历史地质学/机械风化和侵蚀
本文将简要概述侵蚀和机械风化。之所以可以简短是因为后续文章将详细讨论侵蚀过程,所以只需简要概述该主题即可。
地质学家区分风化和侵蚀:风化使岩石破碎但保留在原地;而侵蚀过程既能破碎岩石,又能将破碎的碎片(碎屑)搬运走。大多数(但并非所有)文本都将做出这种区分。即使做出了这种区分,它们仍然使用“侵蚀”作为通用术语:也就是说,当你看到一个地质学家说一块岩石被“侵蚀”了时,他们并不意味着暗示它没有也被风化。
机械风化有时被称为物理风化。在这两种情况下,这种命名法的目的是将其与统称为化学风化的过程区分开来,在化学风化中,化学作用会分解岩石。化学风化将在下一篇文章中介绍。
机械风化涉及分解岩石的机械过程:例如,冰在岩石裂缝中冻结和膨胀;树根在类似的裂缝中生长;在白天高温和夜晚低温的地区岩石的膨胀和收缩;森林火灾中岩石的破裂等等。
机械风化可能是在本文中提到的最不重要的过程,因为如果不存在机械风化,地球的历史和由此产生的地质记录可能会非常相似。
机械侵蚀的主要媒介是:重力;风成过程(即由风引起的那些过程);冰的形式为冰川;以及水,形式为河流、海浪、浊流和降雨造成的径流。
读者将熟悉大多数描述的过程,但我们应该简要介绍浊流的概念。浑浊(即包含大量沉积物)的水流比清水密度大,因此会沿着湖泊或海洋的底部流动,通常会经过很长距离,并且速度很快,然后再衰减并分散其负载;这种水流发生在浑浊的河流排放到湖泊的清水中时,或者它们可以由大陆架上的泥石流引发。沙尘暴可以被认为是风成浊流的等价物。
磨蚀岩石是由风和水携带的沉积物引起的:例如,海浪可以将它们海负载的沙子和卵石抛向悬崖;沙尘暴可以从字面上将岩石沙化;河流或浊流携带的沙子和淤泥具有相同的作用。
磨损是这些相同力量对沉积物本身的影响,将它们分解成更小的碎片或将碎屑磨圆成光滑的卵石或圆形的沙粒。这个过程的效率可以在任何你可以找到海滩玻璃的地方观察到,海滩玻璃起源于锋利的碎片;人工模拟这个过程的半宝石滚筒抛光过程将在几天内使大多数卵石变得圆润。
水或冰的简单机械力可以将岩石块断开,例如当冰川从它们移动的表面上采石时,或者当海浪的冲击击打悬崖时。
当悬崖顶部的岩石无法承受机械应力时,重力可以将被磨蚀和波浪冲击侵蚀的悬崖的悬垂部分断开。它也导致诸如滑坡和泥石流之类的事件;这种下坡运动统称为块体运动。
正如我们所说,侵蚀过程的定义在于它们搬运沉积物以及创造构成沉积物的碎屑的能力。
风或水的流体可以以三种方式搬运沉积物:悬浮,其中轻质颗粒沿着地面、海底或河床以上的水流中被带走;通过跃移,其中太重而无法被悬浮携带的颗粒沿着地面(或河床,或任何东西)弹跳;以及蠕变,其中颗粒沿着地面滚动。当然,易受这些过程影响的颗粒的大小将取决于水流的速度。
相比之下,冰川可以携带的碎屑大小没有这种限制。冰川作用的一个典型结果是搬运巨大的巨石,大小相当于一栋房子,称为冰川漂砾。重力显然也没有这种限制;整个岩石层有可能沿着山坡滑落。
在这种特殊情况下,问“我们如何得知?”似乎几乎是多余的,因为涉及的过程既不隐藏也不微妙。我们可以观察到沙尘暴;我们可以看到瀑布的顶端是如何逐年变化的,或者河流是如何改变其航线而冲刷出一个新的河床的;我们可以看到悬崖是如何坍塌以及滑坡的影响。冰川携带巨石的事实是显而易见的,而且它们每年行进的距离是可以测量的;同样可以测量的是河流出海口的沉积物数量。
一个更有趣的问题是,我们如何知道这些过程已经发生,而导致它们发生的原因已经不存在?例如,我们如何识别已经融化的冰川的路线,或者已经干涸或改变其河床的河流?这些是我们在后续文章中将要回顾的问题。