风的地质作用特征和体系

1、风的地质作用特征和体系1地球的外部圈层可分为大气圈、水圈和生物圈，它们各自形成一个围绕地表自行封闭的圈层体系。风的地质作用是指气流对地表物质的动力作用过程和产物。主要表现在破坏地表岩石，使之破裂、粉碎、磨蚀，并把地表的松散物质搬运到其他地方沉积下来，形成特殊的地貌景观。风的这些作用统称风成作用。第一节 大气圈的成分、结构特点 大气圈（atmosphere）是因地球引力而聚集在地表周围的气体圈层。是地球最外部的一个圈层。大气圈存在的主要证据或现象:（ 1）蓝色的天空；（2）白云；（3）风；（4）流星光的散射:光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光

2、的散射.晴朗的天空所以呈浅蓝色，完全是大气散射太阳光的结果。 （1）蓝色的天空(瑞利散射)这是由于大气中的一些非常细小物质成分，如气体、粉尘等，它们的直径较阳光的波长小得多，因此，蓝色的散射量较之于其他任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利散射。（1）蓝色的天空(瑞利散射)2（2）白云（迈耶散射）如果形成散射的粒子的形状是球形的，而且并不比阳光的波长小，所有的波长都是平均地被散射的，这种散射称迈耶散射。因此，云是白色的。（3）风 有风就说明有物质的存在，因为风是由于大气不同部位的压力差别造成的。如果在真空中就不会有风了。 （4）流星（4）流星2流星就是陨石穿过大气层时，由于其速度太快，

3、与大气摩擦产生热使陨石燃烧起来。否则我们的地球也与月球一样“ 千疮百孔” 一、大气的组成大气圈的总质量约51018kg，其中绝大部分分布在大气圈的下层。1.恒定组分是指在地球表面上任何地方(主要是约90 km以下的低层大气 )其组成几乎是可以看成不变的成分。主要由氮（78.09%）.氧（20.94%）.氩（0.93%）组成，共占大气总体积的2.可变组分二氧化碳、臭氧和水蒸气,随季节、气象、和人类活动的影响而发生变化。3.不定组分指大气中可有可无的成分，如尘埃、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、煤烟、金属粉尘等等。这部分物质在大气中含量变化非常大，它们一是来源自然界，二是来自人类生产、生活活动。臭氧O

4、3，由三个氧原子组成，是天然大气的微量组分，平均含量为，大部分集中在1030km的平流层，对流层臭氧仅占10%。如果在零摄氏度下，沿垂直方向将大气中的臭氧全部压缩到一个大气压，其厚度大约只有3毫米，相当于两个5分钱硬币叠在一起那么厚。臭氧在地球大气中的化学起非常重要的作用，通过吸收太阳辐射维护地球的能量平衡和生态平衡。 二、大气圈的结构 自地面向上依次分为:对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层大气圈的下界通常是指地表，但在地面以下的松散堆积物及一些孔隙度较大的岩石中也含有少量空气，其深度一般小于3km。大气圈的上界无明确的界限，一般认为在2000-3000km的高空向行星尘埃的密度过渡。（1）

5、对流层 troposphere厚度：平均1113km，赤道1718km，两极89km。质量：约占大气圈质量的75。气温：从下向上是降温的,大气降温率是6/km,对流层顶约-83 .成分：含水蒸气、尘埃。气象现象：风、霜、雨、雪、雹、雾等。主要特征是： 温度随高度增加而降低，平均升高1km温度降低6（大气降温率）； 空气具有强烈的对流运动，垂直对流运动强； 气象要素水平分布不均匀，天气现象复杂； 受人类活动影响最显著，污染严重； 占大气圈总质量的70%75%。（2）平流层stratosphere高度：从对流层顶到55km。 无天气现象。质量：几乎占大气圈质量的20。气温：从下向上是升温的，到平流

6、层的顶温度升到-3-17。大气运动：水平运动。成分：几乎不含水蒸气、尘埃，存在数层臭氧层,能吸收紫外线，因而是生物的保护伞特征：气温分布受地面影响小；垂直对流运动很小；大气透明度高。（3）中间层高度：从平流层顶到8090km。气温：气温随高度增加而下降，故又称冷层，到中间层的顶温度降到-80。大气运动：对流运动。 存在电离层（D），反射无线电波mesophere特征：气温随高度增加迅速下降；垂直运动（上流）强烈。（4）暖层 高度：从中间层顶到800km。 气温：从下向上迅速升温，到300km高空，温度达1000。氧、氮被分解成电离状态，又称电离层.存在多层的电离层（E、F、G）,也称电离层.t

