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波浪,洋流与海岸地貌
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图 3.32 波浪和破浪的形成。(a)当浅海的涌浪接近缓斜的海滩底部时,形成波峰尖锐的波浪,直至使海水产生陡波,破碎前进,形成前冲的破浪,亦称“激浪”(surf)。(b)首尾相接的波浪在均匀倾斜的岸坡下触底形成等间距的破浪。(© George Lepp / Getty Images)
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虽然地球历史中冰川的活动是间歇性的,但海洋波浪对大陆海岸和岛屿的破坏则永无休止,并且其使海岸地貌产生重大的变化。当波浪进入接近海岸的浅水区时,其因强力摩擦海底而变高,直至形成破浪,如图3.32所示。海水的上冲不但携带沙粒进行堆积,并且也侵蚀海岸上的地貌,而回流的海水则将侵蚀的物质带走。这种活动的结果是因条件不同而形成各种地貌。
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如果海岸上的陆地显著高于海平面,波浪的作用将形成海蚀崖。海蚀崖随后受到侵蚀,其受侵蚀的速度取决于岩石对海水持久袭击的抵抗程度。暴风雨时,大量的能量从上冲的波浪中被释放出来,因而发生严重侵蚀。沿海风暴发生时,会发生滑坡灾害,特别是在软弱的沉积岩区或者冰碛物分布区。
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海滩是海水夹带沙粒发生堆积作用而形成的。沙粒来源于巨量的海岸侵蚀和河流带来的泥沙(图3.33)。沿岸流(longshore current)大体上平行于海岸运动,搬运沙粒,形成海滩和沙嘴。有掩护的浅水区增大了沙粒堆积的机会。
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图 3.33 岸滨后部的海蚀崖,是由暴风雨和高潮位时的波浪侵蚀而成。来自海蚀崖和河流的沉积物形成了海滩堆积物。沿岸流将部分沉积物顺流运下,形成沙嘴。滨外坝是海滩上的物质经后退的波浪再搬运和沉积而成。这里所表示的所有地貌一般不会出现在同一个地点。
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然而,如果没有沿岸流存在,后退的波浪会将沙粒从海滩搬运走。结果,会有从海岸线伸出一段距离的沙坝(sandbar)⑦ 形成。沙坝如果扩大,最终可能封闭海岸,形成新的海岸轮廓、封闭潟湖或者小海湾。在这种地区内及其周边,常有盐沼发育。例如,北卡罗来纳州的外浅滩(Outer Banks)由若干条带状长沙坝构成,因沿岸洋流和暴风雨的作用而在不断地移动。
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珊瑚礁(coral reef)不是由沙粒构成,而是在热带浅海,由生长于温暖而阳光充足的海水中的珊瑚虫分泌的碳酸钙而成。珊瑚礁由数百万彩色的珊瑚骨骼构成,形成于近海范围内。在澳大利亚东北的岸外浅海中,分布着最著名的珊瑚礁——大堡礁。环礁(atoll)见于南太平洋,是浅海中环绕已被海水淹没或者接近淹没的火山而形成的礁体。
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风
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在湿润地区,覆盖于地表的植被主要限制了风对沙质海滩的影响。但是在干旱地区,风是一种强烈的侵蚀和堆积营力。干旱地区植被有限,这使裸露的沙、尘土颗粒受制于风的运动。因此,在干旱地区可见到许多机械风化产生的刻蚀地貌,即因沙和尘土颗粒在岩石表面发生磨蚀作用而形成的地貌。在遭受旱灾的农场地区发生的沙尘暴使那里变成农业上的荒芜之地。20世纪30年代是俄克拉何马、得克萨斯和科罗拉多三州大片农田变成美国“尘暴区”(Dust Bowl)⑧ 的时期,当地居民深受其害。
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被风吹起的沙可形成几种地貌。图3.34描绘了其中的一种。虽然沙漠(sandy desert)不如砾漠(gravelly desert,又称荒漠砾幂[desert pavement])那么普遍,但它们的独特地貌却比较闻名。撒哈拉沙漠的大部分、戈壁沙漠和美国西部的荒漠都覆盖着石块、砾石和卵石,而不是沙。每一处都有一小部分(而沙特阿拉伯荒漠则是大部分)覆盖着沙,由风吹积成一系列的沙垅,或者沙丘(dune)。除非沙丘被植物固定,否则,风从迎风面把沙子向上吹,越过沙丘顶部,沙丘就会发生移动。沙漠沙丘中最独特的一种就是新月形沙丘(barchan)。在海岸带和内陆的湖岸上,无论是湿润还是干旱气候下,风能够形成高达90米的沙脊。有些情况下,沿海的社区和农田受到流沙的威胁,或者被其破坏(见“处于危险边缘的海滩”专栏)。
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图 3.34 来自左侧的盛行风形成了这些迎风坡和缓、背风坡陡而不规则的横向沙丘。(Courtesy of James A. Bier)
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另一种质地为粉砂的风积物称为黄土(loess)。黄土通常见于中纬度西风带,覆盖了美国(图3.35)、中欧、中亚和阿根廷的广大地区。黄土在中国北方最为发育,覆盖了数万平方千米的土地,厚度常达30米以上。黄土在成因上为风成,这一点已经为它从广大的荒漠区向下风方向的典型分布状态所确证。不过其主要堆积物被推断是由冰川后退融水堆积下的裸露沉积物经过风蚀而成。由于肥沃的土壤通常来自黄土堆积,因此如果气候条件合适,黄土区便可成为世界上生产率最高的农田区。
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图 3.35 美国风积粉砂(包括黄土)的位置。较厚的堆积层分布在密西西比河上游河谷地区,与冰川碎屑堆积受风的运动影响有关。再往西部,在大平原上,风积物质质地为沙质而不是黄土质。(Adapted from Geology of Soilsby Charles B. Hunt, copyright 1972 W.H. Freeman and Company. Reprinted by permission of the author.)
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