《风沙地貌》PPT课件.ppt

第六章风沙地貌（荒漠地貌）Aeolian Processes and Landforms,风沙地貌学与风沙地貌,风沙地貌学是研究风力作用下地表沙粒和粉尘起动、传输与沉积过程的一门学科。风沙地貌过程是地球表面特别是干旱区最为普遍的一种地貌过程。,风作用于沙质地表后，将沙粒吹扬起来，再纳入气流中前进，形成了气流与固体流所组成的两相流，称为风沙流。风与风沙流对地表物质的吹蚀、搬运和堆积作用，称为风沙作用；在风沙作用过程中所形成的地貌，称风沙(成)地貌。风沙地貌多发生在干旱、半干旱地区，特别是沙漠地带，还有一些在大陆冰川的边缘，植被稀少的海岸地带、湖岸地带和河谷地带。既有地带性的，又有非地带性的。,腾格里沙漠,第一节荒漠区的自然特征及其分布规律第二节风的作用第三节风成地貌第四节荒漠的类型,第六章风沙地貌（荒漠地貌）Aeolian Processes and Landforms,荒漠区的自然特征,气候极端干燥，温差很大；（物理风化强烈，就地起沙）沙质地表裸露，植被稀少；（利于风沙移动）内陆水系往往是输送沙源的主要动力；（间歇性河流，外来沙源）有的沙漠原本是厚层河湖相沉积分布区，有被埋藏的地下河，还有已干涸的地表河槽，如塔里木盆地近地表有几十米厚的冲积砂层。频繁而强劲的风力是塑造风沙地貌的主要动力。,风沙物质的来源,古河流冲积物现代河流的冲积物古代和现代的冲积-湖积物(河湖平原)洪积-冲积物(山前洪积-冲积平原)来源于基岩风化的残积物和坡积物,荒漠区的分布规律,分布规律,世界沙漠占陆地面积的1/5，我国约占全国的1/10。就全球沙漠性质而言，主要有两种分布类型:副热带高压带荒漠区副热带荒漠(1535)如撒哈拉、阿拉伯半岛、澳大利亚西部大沙漠、南美阿塔卡马沙漠、印度塔尔沙漠等、南非卡拉哈迪沙漠。大陆内部荒漠区温带荒漠(35 45)如塔克拉玛干沙漠、中亚沙漠、蒙古沙漠等。,荒漠区形成的基本原因,主要由纬度、大气环流和地形条件决定:回归高压带的影响气流下沉，空气增温，相对湿度减少而形成高山高原地形的影响地形闭塞，海洋气流不能深入而形成,长江以南地区有没有风沙地貌分布？,中国沙漠和沙漠化土地分布,鄱阳湖湖滨“沙山”,第一节荒漠区的自然特征及其分布规律第二节风的作用第三节风成地貌第四节荒漠的类型,第六章风沙地貌（荒漠地貌）Aeolian Processes and Landforms,第二节风的作用,风力是荒漠区的最主要的地貌作用营力，它不仅将风化碎屑中的细小颗粒和松散沉积物中的砂粒搬运到很远的地方，堆积成各种沙丘(风积地貌)；而且能侵蚀坚硬岩石或大石块，形成各种风蚀地貌。风的作用表现为气流沿地表流动时对地面物质的吹蚀、磨蚀、搬运和堆积过程。,一、风蚀作用(wind erosion),地表物质在风力作用下脱离原地称为风蚀作用。风蚀作用包括吹蚀作用(deflation)和磨蚀作用(abrasion)。地表的松散沙粒或基岩上的风化产物，在紊动气流作用下将被吹扬离开地面，使地表物质遭受破坏，称吹蚀作用。风挟带沙粒移动（风沙流）对岩石或不同胶结程度的泥沙块体进行碰撞、冲击和摩擦，或者在岩石裂隙和凹坑内进行旋磨，称为磨蚀作用。