7、hermosphere特征：气温随高度增高普遍上升；空气处于高度电离状态（5）散逸层 高度：从暖层顶到外层空间的高空2000-3000km。物质多以原子、离子状态存在。地球引力作用弱，是地球物质向宇宙空间扩散的部位。亦称外逸层。exosphere特征：空气极其稀薄，地球引力小；大气圈与星际物质的过渡带表2-2 大气圈层与自然现象和人类活动大气圈层自然现象和人类活动对流层 是地球上各种天气变化的发源地。平流层 飞行员通常喜欢在平流层中飞行，可以避开下面的湍流 平流层顶有臭氧层，可吸收大部分有害的太阳辐射中间层 保护地球不受流星体的撞击暖层 该层也叫电离层，无线电短波之所以能传输到很远的地方， 就

8、是由于电离层能将它反射回地面散逸层 地球卫星的轨道就在这一层大气圈层与人类活动大气的热状况1.大气的受热过程 炽热的太阳以电磁波的形式源源不断地向宇宙空间放射能量称太阳辐射。太阳辐射主要集中在波长较短的可见光部分，故太阳辐射又称短波辐射。 可见光区红外区太阳辐射是地球表面最主要的能量来源太阳辐射经过大气时，平流层中的臭氧能强烈地吸收波长较短地紫外线；对流层中的水汽和二氧化碳等主要吸收红外线；能量最多的可见光却很少被大气吸收。来自太阳的辐射能 大气和云吸收19%；大气和地面的反射、散射34%； 地面吸收47%。低压二、大气的运动和天气（一）大气运动的动力大气运动的产生及形式取决于气压的作用。气压

9、：是指单位面积上所承受的空气柱的重量。 单位：帕斯卡（Pa） （1Pa=1N/m2） 气压梯度:单位距离内的气压变化值1 .大气运动的动力1 真正造成大气水平运动的动力是水平梯度力。2 运动的大气还会受到地转偏向力等的作用。地转偏向力是由于地球自转和地球的球面效应所引起的低纬度向高纬度运动的大气，使风向东偏。高纬度向低纬度运动的大气，使风向西偏。(这种现象就好像在运动着的物体上施加了一个使其运动方向发生改变的力一样，这种假想的力一般称为科里奥利力，对于运动的大气来说则称为地转偏向力。地转偏向力只改变大气运动方向而不改变速度 )在地球上，相对于地球运动的物体会受到另外一种惯性力的作用。这种惯性力

10、，以首先研究它的法国数学家科里奥利的名字命名，叫做科里奥利力，它的数学表达式为：F=2mvsin如图1所示，F科的方向可用右手螺旋法则确定。当右手四指由v沿角（为v与两向量间的夹角，取小于180的一个）转向的方向弯曲时，挠起的拇指所指方向就是F科的方向。F科在数值上等于2mvsin，即与运动物体的质量、速度和角的正弦成正比。由于科里奥利力垂直于物体的运动方向，所以它只改变物体的运动方向，不影响物体运动速度的大小。 地转偏向力示意图大气环流是指大范围的大气运动状态。表现为不同时间尺度和空间尺度的大气周而复始的运动特点。（1）一是在各半球形成三个沿经向的环流圈，即低纬环流圈、中纬环流圈、高纬环流圈

11、。（2）二是在各半球形成三个沿纬向的风向带，即信风带、盛行西风带、极地东风带。2.大气环流地球上的气压带和风带由于大气环流的结果，在全球近地面大气中形成了相对稳定的7个气压带和6个风带 二、气候带所谓的天气是指各种气象要素和天气现象的短时间综合状况；而气候则是指一个地区多年平均天气状况的综合.一个地区的气候通常用气温、降水量、风和湿度等要素来表示的，而影响一个地区的气候的因子很多，如太阳辐射、大气环流、地面性质等。世界气候分成若干个气候带的。热带气候带 位于南、北回归线之间温带气候带 可分为北温带气候带和南温带气候带，但气候特点相似。寒带气候带 位于极圈以北（北半球）或以南（南半球）的地域全球

