第七章风成地貌

第七章 风成与黄土地貌
Chapter7 Aeolian and Loess Landforms
A Dust Storm on April 19,2002
一、风沙作用
1.风蚀作用 地表物质在风力作用下脱离原地，称为风蚀作 用。起动风速
风蚀作用
吹蚀作用 磨蚀作用
u——风速 F1——风对颗粒的作用力 F2——颗粒的重力（F2=mg） h——抬升高度 V——颗粒质心运动速度
Zo——是一个与地面粗糙度和空气粘滞性有关的参数
根据风洞实验，Zo =0.081lg(d/0.18)，d为颗粒直径。 Zo 和d的单位均为毫米。
3.风的搬运作用
悬移——跃移——蠕移
风的搬运作用
跃移颗粒受力分析
悬移 跃移 蠕移
u——气流运动速度
V——颗粒运动速度 F1——风作用力 在x轴方向动量守恒： mV1sin1=mV2sin2
F1要为颗粒的平动、转动和抬升作功。
振动颗粒受力分析
风的磨蚀作用
2.风速随高度的变化
在地表附近，风受到地面摩擦阻力的影响而降速。在稳定的床 面上，风速与高度的对数成正比。 U=5.75( /)1/2lg(Z/Zo) U——高度Z处的风速
——地面的剪切力（拖曳力或阻力） ——空气密度
Z——地面以上的高度
当风速超过起沙风速时，风速越大，风沙流中含沙量越 大。
风向对沙丘的运动方向和形态都有影响（后面详述）。
（5）人类工程经济活动
具有双重作用特征。
二、风蚀地貌
1.石窝（风蚀壁龛,Tafoni） 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，使岩石表面呈现蜂窝状外 貌，称为石窝。 石窝的直径多数约20cm，深度约10-15cm。
2.纵向沙垄(Longitudinal dune)
顺着主要风向延伸的垄状堆积地貌。垄体较为狭长平直， 纵向沙垄的不同部位，形态不一，其前端有明显的迎风 坡，中部垄脊平缓，两侧斜坡较对称，沙垄的尾部斜坡 较平缓。
成因： •新月形沙丘演化而成 •单向风和龙卷风共同 作用
•受山口或垭口影响 （在背风一侧顺风向 发育）
6.雅丹（Yardan）
雅丹为维吾尔语， 意为风蚀垄槽。 在极干旱地区， 一些干涸的湖底 常因干缩裂开， 风沿裂隙吹蚀， 使平坦的地面出 现很多背鳍形垄 脊和宽浅沟槽， 这种支离破碎的 地面称为雅丹。
新疆罗布泊 河西走廊玉门关以西的风蚀雅丹群 雅丹地貌
雅丹地貌 雅丹地貌
新疆罗布泊雅丹地貌
7.天生桥（Natural Arches）
Figure 18.21 View of “The Olgas,” a conglomerate inselberg(岛山) in the Australian desert. (E.D. McKee, USGS)
三、风积地貌
1.新月形沙丘(Barchan Dune)
新月形沙丘纵剖面两坡不对称，迎风坡坡形微凸而平缓， 坡度一般10o-20o，背风坡（落沙坡）坡形下凹，坡度一 般28o-33o，最高达36o。由单向风或几个近似方向风的 作用形成。 翼 脊
Figure 18.7 Profile view of a sand dune, with back slope in the foreground and steeper slip face over the dune crest.
饼状沙堆
盾形沙丘
雏形新月形沙丘
新月形沙丘
涡流
新月形沙丘形成示意图
沙粒供给充足，形成高大沙丘。 较软的砂岩、泥岩、粉砂岩，经风蚀形成风蚀蘑菇、风 蚀城堡等。
（2）地面高低起伏
山地是风沙流运行的障碍，在山地迎风一侧沙粒大量 堆积，形成巨大沙丘，越靠近沙地，沙丘相对高度越 大。
沙丘本身的高度也影响沙丘移动速度，风力相同时， 沙丘越高，移动速度越慢。
1/H
D(m/a-1)
Fg——重力
F2——浮力 max=F1 may=F2-Fg 下降颗粒对地表的碰撞
Figure 18.2 The relationship between wind drag velocity and particle diameter. The fluid threshold is the minimum wind speed needed to initiate grain movement by the force of the wind alone. The impact threshold is the minimum wind speed needed to sustain the movement of a grain that has been first set in motion by the impact of another particle.
Q=1.47×10-3×u3.7
输沙率(Q)与风速(u)的关系
风的搬运作用
Figure 18.1 The awesome front of a dust storm approaching Springfield, Colorado, in the spring of 1937. This storm produced nearly total darkness for a half hour period. (AP/Wide World Photos)
Figure 18.19 Three stages in the erosion of an upfaulted block (a horst) in an arid climate. As the block is eroded back, the remaining upland segments retain their steep slopes. Interior drainage exists so that sediments are transported only into the adjacent basin. Photo: Aerial view of residual mountains, a pediment(山麓剥蚀面 ) surface covered with coalescing( 联合的 ) alluvial fans (forming a bajada), and a playa near Las Vegas, Nevada.
