起着磨损的缓冲作用。因此，碎屑在空气中有更大损的缓冲作用。因此，碎屑在空气中有更大的机会被磨损，据实验结果证实，砂在空气的机会被磨损，据实验结果证实，砂在空气19 中搬运的重量损失比在水中快中搬运的重量损失比在水中快1001000倍，倍，这充分说明风对碎屑具有高得多的磨圆能力。这充分说明风对碎屑具有高得多的磨圆能力。空气具有密度低粘滞性小的特性，使惯空气具有密度低粘滞性小的特性，使惯性作用增加，碎屑在空气中移动自由，弹跳、性作用增加，碎屑在空气中移动自由，弹跳、滚动与溅泼十分频繁，高速跳跃的砂粒可冲滚动与溅泼十分频繁，高速跳跃的砂粒可冲击推动直径大击推动直径大6倍或重量大倍或重量大200倍的砂粒移动。倍的砂粒移动。所以蠕动颗粒的直径比跳跃颗粒的直径大得所以蠕动颗粒的直径比跳跃颗粒的直径大得多，而搬运距离却小得多，这正是风的分选多，而搬运距离却小得多，这正是风的分选作用良好的重要原因。悬移颗粒粒度又比跳作用良好的重要原因。悬移颗粒粒度又比跳20跃颗粒小得多，它们被风带到更远的地跃颗粒小得多，它们被风带到更远的地方，在风的吹扬作用下，使它们从砂中方，在风的吹扬作用下，使它们从砂中干脆利落地分选出来。干脆利落地分选出来。由于风成砂的运动特点，使其球度由于风成砂的运动特点，使其球度很高，而且颗粒表面确呈毛玻璃状。很高，而且颗粒表面确呈毛玻璃状。21第二节第二节 风的沉积作用风的沉积作用 在风的盛行带，由中心向外有岩漠、在风的盛行带，由中心向外有岩漠、砾漠、沙漠和黄土塬为风的沉积区，干砾漠、沙漠和黄土塬为风的沉积区，干旱地区的低凹部分积水成湖，湖水干涸旱地区的低凹部分积水成湖，湖水干涸后表面为满布干裂纹的泥质层，称后表面为满布干裂纹的泥质层，称泥漠泥漠。风的沉积作用因风速减慢或停息而风的沉积作用因风速减慢或停息而发生。风速减慢的原因主要受大气圈的发生。风速减慢的原因主要受大气圈的空气运动规律的控制，次要的和局部的空气运动规律的控制，次要的和局部的因素有地面性质、地形、植被及地区性因素有地面性质、地形、植被及地区性 22气流变化等。气流变化等。悬浮于气流中的颗粒，因风停息或风速悬浮于气流中的颗粒，因风停息或风速减弱，沉速大于紊流的上升分速时降落堆积，减弱，沉速大于紊流的上升分速时降落堆积，称称沉降堆积沉降堆积，这是黄土的重要形成方式。，这是黄土的重要形成方式。沉速与颗粒重量有关，粒径越大，沉速沉速与颗粒重量有关，粒径越大，沉速越快（表越快（表124），在风速逐渐减弱的情况），在风速逐渐减弱的情况下，碎屑按粒度能够很好地完成分选作用。下，碎屑按粒度能够很好地完成分选作用。风沙流遇到障碍物阻挡，风力因分散或越过风沙流遇到障碍物阻挡，风力因分散或越过障碍时在其后方产生涡流造成风运物的部分障碍时在其后方产生涡流造成风运物的部分堆积，称堆积，称遇阻堆积遇阻堆积。砂丘主要由此种方式形砂丘主要由此种方式形成。成。2324 风沙流底层的跃移和蠕移颗粒在遇风沙流底层的跃移和蠕移颗粒在遇到障碍物（诸如突出的基岩或灌木丛等）到障碍物（诸如突出的基岩或灌木丛等）时就可能部分地停积下来，逐步积累形时就可能部分地停积下来，逐步积累形成沙堆。沙堆的大小不等，它最后埋没成沙堆。沙堆的大小不等，它最后埋没障碍物，沙堆不能移动，一旦形成后自障碍物，沙堆不能移动，一旦形成后自己也成为一个障碍物。沙堆出现改变了己也成为一个障碍物。沙堆出现改变了地面的气流状况，风越过沙堆在其背后地面的气流状况，风越过沙堆在其背后出现涡流，形成新的堆积场所。