高中地球科学/波浪侵蚀与沉积

课程目标

描述波浪的作用是如何形成不同的海岸线特征的。
讨论静水区域如何形成沙子和沉积物的沉积。
讨论人类建造的一些结构，以帮助抵御波浪侵蚀。

波浪作用与侵蚀

你曾经去过海滩吗？有些海滩有很大而强烈的滚滚波浪，它们向上涌起，并在撞击海岸时坍塌。所有波浪都是能量，它们通过某种材料传播（图 10.13）。我们最熟悉的波浪是通过水传播的。这些波浪大多数是由风吹过水面形成的；有时是稳定的风吹过，有时是水面形成的风暴。当波浪到达海岸时，波浪的能量会做侵蚀的工作。当你沿着海滩发现一块磨砂玻璃时，你就发现了一些波浪作用的证据。你可能会发现什么其他证据？

当风吹过水面时，它会扰动水，产生我们熟悉的波浪形状。你可以在图 10.14 中看到这种形状。波浪的最高点称为波峰。最低点称为波谷。波浪最高点到最低点的垂直距离称为波高。从一个波峰到下一个波峰的水平距离称为波长。有三个因素影响波浪的大小。如果风很大，并且它在很长一段时间内持续地吹过很长的距离，那么就会形成最大的波浪。风可能很大，但如果它只是短时间内阵风，那么就不会形成大波浪。更大的波浪做更多的侵蚀工作，这会改变我们的海岸线。每天，当波浪沿着海岸线破碎时，它们都会稳定地侵蚀掉海岸线的一小部分。当有一天，像飓风这样的大风暴来临时，它将在很短的时间内造成很大的破坏。

当波浪涌向海岸时，它们通常以一定的角度到达海岸。这意味着波浪的一部分比远离海岸的波浪部分更早到达浅水区。当波浪涌向海岸时，水会“感觉到”底部，这会减缓波浪的速度。因此，波浪的浅水部分比远离海岸的波浪部分减速更多。这使得波浪“弯曲”，称为折射。波浪涌向海岸时弯曲的方式要么集中波浪能量，要么分散波浪能量。在海湾等静水区域，波浪能量会分散，沙子会沉积下来。像悬崖这样伸入水中的区域会被强大的波浪能量侵蚀掉，这些能量会将它的力量集中在悬崖上（图 10.15）。

波浪侵蚀悬崖形成于波浪切入悬崖底部，侵蚀掉那里的土壤和岩石的地方。首先，波浪在悬崖底部切出一个凹槽。如果切掉足够的材料，上面的悬崖就会坍塌到水里。这种类型的侵蚀持续多年可以形成一个波浪侵蚀平台（图 10.16）。

**图 10.18**：如果岩石的上层坍塌，留下一个孤立的尖峰，就会形成海蚀柱。

如果波浪从两侧侵蚀悬崖，产生的侵蚀会形成悬崖中的一个开放区域，称为海蚀拱（图 10.17）。如果海蚀拱上方的材料最终被侵蚀掉，一块高大的岩石会留在水中，称为海蚀柱（图 10.18）。

波浪沉积

河流将来自山脉和大陆陆地侵蚀的沙子带到海岸。土壤和岩石也会被波浪从悬崖和海岸线侵蚀。这些物质被波浪运输并在较平静的水域中沉积。当波浪涌向海岸并破碎时，水和颗粒会沿着海岸移动。当大量沙子在一个地方堆积时，就会形成海滩。海滩可以由矿物颗粒（如石英）构成，但也可以由贝壳碎片、珊瑚或甚至破碎的硬化熔岩碎片构成（图 10.19）。

波浪不断地将沙粒沿着海岸移动。较小的颗粒，如淤泥和粘土，不会沉积在海岸，因为这里的水太湍急了。波浪的作用将沙子从海岸上的海滩移动到离岸的沙洲，随着季节的变化而变化。在夏季，能量较低的波浪将沙子带到海滩上并留在那儿。这对许多喜欢坐在柔软沙滩上的人来说是一件好事（图 10.20）。在冬季，能量较高的波浪和风暴会将海滩上的沙子带回离岸。如果你在冬季去你最喜欢的海滩，你会发现那里是一个比夏季平坦、沙质的海滩更陡峭、岩石的海滩。一些社区会用卡车运沙来补充海滩上的沙子。在花费大量资金进行此操作之前，研究波浪的能量并了解通常构成海滩的沙粒类型非常重要。如果运来的沙子包含足够小的碎片，可以在那个海滩上的波浪中被带走，那么这些沙子很快就会消失。