,沙粒的起动,地面沙粒被风起动的过程和物理机制是十分复杂的，据风洞试验和高速摄影判断，对作用于单颗沙粒的主要动力有风的拖曳力(FD)、沙粒的自身重力(Fw)、上升力(FL)和冲击力。,作用于沙粒上的拖曳力及上升力,风对沙质地表作用时，当风速达到开始使沙起动的临界风速，称为起动风速(又称临界摩阻速度)。凡风速超过起动风速的风，均叫起沙风。,沙粒的起动,沙粒从滚动到跃起的过程,a.b.c.,当风速增大到接近起动风速的时候，有些沙粒就开始振动或前后摆动；当风速达到起动风速之后，有些沙粒就开始沿沙面滚动或滑动，在高速摄影中还可看到沙粒的滚动与滑动相交替，滚动与滑动的沙粒有一个活动基面，沙粒的运动受阻或受到其它运动沙粒的冲击就会骤然起跳。,一般地，起沙风4-5m/s。它同沙子粒径大小、地表性质（粗糙程度）以及沙子本身的含水率有关。关于沙子的起动风速，Bagnold提出了流体起动值(fluid threshold)和冲击起动值(impact threshold)的概念。流体起动值是指沙粒的运动完全出于风对沙面沙粒的直接推动作用，使沙粒开始起动的临界风速；若沙粒的运动主要是由于跃移沙粒的冲击作用，其起动的临界风速则称为冲击起动值。,沙粒的起动,R.A.Bagnold根据流体在起动条件下，作用在沙粒上的迎面阻力（拖曳力）和重力的平衡，导出了沙粒开始移动的临界速度，也就是临界摩阻速度Vt Vt=Agd()/式中为颗粒密度，为空气密度，g为重力加速度，d为颗粒粒径，A为经验系数。对d0.1mm的颗粒，A=0.1。冲击起动值和流体起动值一样，也遵循平方根定律，不过系数A=0.08，即任何高程上冲击沙粒的风速，都要比流体值下的风速小20%。,沙粒的起动,起动风速与沙粒粒径的平方根成正比。不过，极小沙粒不易起动，起动风速反而更大。粒径d0.1mm，上述的平方根定律就不复存在。,不同大小石英颗粒进入气流的起动风速,沙粒的起动,小颗粒不易起动的原因粒间内聚力大，持水，地面粗糙程度低。,二、风的搬运作用,风携带各种不同粒径的沙粒，使其发生不同形式和不同距离的位移，称为风的搬运作用。风的搬运作用表现为风沙流。风沙流中沙粒的运动有三种基本形式：悬移(suspension)、跃移(saltation)和表层蠕移(surface creep),悬移,悬移质（粉尘）：粒径0.1mm，多以粘土、粉砂为主，即0.063mm以下的居多。可随风悬浮很长距离，可成为降水的凝结核。该部分物质对风沙地貌的形成意义不大，多被吹扬到草原区堆积为黄土地貌。,跃移,对沙丘沙来说，呈悬浮状态搬运的沙量仅占全部搬运量的5%以下，甚至不到1%。因此，构成沙丘移动的沙粒主要是跳跃和蠕移运动，而又以跳跃沙粒占最大多数。跃移的沙粒主要是由于飞跃的颗粒降落时碰撞地面而产生的反弹跳跃或冲击地面沙粒跃起。,下表列举了不同风速下蠕动沙量与跳跃沙量的变化。可见，风沙运动中跃移沙量的比例总比较大。风流中跃移沙粒多的原因在于空气密度小，卡林斯克曾证明在相同剪应力作用下，沙粒在空气中跳跃高度要比在水中跳跃高度高800倍；另外，跃移沙粒的冲击能溅起更多的沙粒，或冲动比它直径大6倍或比它重200多倍的地表粗沙粒。