Chimney（石柱）
Mesa（方山）
Butte（尖山）
Erosion of the flat-lying sediments of the Colorado Plateau.
4.风蚀塔（Wind-eroded tower）
5.风蚀城堡(Wind-eroded castle)
水平岩层，垂直节理发育不匀，经风蚀而形成 貌似城堡的地形。
Blowhole（风蚀穴）
2.风蚀蘑菇(Mueshroom rocks) 近地面的风沙流含沙量较大，对孤立岩石的下部侵蚀较 强烈，形成风蚀蘑菇。
摇摆石（或风动石）——风蚀蘑菇顶部坠落。
3.风蚀柱（Deflation column）
产状水平，垂直节理发育，岩性单一的地区，经风蚀 形成。
美国亚利桑那州巨碑谷中的风蚀柱
4.风积作用
挟沙气流前进中受到山体阻挡，或遇到地面草丛、建 筑物等阻挡，风速减慢，形成沙粒堆积。
2002年4月19日
库布齐沙漠 塔克拉玛干沙漠 库布齐沙漠
茫茫无际的塔克拉玛干沙漠
大风扬沙
鞍山一尾矿库
鞍山一尾矿库外侧的风沙堆积
鞍山风沙堆积掩埋了小树
Figure 18.5 Global distribution of sand covered regions.
Βιβλιοθήκη Baidu
准葛尔风城
Butte——尖山； mesa——平顶山; Monument——纪念碑 Figure 18.16 Monument Valley, in northern Arizona, contains a large number of residual sandstone buttes and mesas. Seen here is one of the Mittens. (E.D. McKee, USGS)
沙丘移动速度(D)和沙丘高度(H)的相互关系
（3）植被及含水量
植被对沙丘的发展和变形产生巨大的影响。植物生长， 增大地面的粗糙度，使地面附近的风速降低，并阻碍气 流对沙质地面的直接作用，使风的吹蚀、搬运能力降低。 沙中含水量越高，粘滞性和团聚作用越强，沙粒的起动 风速越高。
（4）气流特征
气流特征指气流的含沙量及气流的运动方向。
5.梁窝状沙地(Grated sandsheet)
是一种半圆形的凹地，凹地的边缘有一形似新月形沙丘 的弧形垄脊。
梁窝状沙地由横向沙丘链发展而成。当两个风向相反而 风力不等的风交替作用时，形成摆动前进的横向新月形 沙丘链。在略有植被的地区，如果有一部分沙丘链前进 受阻，另一部分沙丘链与它相接，就形成梁窝状沙地。
Barchan dune——新月形沙丘； crescent-shaped ——月牙形的；horn——喇叭，角；
Parabolic dune——抛物线沙丘；
Figure 18.9 Art: (a) Barchan dune: A crescent-shaped dune with horns pointing downwind. They exist on hard, flat floors of deserts where there is constant wind and a limited sand supply. (b) Transverse dune: A dune that forms a wavelike ridge transverse to wind direction. They exist in areas with abundant sand and liltle vegetation. (c) Parabolic dune: A U-shaped dune with the open end of the U facing upwind. Some form by the piling of sand along the leeward and lateral margins of a growing blowout. (d) Longitudinal dune: A long, straight, ridge-shaped dune oriented parallel to wind direction. They exist in deserts with limited sand supply and strong winds from one prevailing direction. Photo: Complex dunal topography in the Namib Desert southwest of the Kuiseb River, Namibia. (E.D McKee, USGS)
•草丛沙堆相互连接形 成
新月形沙丘发育成纵向沙垄
“Y”形交汇沙垄形成的卷轴涡流假说
3.新月形沙丘链(Barchan chain)
在两个相反方向风的作用下，新月形沙丘的翼角彼此相连， 形成新月形沙丘链。
新月形沙丘链平面图
顶部摆动的沙丘链剖面图
4.横向沙垄(Transversal dune)
横向沙垄是一种巨型的复合新月形沙丘链。长10-20km， 高50-100m，两相邻沙丘链之间的距离达1.5-3.0km。其 间被一些与沙垄垂直的短小新月形沙丘链所分割，形成 一个个封闭的低地。
Natural Arches
8.风蚀谷和风蚀洼地
风蚀谷——冲沟被风长期吹蚀改造形成。 风蚀洼地——松散物质组成的地表，被风长期吹蚀形成 洼地。
马蹄形的风蚀洼地
9.干旱区斜坡的演化
Figure 18.17 Down-weathering processes, which predominate in humid regions, result in the gradual reduction of slope angles through time. Backweathering processes, which are characteristic of arid regions, cause the slopes to maintain their steepness as they are eroded
Figure 18.22 Global distribution of desert areas and of areas where desertification is occurring.
5.影响风成地貌的因素
（1）地面物质组成 地面组成物质的粒度、硬度和细粒物质含量影响风成地 貌发育。
沙粒供给不足，只能形成低矮沙丘，或较大砾石残留下 来形成砾漠。