**图 10.21**：这些沙丘是德克萨斯州海岸外帕德雷岛的一部分，该岛是一个屏障岛。

由破碎的波浪作用运输的沙子可以在海湾形成沙洲，或者形成从海岸延伸出来的沙脊，称为沙嘴。有时，沙嘴的末端会在波浪折射时弯曲到海湾较平静的水域，导致沙子以钩状的形状弯曲。

当形成海岸的陆地相对平坦且坡度平缓时，海岸线可能会被长长的狭窄岛屿所环绕，称为屏障岛（图 10.21）。大多数屏障岛只有几公里宽，几十公里长。许多著名的海滩，如迈阿密海滩，都是屏障岛。在自然状态下，屏障岛是抵御飓风等风暴的第一道防线。

这些地区最终成为我们海岸线最繁华、最城市化的地区，而不是保持屏障岛的自然状态。这意味着像飓风这样的风暴会损坏房屋和企业，而不是袭击柔软的、植被覆盖的沙质区域。一些飓风袭击了屏障岛，以至于直接穿过该岛，带走了沙子、房屋和任何挡路的东西。

保护海岸线

人类建造了几种不同的结构，试图减缓波浪产生的正常侵蚀作用，并帮助防止大型风暴对房屋造成破坏。人们建造的一种结构称为丁坝，它是一堆长而窄的岩石，垂直于海岸线延伸到水中（图 10.22）。丁坝在丁坝的一侧截留沙子，将沙子保留在那里，而不是让它沿着海岸线移动。这对丁坝上游一侧的人来说效果很好，但会给下游一侧的人带来问题。这些人不再有沙子到达他们家门口的区域。因此，人们必须再建一个丁坝来截留那里的沙子。这意味着很多人会建造丁坝，但这并不是解决波浪侵蚀问题的很好方法。

人们建造的其他一些结构包括防波堤和海堤（图 10.23）。这两者都平行于海岸线建造。防波堤建在远离海岸的水域，而海堤则建在海岸线上。防波堤建在海湾区域，以帮助保护船只免受破碎波浪的能量影响。有时，这些平静水域区域会堆积足够的沙子，人们需要努力清除这些沙子。海堤的建造是为了在暴风雨期间保护海滨房屋免受波浪侵袭。如果暴风雨中的波浪非常大，有时它们会侵蚀掉整个海堤，使该区域完全失去保护。人们并不总是愿意选择安全的建筑做法，而是选择在海滩上直接建造海滨房屋。如果你想让你的海滨房屋保持良好的状态多年，最好将房屋建在远离海岸的地方。

**图 10.23**：卫星图像中可以看到防波堤，它平行于海岸线建造，以保护区域免受强浪的侵袭。

课程总结

海洋中的波浪是我们看到的能量穿过水面的表现。
波浪的能量会产生侵蚀地貌，如悬崖、海蚀平台、海拱和海蚀柱。
当波浪到达海岸时，在某些区域会形成海滩、沙嘴和屏障岛等沉积物。
丁坝、堤坝、防波堤和海堤是人类建造的保护海岸免受破碎波浪侵蚀的结构。

复习题

说出三种人们建造的试图阻止波浪侵蚀的结构。
说出三种由波浪侵蚀产生的天然地貌。
波浪形态的各个部分叫什么名字？
描述产生波浪折射的过程。
如果你去一个有珊瑚礁的热带地区的海滩，那里的海滩会是什么样的？

词汇

海拱: 当波浪侵蚀悬崖时形成的侵蚀地貌。
屏障岛: 狭长的岛屿，通常由沙子组成，是自然界抵御风暴的第一道防线。
防波堤: 在水中建造的结构，平行于海岸，以保护船只或港口免受强浪的侵袭。
丁坝: 垂直于海岸建造的长而窄的石头或木材堆，用于拦截沙子。
海蚀柱: 孤立的岩石塔，当海拱坍塌时形成。
海堤: 沿着海岸建造的结构，平行于海岸，以抵御强浪。
沙嘴: 狭长的沙堤，随着波浪沿着海岸输送沙子而形成。
海蚀平台: 平坦的水平区域，由波浪侵蚀形成，因为波浪侵蚀悬崖底部。
波峰: 波浪形态的最高部分。
波高: 波峰到波谷的垂直距离。
波长: 波峰到波峰的水平距离。
波谷: 波浪形态的最低部分。

需要考虑的要点

哪些情况会增加波浪侵蚀的速度？
如果屏障岛是自然界抵御海洋风暴的第一道防线，为什么人们要在上面建造房屋？
海堤是否会增加波浪造成的破坏程度？

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