海水的運動及其地質(zhì)作用 海水以波浪、潮汐、濁流與洋流四種形式進行著運動,成為海水地質(zhì)作用的基本途徑。 波浪 一般特征 波浪(wave)主要由風(fēng)摩擦海水而引起,也可因潮汐、海底地震以及大氣壓的劇烈變化而產(chǎn)生。波浪的大小依風(fēng)速和傳播時間而定,如風(fēng)速達到1.1m/s,且持續(xù)吹動,便產(chǎn)生波浪。 在外海,波浪發(fā)生時,波形沿水平方向向前傳遞,而水的質(zhì)點則是在原地做上下旋轉(zhuǎn)運動而無實質(zhì)性位移,有如在風(fēng)的吹動下滾滾向前的麥浪。 波浪外形有高低起伏,波形最高處,稱為波峰( wave crest);最低處,稱為波谷(wave trough);相鄰兩波峰間的距離,稱為波長( wave length);波峰到波谷的垂直距離,稱為波高(wave high)。第一波過去,次一波來到同一地點所需時間,稱為周期,波形在單位時間內(nèi)前進的距離,稱為波速( wave velocity)。波長、波高、波的周期和波速是波浪的四要素。 一般情況下,波高不超過4m,波長不超過數(shù)十米。大風(fēng)暴時,波高可達15-30m,最大波長可達8多米。由于水的內(nèi)摩擦作用,水質(zhì)點的圓周運動半徑是隨深度增加而減小乃至消失的。波浪向深部傳導(dǎo)一般不超過波長的1/2。在深度達1/2波長時,波浪運動幾乎停止,這一深度界面稱為波浪基面( wave base),或浪基面。 當(dāng)波浪由外海向淺水帶傳遞時,由于水深逐漸變小,波浪的運動便能到達海底。當(dāng)水深小于1/2波長時,波浪下部的水分子運動受到海底阻礙和摩擦變?yōu)闄E圓形,愈近海底其扁度愈高。及至海底,水分子只做前進后退運動。這時,上層水體的運動速度大于下層,致使波長縮短,波高加大波峰變尖。波浪愈接近海岸,波浪的變形愈明顯。最后波峰超前并且翻卷破碎,稱為破浪( breaker)。破浪涌向海岸,拍擊海岸,稱為激浪(surf)。 想象一群水分子加速跑因為腳下摩擦力變大一起摔跟頭的樣子,真是澎湃呢。。。。 地質(zhì)作用 在淺水帶,波浪的運動一般能影響到海底,促使海水循環(huán),使海水中富含氧氣,有利于底棲生物生存繁衍,有利于海底沉積物的氧化、磨圓、分選,有利于形成波痕、交錯層理等原生沉積構(gòu)造。 在近岸帶,波浪的地質(zhì)作用更為顯著。首先,由基巖組成的海岸會遭其強烈的侵蝕破壞。激浪施加于海岸巖石的壓力每平方米可達幾十萬牛[頓]以上。海水?dāng)D進巖石的裂縫,壓迫裂縫中的空氣,促進巖石崩裂瓦解。強大的激浪可以拋擲巖塊以撞擊海岸,破壞力甚大,由可溶性巖石組成的海岸,還會同時受到海水的溶蝕,海岸的破壞就更加快速。 其中堅硬的以及斷裂不發(fā)育的巖石抵抗海蝕的能力較強,軟弱的以及斷裂發(fā)育的巖石抵抗海蝕的能力較弱。結(jié)果,前者便突出成為海岬( strait),后者便凹入成為海灣(gulf)。伸入海中的較堅硬巖石也可被侵蝕成各種地貌,如形似橋狀的海蝕拱橋( marine bridge)、直立水面的海蝕柱( marine stack)。由堅硬巖石組成的海岸一旦崩塌,則可形成陡峭的海蝕崖( marine cliff)。 海岬 海蝕柱 海蝕崖的下部可形成海蝕洞穴( marine cave)。海蝕洞穴進步發(fā)展可形成平行海面的海蝕凹槽( marine trough)。海蝕凹槽的上部巖石如發(fā)生崩塌,海蝕崖便后退。海蝕作用沿基巖裂隙帶發(fā)展可形成海蝕溝谷( manne canyon)。隨著海蝕崖的后退,原海蝕凹槽上部巖石發(fā)生崩塌,原凹槽底部可變成為向海微傾斜的近似平坦的基巖臺地,其上常有砂、礫沉積物,稱海蝕平臺( submarine platform)。 在激浪的持續(xù)作用下,海蝕平臺可逐漸加寬。海蝕平臺發(fā)展到一定寬度后,在地殼穩(wěn)定或海平面無明顯升降的條件下,波浪的能量全部消耗在沿寬闊平坦海底的摩擦之上,不再發(fā)生侵蝕,這時的海岸橫剖面稱為海蝕平衡剖面( marine balanced section)。