為什么即便在平坦地帶,地球上的天然河流都是彎曲的?幾乎沒有筆直前進(jìn)的河流?1926年,愛因斯坦用茶葉解釋了這個(gè)問(wèn)題。
他當(dāng)時(shí)在論文中描述了用湯匙在杯子里攪動(dòng)茶葉的現(xiàn)象,當(dāng)杯子里的水被順時(shí)針或者逆時(shí)針攪動(dòng)后,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),水里的茶葉沒有在離心力的作用下被推倒杯底邊緣,反而會(huì)向杯底的中心集中,這種圓形流動(dòng)我們稱之為一次流。 而這種一次流,會(huì)產(chǎn)生向外的離心現(xiàn)象,導(dǎo)致杯子里的液體外圍高而中心低,形成一個(gè)小漩渦。 這時(shí)靠近杯子底部外側(cè)的液體,由于和杯壁之間存在摩擦力,于是旋轉(zhuǎn)速度減慢,離心力減弱,向內(nèi)的壓力梯度大于向外旋轉(zhuǎn)的慣性,杯子底部的液體就會(huì)發(fā)生向內(nèi)的流動(dòng),也就是液體在垂直方向上出現(xiàn)旋轉(zhuǎn),這就是二次流。 這時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn),雖然杯子里的液體還在流動(dòng),但茶葉卻一直在杯底中央,不會(huì)跑出來(lái),這就是茶葉悖論。 可是這與河流為什么彎曲有什么關(guān)系呢? 我們都知道,其實(shí)只要地勢(shì)不平坦、地震、人為等原因,都可以造成河流彎曲,可有些地方明明非常平坦,為什么河流還是彎曲的呢? 其實(shí)在19世紀(jì)中葉的時(shí)候,地理學(xué)家們普遍認(rèn)為,河流之所以會(huì)彎彎曲曲,是因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)。 當(dāng)時(shí)阿道夫·馮·拜爾為了解釋南北半球河流為什么受到侵蝕的方向會(huì)不同,提出了拜爾定律。 也就是說(shuō),在地球自西向東轉(zhuǎn)的過(guò)程中,北半球的河流在地球偏向力的作用下,右岸一邊會(huì)出現(xiàn)比較大的侵蝕效應(yīng),從而往右偏,相反的,南半球的河流就會(huì)往左偏。 但地球偏向力并不是河流變得彎曲的主導(dǎo)原因,其實(shí)河流經(jīng)過(guò)的地形、水流流速,河道兩側(cè)土質(zhì)、以及人為因素等,在河道彎曲的形成反而更加顯著。 當(dāng)河流出現(xiàn)侵蝕效應(yīng),這就導(dǎo)致水流在經(jīng)過(guò)彎道時(shí)會(huì)給受到侵蝕的那一側(cè)河岸,也就是凹岸增加壓力。 而凹岸彎度越大,水的流速就會(huì)越大,而流速越大,給予凹岸壓力就會(huì)更大,但水流可不會(huì)只沖擊一個(gè)點(diǎn),它會(huì)沖擊正前方的河岸,因此凹岸的壓力會(huì)越來(lái)越大,從而變得越來(lái)越彎曲,形成“Ω”型,而河水流過(guò)河道的這個(gè)過(guò)程,就可以看做茶杯悖論里的一次流。 但水流也不是直接就沖著凹岸進(jìn)行沖擊,由于凹岸局部水壓增大,水流會(huì)形成螺旋狀的環(huán)流,進(jìn)一步地侵蝕凹岸,而侵蝕下來(lái)的泥沙就會(huì)堆積到另一側(cè),也就是凸岸上,這種橫流也被稱為橫向環(huán)流,這也是茶葉為什么不會(huì)堆積到杯子邊緣,反而堆積到杯子中間的原因。 而河流在沖擊出一個(gè)凹岸之后,拐角處勢(shì)必還會(huì)反方向地出現(xiàn)一個(gè)凹岸,漸漸地,河流就會(huì)變得越來(lái)越彎曲,而河流的凹岸處也就被腐蝕的越來(lái)越寬。 這又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢? 我們知道,物極必反,當(dāng)彎道越來(lái)越大時(shí),在凹岸“Ω”兩側(cè)的凹岸,會(huì)由于泥沙被剝削的過(guò)多,而漸漸地連接到一起,這時(shí)候原本彎出去的河道,就會(huì)單獨(dú)形成一個(gè)湖。 因?yàn)樾螤钕駫煸谝郧疤自谂2弊由嫌脕?lái)耕田的農(nóng)具牛軛(è),因此這種湖也叫牛軛湖。 比如我國(guó)內(nèi)蒙古的烏梁素海就是著名的牛軛湖,而它是因?yàn)辄S河改道才形成的。 以前黃河沿著狼山南側(cè)的烏加河作為主流自西向東流,后來(lái)因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng),黃河受到了阻攔,路走不通了,于是只好改道向南,沖出了一個(gè)洼地。 后來(lái)因?yàn)轱L(fēng)沙不斷侵蝕,以及狼山南側(cè)的洪積扇擴(kuò)展,抬高了河床,烏加河就這樣被泥沙給阻斷,只能流到洼地里,形成了烏梁素海。 而在黃河,一直都有“三年兩決口,百年一改道”的說(shuō)法,根據(jù)水利部黃河水利委員會(huì)的統(tǒng)計(jì),在1946年以前的幾千年里,黃河較大的改道就發(fā)生了26次,其中有6次影響巨大,涉及到了如今的河南、河北、山東、安徽和江蘇五個(gè)省,被稱為“六大遷徙”。 #我要上頭條##茶葉悖論##黃河##牛軛湖# |
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