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风力作用的概念及其特点

日期:2020-02-03 14:37
 
 

  中地数媒(北京)科技文化有限责任公司奉行创新高效、以人为本的企业文化,坚持内容融合技术,创新驱动发展的经营方针,以高端培训、技术研发和知识服务为发展方向,旨在完成出版转型、媒体融合的重要使命

  由于干旱气候区自然地环境的特殊性,风力强劲、风力作用很强。风力是这一地区的最主要的地貌营力,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,形成各种风沙堆积地貌,而且还能侵蚀坚硬岩石,形成各种风蚀地貌。风力作用的下限面为地下水面。

  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和磨蚀作用。吹蚀作用取决于近地表风的流态和流速以及地表泥沙的物理性质。近地面的气流密度较小,黏滞性低,气流经常呈涡动。此外,地形起伏和热对流,能使地表气流产生大的旋涡,加强气流的紊动作用。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,使地表遭受破坏,这种作用称为吹蚀作用。

  风挟带沙粒、土粒移动,形成面状流动的挟沙气流称为风沙流。风沙流对地表岩石或不同胶结程度的泥沙块体进行碰撞和摩擦,或者在岩石裂隙和凹坑内进行旋磨,称为磨蚀作用。沙粒可以对地表产生巨大的冲击力和摩擦力,高速跃移的沙粒可推动大于其直径6倍、重量200倍的地表沙粒。不同胶结程度的泥沙块体和各种岩石,因受被吹扬沙粒的冲击磨蚀而发生崩解和破碎,形成各种吹蚀地貌。

  风沙流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。当近地面风速大于4m/s时,0.10~0.25mm粒径的沙粒就能形成风沙流,小于0.10mm的粘粒、粉沙等物质就会被扬起。一般来说,被风吹扬的沙粒颗粒大小和风速成正比。风沙流中的含沙量和高度有关。据观察,风沙流中的绝大部分沙粒都在近地表10cm以下。随着风速增大,在地表10cm内含沙量的绝对值也增大。

  各种大小不同的沙粒,在风的作用下可产生悬移、跃移和蠕移(推移)等不同形式的运动(图8-1)。

  悬移 一些小于0.1mm的沙粒,在风速为5m/s时,呈悬浮状态移动称为悬移。0.1mm以下的沙粒沉降速度小于风的紊动向上风速。当空气中固体颗粒的沉速小于平均风速的1/5时,颗粒就会被上举,并能在一段时间内保持悬浮状态。一些粒径小于0.05mm的粉沙和尘土,能长期悬浮在空中并随气流搬运到上千千米远的地方才沉落下来。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,而又以跳跃沙粒占大多数。

  跃移 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。风沙颗粒跳起的角度变化较大,约40%的沙粒起跳角为30°~50°,28%的起跳角达60°~80°。沙粒升入空中,受到风的作用,将沿着气流上升,在达到一定高度后,沿平缓倾斜的轨迹下落,下降角一般在10°~16°之间。跃起的沙粒起跳角大,跃起的高度高,搬运距离也远。沙粒在运移过程中还不断旋转,每秒钟可达几百至上千转。天然沙丘沙跃移的沙量是全部输沙量的75%。

  蠕移 蠕移是一些跃移运动的沙粒在降落时对地面不断冲击,使地表的较大沙粒受冲击后产生缓缓向前移动。低风速时,可以看到这些颗粒时行时止,移动速度只有1~2cm/s。当风速增加时,沙粒移动的距离则随之增长,移动的数量也增多。到最高风速时,整个地面的沙粒好像都在缓缓向前移动。高速跃移沙粒的冲击力,可以使等于跃移沙粒直径6倍或质量200多倍的表层沙粒产生蠕动,所以蠕移质比跃移质的颗粒要大得多。粒径0.5~1.0mm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。

  风所搬运的沙粒由于条件改变而发生堆积。产生风积作用的原因是挟沙气流在运动过程中遇到山体阻碍,或地面草丛、建筑物阻挡,风速减慢,形成沙粒堆积。当挟沙气流在运行过程中遇到较冷的气流时,会向上抬升,这时一部分沙粒不能随气流上升而沉降下来,这种情况大都发生在湖盆附近。如果有两股几乎平行的、流动速度和含沙量不同的气流相遇时,则形成一种不同于接触前的气流状态的新气流,它们的速度和含沙量都将发生改变,在大多数情况下,原挟沙气流之一会失去搬运原有沙量的能力,将多余的沙粒卸落下来。经风搬运再堆积的物质叫风积物。

  风积物的特点是:①颗粒粒径一般只限于1mm以下;②风积物的粒度均一,分选好,它比湖沙、河流沙和海滨沙的分选都好;③风成沙的磨圆度高;④沙粒表面有许多凹坑,这是沙粒在运动过程中互相撞击而成,这种现象只限于较大沙粒,小于0.1mm的颗粒这种现象不明显,有些石英沙有溶蚀痕迹和SiO2沉积物;⑤风成沙一般以石英为主,有少量长石和各种重矿物如角闪石、绿帘石等,容易磨损的矿物经风搬运大都磨成更小颗粒被吹扬到更远的地方,如云母在风成沙中很少见到。


   
 

 


 

 

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