新形成出现涡流，形成新的堆积场所。新形成一、沙丘与沙漠一、沙丘与沙漠2526 的沙堆，可以向前移动，称的沙堆，可以向前移动，称沙丘沙丘。在持。在持续定向风的作用下，砂粒爬上迎风缓坡，续定向风的作用下，砂粒爬上迎风缓坡，到达峰脊处泻溜而下形成一个滑落面。到达峰脊处泻溜而下形成一个滑落面。滑落面的坡角约为滑落面的坡角约为35。风把迎风坡的。风把迎风坡的砂砂粒不断吹送到坡峰，然后沿滑落面滑落，粒不断吹送到坡峰，然后沿滑落面滑落，因而造成沙丘缓慢地向前移动。由于风因而造成沙丘缓慢地向前移动。由于风速的变化，在滑落面上由粒度不同的颗速的变化，在滑落面上由粒度不同的颗粒堆积形成单向斜层理。斜层理的最大粒堆积形成单向斜层理。斜层理的最大倾角通常比河成斜层理大得多。由于风倾角通常比河成斜层理大得多。由于风27 向的变化也可形成交错层理。向的变化也可形成交错层理。移动沙丘中最常见的是一种新月形移动沙丘中最常见的是一种新月形沙丘。它是砂源不太丰富而且风力和沙沙丘。它是砂源不太丰富而且风力和沙砾直径协调的产物。砾直径协调的产物。通常情况下，由于沙丘的不断扩大通常情况下，由于沙丘的不断扩大及合并，沙层覆盖了整个地面，便形成及合并，沙层覆盖了整个地面，便形成了茫茫沙海的沙漠。沙漠表面常发育有了茫茫沙海的沙漠。沙漠表面常发育有美丽的不对称沙波纹。也可发育成很大美丽的不对称沙波纹。也可发育成很大的沙丘或沙垅。的沙丘或沙垅。沙漠以其荒凉与贫瘠给人以恐惧。沙漠以其荒凉与贫瘠给人以恐惧。28 它游移在茫茫的原野上，而且受中心风力它游移在茫茫的原野上，而且受中心风力的趋使不断向四周扩张，人们被迫由家园的趋使不断向四周扩张，人们被迫由家园撤退。我国沙漠面积约为撤退。我国沙漠面积约为640000km2,主要主要分布在新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙等分布在新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙等省，沙漠化及沙漠的直接蔓延有增无减。省，沙漠化及沙漠的直接蔓延有增无减。昔日繁荣的古丝绸之路及重要城镇如今只昔日繁荣的古丝绸之路及重要城镇如今只剩下断壁残垣。甘肃民勤地区近剩下断壁残垣。甘肃民勤地区近200 a来有来有二万多亩地和二万多亩地和20余个村庄被沙海吞没。全余个村庄被沙海吞没。全世界约有世界约有38000000km2的陆地面积受到沙的陆地面积受到沙漠的威胁和影响。人类目前虽采用防护林漠的威胁和影响。人类目前虽采用防护林29 等措施防止沙漠扩大，但只能解决局部等措施防止沙漠扩大，但只能解决局部问题，目前尚无对付之良策。严重的是问题，目前尚无对付之良策。严重的是由于工农业发展及人类文明生活的需要由于工农业发展及人类文明生活的需要造成的过度垦殖和砍伐，正损坏着大气造成的过度垦殖和砍伐，正损坏着大气的质量，使气候向有利于沙漠化方向发的质量，使气候向有利于沙漠化方向发展。展。二、黄土 黄土（黄土（Loess）是一种土状堆积物，是一种土状堆积物，并非土壤作用的产物，它主要是由风的并非土壤作用的产物，它主要是由风的堆积作用形成的。黄土是世界上分布最堆积作用形成的。黄土是世界上分布最广最具连续性的大陆沉积物。美国中部广最具连续性的大陆沉积物。美国中部30 和北部，整个欧洲及亚洲北部以及南美、和北部，整个欧洲及亚洲北部以及南美、新西兰等都有分布。中国的黄河流域是新西兰等都有分布。