隨后,如地殼明顯抬升或海平面明顯下降,原有海蝕平臺就會高出海面,成為海蝕階地( marine terrace),不再受到淹沒。因而海蝕階地是該地地殼明顯抬升或海平面明顯下降的標(biāo)志。相反,如果地殼明顯下沉,則淪為水下海蝕階地。 海蝕平臺 波浪的作用還能引起近岸帶沉積物的搬運和再沉積。當(dāng)激浪進擊海岸時,形成向陸地前進的水流,稱為進流( ingression current)。如波浪的前進方向與海岸垂直,則進流就將水下的砂、礫向岸上搬運。隨著進流能量的耗散,部分砂、礫留在岸上,部分砂、礫隨回流( reflux)搬回水下。在進流與回流的往返作用下,砂、礫充分磨圓和分選,一部分留在海岸形成礫灘、沙灘或沙壩,另一部分沉積在離岸一定距離的水下,形成平行海岸的沙堤( sand barrier)或沙壩( sand bar)。 如果波浪斜擊海岸,浪流在與海岸接觸處會發(fā)生流向的變化,形成平行海岸流動的水流,稱為沿岸流( longshore current)。沿岸流攜帶砂屑物沿岸搬運。如遇彎曲的海岸線或遇海灣,沿岸流的動能會降低,流速變小,搬運物即逐漸沉積下來,成為向海灣方向尖滅的沉積體,稱為沙嘴( sand spit)。如果沙嘴或沙壩把近陸的一部分水域與外海隔開,使其轉(zhuǎn)變成湖泊,即潟湖( lagoon)。如果海岸曲折,海岬、海灣交錯,從外海到達海岸帶的波浪將在岬角處聚集能量,發(fā)生侵蝕;在海灣中則消散能量,產(chǎn)生沉積,形成海灘( beach)。 在由松散沉積物構(gòu)成的平坦海岸地帶,波浪的侵蝕作用弱,前述侵蝕地形難以形成,但是波浪對碎屑物的搬運和堆積作用顯著,可形成各種沉積地形。 潮汐 在日月引力的作用下,海平面發(fā)生周期性升降的現(xiàn)象,稱為潮汐(tide)。海水(含地球上的一切物體)恒受月地引力及月地系統(tǒng)圍繞其質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力的共同作用(日地引力較弱,也有影響)。 在地球的向月端引力大于離心力,合力指向月球,海水鼓起,發(fā)生漲潮( rising tide);在地球的背月端因離心力大于引力,合力背向月球,海水也鼓起,也發(fā)生漲潮。與此同時,在距離向月點90°的地面上,海水面相應(yīng)降低,發(fā)生落潮( falling tide)。月球繞地球旋轉(zhuǎn)一周所需的時間為24小時51分,故同一地點每隔12小時25分30秒就有一次漲潮,在兩次漲潮之間即發(fā)生落潮。 此外,因地月系統(tǒng)繞太陽運行,當(dāng)出現(xiàn)新月和滿月(農(nóng)歷初一和十五)之后1-2天,月、地、日三者位于同一線上,太陽的引力與月球的引力疊加,形成大潮( spring tide)。當(dāng)出現(xiàn)上弦月或下弦月(即農(nóng)歷初八、九及廿二、廿三)后1-2天,月地的連線同地日的連線垂直,形成小潮( neap tide)。 錢塘江大潮 由潮汐引起的海面高度變化迫使海水做大規(guī)模水平運動,形成潮汐流( tide current)。漲潮時,潮水涌向陸地:落潮時,潮水退回海中。 在平坦海岸帶,潮水的漲落會影響到相當(dāng)寬闊的范圍,對海岸及其巖石反復(fù)侵蝕、搬運和再沉積,影響著沉積物的性質(zhì)和特征。在河口地帶,如河道狹窄,則潮流的侵蝕與搬運作用會很強烈,不能形成三角洲。如河口處有水下沙堤,則可抬升浪高。當(dāng)潮水涌進狹窄的水道時,可形成強潮,潮高可激增至數(shù)米、十余米,流速增快,可達每秒數(shù)米:落潮時潮水奔騰而下,河口遭受強烈沖刷。如果河口向外海呈漏斗狀展開,可形成三角港( triangular harbour),如錢塘江、恒河、葉尼塞河、亞馬孫河、泰晤士河、易比河等河流的河口均是三角港。潮汐引起的海水運動具有強大的能量:利用海水的潮汐能量發(fā)電是獲得能源的重要途徑。 注:'天天學(xué)普地'欄目的內(nèi)容摘錄自舒良樹版《普通地質(zhì)學(xué)》 美編:胡小彤 校對:張 崧 |
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