,风沙运动中以跃移运动为主要形式，也最为重要，表现在：跃移质占风沙的主体；悬移运动和表层蠕移运动均与跃移运动有关（获取能量）；据伊万诺夫研究，降落的跃移沙粒约67%的能量消耗于风蚀，跃移沙粒的冲击是风蚀的主要原因。,蠕移,沙粒沿地表面滚动或滑动，称为表层蠕移运动。蠕移与跃移的差别是渐变的。沙面沙粒可在风力的直接作用下发生蠕动，但主要是靠比它们细得多的跃移沙粒的冲击作用而获得能量被推动向前。粒径0.52.0 mm的沙粒一般以蠕移方式移动，蠕移量约占全部输沙量的25%左右。,三、风的堆积作用,当风速减小，风沙流运行中遇到障碍物或地面结构及下垫面性质改变时，都能使沙粒堆积下来，称风积作用。经风搬运再堆积的物质叫风积物(Aeolian deposit)。风积物的特点是：颗粒粒径一般只限于1 mm以下(主要是0.25-0.1mm的细沙组成)；风积物的粒度均一，分选好；风成沙的磨圆度高；沙粒表面有许多凹坑(碟形坑)，这是沙粒在运动过程 中互相撞击而成，有些石英沙有溶蚀痕迹和SiO2沉积物；风成沙一般以石英为主。,碟形坑,磨圆较好,溶蚀痕迹,硅质沉淀,风洞模拟实验,风洞模拟实验,风洞模拟实验,风洞模拟实验,风沙运动的实验研究风蚀作用的实验研究风积地貌形态形成的实验研究风沙电实验防沙工程模拟实验林带、林网及其防风沙效益的实验研究,根据国内外资料，在风洞中可以进行有关风沙地貌的下列模拟实验研究：,风洞模拟实验,风洞模拟实验的可靠性，决定于实验条件与野外实际情况的相似性。要使模型实验与自然现象完全相似，必须满足三个条件：几何相似、运动相似和动力相似。要做到这些却是很困难的。鉴于风沙工程问题的完全相似模拟不可能，只有采取近似相似的方法，如：增大模型尺寸以减少因不完全相似而带来的误差；采用系列模型法，用不同比例尺的模型进行实验，将实验结果外推到野外实际中去；结合长期野外观测工作。,第一节荒漠区的自然特征及其分布规律第二节风的作用第三节风成地貌第四节荒漠的类型,第六章风沙地貌（荒漠地貌）Aeolian Processes and Landforms,一、风蚀地貌,风的吹蚀作用仅限于一定高度，因风挟沙量在近地表10cm高处最多，跃移的沙粒上升高度一般不超过2m，所以风蚀地貌在近地面处最明显。石窝(风蚀壁龛)风蚀壁龛是陡峭岩壁上满布凹坑，有群集，有分散，使岩石表面具有蜂窝状的外貌，小凹坑直径20cm左右，深1015cm。成因：首先是强烈的物理风化，岩面呈片状剥落，出现浅凹坑；其后是受风力作用被带到凹坑内的沙粒在凹坑内发生旋转，不断地研磨凹坑的内壁并逐渐形成。,风蚀洞-克拉玛依吐孜沟,水-沙(砾)流磨蚀形成的地貌形态(三峡深槽地貌）,链接,风蚀蘑菇、风蚀柱,风蚀蘑菇、风蚀柱是风沙流磨蚀的产物。垂直裂隙发育的基岩经长期风蚀，形成一些孤立的柱状岩石，称风蚀柱。由于近地表的风沙流中含沙较多，磨蚀较强，若再加上岩石下部岩性软于上部，易形成顶大基小、上部展宽如帽、下部仅留支柱的风蚀蘑菇。,风蚀蘑菇,风蚀柱,若风蚀蘑菇顶部岩石的重心和基部岩石不一致，则上部岩石很容易坠落下来。坠落下来的大石块如在地上不稳定，当刮大风时，则能随之摇摆，称为摇摆石或风动石(swinging stone)。