中国的黄河流域是 世界上黄土发育最典型的地区，从甘肃、世界上黄土发育最典型的地区，从甘肃、陕西及川北一线起，向东直至大兴安岭陕西及川北一线起，向东直至大兴安岭及黄海之滨的辽阔大地上就像一张巨大及黄海之滨的辽阔大地上就像一张巨大的黄色地毯均匀地铺盖着。黄土层厚度的黄色地毯均匀地铺盖着。黄土层厚度由东向西均匀地增大，在陕北及垅西地由东向西均匀地增大，在陕北及垅西地区厚度达区厚度达150200m。在黄土层形成过在黄土层形成过程中及其堆积之后不断受到地面流水的程中及其堆积之后不断受到地面流水的侵蚀切割，不仅厚度减小而且被分割成侵蚀切割，不仅厚度减小而且被分割成孤立的台地或高原。我国西北黄土高原孤立的台地或高原。我国西北黄土高原31 区，由于地处半干旱气候条件，暂时流区，由于地处半干旱气候条件，暂时流水的地质作用强烈水的地质作用强烈,它将松软的黄土层切它将松软的黄土层切割成千沟万壑，水土大量流失，形成许割成千沟万壑，水土大量流失，形成许多农耕困难地带。多农耕困难地带。黄土不具层理构造，但垂直裂隙十黄土不具层理构造，但垂直裂隙十分发育，因而使之既易垮塌又峭壁林立。分发育，因而使之既易垮塌又峭壁林立。形成一些独特的黄土地形。形成一些独特的黄土地形。黄土胶结不好，疏松多孔，其孔隙黄土胶结不好，疏松多孔，其孔隙度达度达4455%；其磨圆度很差，但分选；其磨圆度很差，但分选性良好，并有由中心向外粒度逐渐变细性良好，并有由中心向外粒度逐渐变细（图（图1217）的特点，粒度变化主要在）的特点，粒度变化主要在32图图图1217 黄河中游马兰黄土粒度及其变化黄河中游马兰黄土粒度及其变化33 0.050.005mm。黄土中含矿物成分黄土中含矿物成分50余种，相对密余种，相对密度小于度小于2.9的矿物占的矿物占9096%，以石英、，以石英、长石为主；相对密度大于长石为主；相对密度大于2.9的矿物较少，的矿物较少，占占410%，如绿帘石、磁铁矿、角闪石，如绿帘石、磁铁矿、角闪石等。其中还有粘土矿物和钙质，钙质经等。其中还有粘土矿物和钙质，钙质经淋滤后下渗并在适当部位形成貌似姜块淋滤后下渗并在适当部位形成貌似姜块结核形状，故称结核形状，故称姜结石姜结石。黄土与中国的经济文化发展有着极黄土与中国的经济文化发展有着极为密切的关系，秦朝至盛唐时期前后千为密切的关系，秦朝至盛唐时期前后千34 余年，黄土高原地区一直是中国的中心。余年，黄土高原地区一直是中国的中心。这里曾经是植被繁茂麦熟果香的好地方，这里曾经是植被繁茂麦熟果香的好地方，由于人们对自然资源的索取而使其破坏，由于人们对自然资源的索取而使其破坏，逐渐贫瘠，随着政治经济重心的东移，黄逐渐贫瘠，随着政治经济重心的东移，黄土区沦为国家自然灾害的源地和治理的对土区沦为国家自然灾害的源地和治理的对象。象。据初步统计，仅陕北和山西西北部每据初步统计，仅陕北和山西西北部每平方公里的年泥沙流失量达平方公里的年泥沙流失量达1500030000t，整个黄土高原区每年进入黄河的整个黄土高原区每年进入黄河的泥沙量达泥沙量达109 t以上。雨水的冲刷使地面的以上。雨水的冲刷使地面的成熟土壤层不断被冲走，平均每年流失表成熟土壤层不断被冲走，平均每年流失表35p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后36Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日37