,风蚀柱，多形成于垂直裂隙发育的岩石上,台北野柳女王头,链接,雅丹地貌,雅丹是风蚀垄沟的概称。浅湖萎缩或河流干涸之后，出露的湖滩地面干裂龟裂，风顺裂隙不断吹蚀，裂隙逐渐扩大形成槽沟，有时其上口比底宽还窄，槽沟之间为鳍形垄脊或垄岗。,雅丹地貌,塔里木的罗布泊区，风蚀槽沟深达十余米，长数十数百米，走向与主风向一致，当地人称这种支离破碎的地面叫雅丹，即具有陡壁的土丘。,雅丹地貌,雅丹地区地面崎岖起伏，风蚀土墩多呈长条形，排列方向与主风向平行。在罗布泊盐碱地北部的东西两侧，粘土土墩的顶面是盐结块，外表呈白色，古称白龙堆。汉书地理志中，有：“白龙堆，乏水草，沙形如卧龙”的记载。,注意：雅丹不是发育在基岩上的，而是发育在河湖相的土状堆积物上的。是风蚀土墩和风蚀沟槽的垄槽地貌组合。,雅丹地貌的形成有两个关键因素：一是发育这种地貌的地质基础，即湖相沉积地层；二是外力侵蚀，即荒漠中强大的定向风的吹蚀。,风蚀残丘,由基岩组成的地面，经长期风蚀后，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。它的外形各不相同，以桌状平顶较多，亦有成尖峰状的，高度一般在1030m不等。,在岩性强弱相间的水平岩层地区，经风力长期吹蚀，塑造成一些顶平壁陡的残丘，远远望去，好似废毁的千年城堡，谓之风蚀城堡。,准噶尔“魔鬼城”,克拉玛依“魔鬼城”,风蚀洼地,风蚀洼地：风沙流对松散地面吹蚀作用形成的洼地，多呈椭圆形，沿主风方向延伸。在干旱半干旱地区比较普遍，它的特点是开阔宽浅，暴雨之后暂时性地积水为湖，间歇性内流浅水湖。有的风蚀洼地底部有蒸发形成的盐盘。在山间还有可能形成风蚀槽洼地。,风蚀洼地和干涸的河道,二、风积地貌,风积地貌是指被风搬运的物质(沙、粉沙和尘土等)在一定条件下沉积形成的地貌。(本章仅介绍沙质风积地貌。)风积地貌的形成和含沙气流结构、运动方向以及含沙量的多少有关。（一）沙坡纹（二）沙堆（三）沙丘,沙波纹是沙地和沙丘表面呈波状起伏的微地貌。相邻两个沙波纹的脊线间距一般20-30cm，脊高可达10多cm。风力愈大，脊间距愈大。,（一）沙波纹,野外观察和风洞实验发现，沙波纹脊线与风向垂直。,沙堆主要是风沙流遇碍(植被或地形变化)，就在背风面产生涡流，消耗气流的能量，引起风速减小，在背风面沙粒发生沉积成为沙堆。（蝌蚪状盾状）,（二）沙堆,（三）沙丘,沙丘是风沙堆积中最主要的堆积形态。沙丘的发育决定于风速、沙型、供沙量和下垫面的性质。根据含沙气流结构等特征，可划分以下四种沙丘类型：1.信风型沙丘堆积2季风型沙丘堆积3.对流型沙丘堆积4干扰型沙丘堆积,1.信风型风积地貌,单向风或几个近似方向风的作用下形成的各种风积地貌。荒漠地区主要形成新月形沙丘、纵向沙垄；在荒漠区的边缘或在海岸带、湖岸带非荒漠区常有抛物线沙丘发育。它们的形态走向和起沙风的合成风向之间夹角小于30，或近于平行，这类沙丘又称纵向沙丘。,新月形沙丘（barchan dunes）,新月形沙丘平面形状如新月。高度不等，几米到十几米，最高达30 m。新月形沙丘纵剖面的两坡不对称，迎风坡微凸而平缓，坡度一般在1020；背风坡(或落沙坡)下凹而较陡，2833，接近沙粒的休止角。在新月形沙丘背风坡的两侧形成近似对称的两个尖角，称为新月形沙丘的两翼，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。,新月形沙丘平面图和剖面图,a.饼状沙堆b.盾形沙丘c.雏形新月形沙丘d.新月形沙丘,新月形沙丘的形成示意图A.沙堆使近地面风速发生变化B.压力差出现，背风坡产生涡流C.沙丘增高的同时，背风坡马蹄形洼地也增大D.形成典型的新月形沙丘,纵向沙垄(Longitudinal dunes),纵向沙垄是沙漠中顺着主要风向延伸的垄状堆积地貌。垄体较为狭长平直。,纵向沙垄（线形沙丘）,古尔班通古特沙漠中的纵向沙垄,纵向沙垄的成因:,由新月形沙丘发展而成。在两个风向呈锐角相交时，新月形沙丘的一翼沿着两个风向的合成风向伸延，另一翼相对退缩，最后即形成纵向沙垄。,由单向风和龙卷风共同作用而成。沙漠区常见由于地面急剧增热，引起气流强烈对流形成的龙卷风。龙卷风的旋转轴垂直地面。在另一单向风的作用下，龙卷风则沿着地面呈水平螺旋状向前移动，风从低地将沙子吹起堆积在两侧沙堆上，逐渐形成纵向沙垄。,必要条件:a.近乎平坦的、均一的下垫面；b.稳定、明显的主导风向。,由地形影响而成。在山口或垭口附近，风力特别强烈，可形成顺风向延长的纵向沙垄。由草丛沙堆发育而成。在温带荒漠有植物生长的地方，流沙受地面植物的阻碍，堆积成各种草丛沙堆。如两个或两个以上的草丛沙堆同时顺主要风向伸延，最后相互衔接，便形成纵向沙垄。这类沙垄比较固定且规模较小。,抛物线沙丘,抛物线沙丘平面形态呈弧形，弧形突出方向指向下风向，两个尖角指向上风向。分布：抛物线沙丘是一种固定或半固定的沙丘，在水分和植被条件较好的荒漠边缘地区或者海岸带常有发育。成因：常由海滨沿岸沙堤演化而成，当沙堤受海风作用向岸方向移动时，遇到植物灌丛阻碍而移速减慢或停积，在两灌丛之间，没有植物阻挡的沙堤继续往前移动，就形成弧形的抛物线沙丘。,抛物线沙丘,2.季风型沙丘,当两个方向相反的风向交替出现时，而其中一个风向占优势所形成的风积地貌，称季风型沙丘。季风型沙丘有：新月形沙丘链，横向沙垄等，它们的排列延伸方向与起沙风合成风向的夹角大于60或与近于垂直。这一类型的沙丘又称横向沙丘。,（1）新月形沙丘链,新月形沙丘的翼角彼此相连而成新月形沙丘链。在我国季风气候区的沙漠比较发育。,密集的新月形沙丘链,塔克拉玛干沙漠,（2）横向沙垄,横向沙垄是一种巨形的复合新月形沙丘链。长可达10-20km，高100m左右。横向沙垄表面常叠许多次级的沙丘链。相邻沙丘链间距1.5-3.0km，并由一些小新月形沙丘链分隔成一个个封闭洼地。,横向沙垄,3 对流型沙丘,对流型风积地貌主要是在龙卷风的作用下形成的，最典型的是蜂窝状沙地。,强烈的龙卷风把沙漠地面吹成一个个圆形洼地，被吹蚀的沙粒，堆积在洼地四周而成蜂窝状沙地。它们比较固定，只是本身形态受风力作用而有变化，所以可以把它们看作是半固定型的风积地貌。,古尔班通古特沙漠中的蜂窝状沙丘,4 干扰型沙丘,当主要气流向前运动时，遇到山地阻挡而使气流运行方向发生改变，引起气流干扰形成的各种沙丘，称为干扰型沙丘，主要是金字塔形沙丘，又称锥形沙丘。有时形状如海星，称星形沙丘。,金字塔形沙丘,星形沙丘,根据塔克拉玛干沙漠金字塔形沙丘研究，认为它们的发育条件是：在几个方向风的作用下，而且各个方向的风力都相差不大；分布在靠近山地迎风坡附近；下伏地面微有起伏，如在一些丘陵和台地的地区。,第一节荒漠区的自然特征及其分布规律第二节风的作用第三节风成地貌第四节荒漠的类型,第六章风沙地貌（荒漠地貌）Aeolian Processes and Landforms,第五节 干旱区荒漠的类型,根据荒漠地貌特征和地表物质组成，可将荒漠分成岩漠、砾漠、沙漠和泥漠四种类型。一、岩漠(Rock desert)在干旱地区，遭受强烈风化和风蚀的裸露的基岩地表，称岩漠或石质荒漠。它的主要特点是：多形成在干旱区的山前地带；常表现为山麓剥蚀面的形式；裸露的基岩久经风化破坏和风沙袭击形成各种风蚀形态，其上有一些坚硬岩层构成的残丘-岛山；山地边缘或盆地四周，分布有洪积扇或洪积裙。,山麓剥蚀面的概念,干旱区风化作用强烈，山坡上大量的风化碎屑产物在重力作用下向下滚动，聚集于山麓，一旦暴雨，强大的片状洪流将其迅速搬运到山麓带的边缘，山坡上的基岩又重新暴露再遭风化。在风化作用、重力作用和片状洪流等共同作用下，山坡不断后退，在山麓带形成缓缓倾斜的基岩剥蚀面，上覆薄层松散堆积物，称为山麓剥蚀面。如果地壳长期稳定，山麓剥蚀面可以发展成很大规模，各山麓剥蚀面不断扩展而相互联合成大片的山前夷平面。,岩漠地貌的形成，不单纯是风力作用，风化作用和水的作用(暂时性洪流和片流)也起了重要作用。,二、砾漠(Gravel desert),砾漠是指地面由砾石组成的荒漠，又称“戈壁”。成因：荒漠中的各种沉积物（洪积物、冲积物和冰积物等）以及基岩风化后的碎屑残积物，在强烈的风力作用下，细粒的沙和粉尘被吹走，留下粗大砾石覆盖着地面，形成砾漠。,砾漠中的单个岩砾经风沙磨蚀后会成为具有棱面的风棱石(Ventifact)，俗称猴面石。风棱石的表面有时有薄薄的一层具有油脂光泽的深褐色铁锰氧化物，称为荒漠岩漆，这是由于砾石中所含水分蒸发时将所溶解的矿物盐类沉淀在砾石表面经风磨蚀而形成的。,戈壁、风棱石（猴面石）,风棱石照片,风棱石（ventifact），特征：至少一个磨光面；沙漠漆,风棱石的成因,三、沙漠(sand desert),沙漠是指地面覆盖着大量流沙的荒漠。这里风力作用很强，形成各种风积地貌。荒漠中的沙漠面积最大，中国沙漠面积为63.7万km2。,沙漠的沙粒来源于古代或现代的河流、湖泊和洪积扇的沉积物中的细颗粒物质或风化残积物中的细颗粒物质。,沙漠由不同类型和不同规模的沙丘组成，在沙漠内部有一些大型沙垅和沙山地貌，沙漠边缘为一些新月形沙丘。,泥漠是由粘土物质组成的荒漠。形成：泥漠常形成于干旱区的低洼地带或封闭盆地中部，是由流向洼地或者湖沼的暂时性洪流所携带的黏土质淤积而成，由于强烈蒸发而干涸，变成泥漠。泥漠常有盐渍化现象，形成盐沼泥漠。是由矿化度很高的地下水沿毛细管上升到地表，水分蒸发，盐分沉积。也有一些湖泊由于长期蒸发，湖水不断浓缩，含盐度增大，成为盐湖。盐湖中盐水达到饱和状态后，即沉淀成为岩盐。,四、泥漠(mud desert),泥漠,罗布泊中心,罗布泊,