12、的热量带：地球上的热量分布与太阳辐射的分布规律基本相一致，大致与纬线相平行。由低纬到高纬热量由高到低呈带状分布，形成全球的热量带。热量带划分如下：赤道带：南北纬10之间；热带：纬度10 25之间；副热带：纬度25 35之间； 温带：纬度35 55之间；副寒带：纬度55 60之间；无极昼寒带：纬度60 75之间；有极昼极地：纬度75 90之间；极点半年为昼， 半年为夜。圣彼得堡纬度：北纬5955 经度：中国国土范围广大，包括的寒温带多，地形复杂多样，气候类型也就多了。东西跨经度60多度，两地时差在4小时以上。跨纬度50度左右。中国是世界上跨度最大的国家。中国最北端黑龙江漠河位于北纬53.5，能够

13、看得到白夜和极光；最南端南沙群岛的曾母暗沙位于北纬358，属于热带。中国气候的复杂多样，首先是季风气候特别显著。中国东南部接近海洋，气候湿润，降水多，温差小；西北部远离海洋，气候干燥，降水少，温差大。中国是世界上季风气候范围最广大的国家。其次是气候的地域十分显著。中国自南而北划分为6个温度带：赤道带.热带.亚热带.暖温带.温带.寒温带。再其次，中国地形复杂多样。山脉众多，东西地势差别很大，对气候也有很大影响。飓风“Andrew”Andrew飓风是现代最大的飓风之一，于1992年8月25日20:20以时速200km/h从大西洋猛扫向佛罗里达(美国)（二）龙卷风龙卷是积雨云中伸展出来的漏斗状的涡旋

14、云柱，龙卷伸展到地面时引起强烈的旋风，称为龙卷风。龙卷有时悬挂在空中，有时延伸到地面。出现在陆地上的，称陆龙卷；出现在海面上的，称海龙卷。龙卷风的特点是持续时间短、活动范围小（直径从几十米到几百米）、中心气压极低、风速快（100200 m/s）。龙卷风具有极大的破坏力，能把人、畜、物卷入至空中带到它处。一般认为龙卷风的形成与积雨云中强烈升降气流有关。 1956年9月 24日在厦门登陆的龙卷台风，从长江口出海时，在嘉兴和上海出现了龙卷，把黄浦江边一只11万kg重的油桶吹到空中近 17 m高，掷到 100多m以外的地方。从世界范围来看，龙卷主要发生在中纬度（2050）地区。美国是龙卷出现最多的国家

15、，平均每年出现500次左右；澳大利亚、日本次之。我国主要出现在华南、华东一带。江苏发生“水龙卷风” 湖水卷起近千米高 2004年07月16日下午四点半，阳澄湖上空形成乌云，而后水面“砰”的一声，下面水开始旋转，逐渐形成水柱冲上天。 “水龙卷”发生时形成了直径约30米的水柱，将湖面的一些杂物和竹子一同卷起，而水柱边向上盘旋，边向东南方向缓慢移动，场面甚是壮观。持续了近20分钟 。风化作用是指在地表或近地表的条件下，由于气温、大气、水及生物等因素的影响，使地壳或岩石圈的矿物、岩石在原地发生分解和破坏的过程。 剥蚀作用就是指各种运动的介质在其运动过程中，使地表岩石产生破坏并将其产物剥离原地的作用。自

16、然界中的风化、剥蚀产物被运动介质从一个地方转移到另一个地方的过程称为搬运作用。被运动介质搬运的物质到达适宜的场所后，由于条件发生改变而发生沉淀、堆积的过程，称为沉积作用。第二节 风的地质作用(一)风的剥蚀作用风蚀作用( aeolian erosion)-风沿地表前进时，由于风力或携带碎屑物对地表的岩石和松散沉积物的吹毁或磨损作用，称风蚀作用。 包括吹扬（蚀）和磨蚀两种方式。吹扬（蚀）作用 (deflation)吹扬（蚀）作用-是指风力将地表松散沉积物或基岩物理风化产物，吹离原地的作用。1、最容易被扬蚀的粒径为毫米。2、剥蚀物的粒径与风速平方成正比。3、发生吹蚀作用的力有： 迎面冲力 碎屑粒上下

17、风速不同产生的上举力 紊流产生的上举力吹扬（蚀）作用的方式 其一、当风的迎面冲力和上举力的合力超过碎屑粒的重量和地表摩擦力时，碎屑粒便被吹扬而去。 其二、被风吹扬起来的碎屑物在沿地表运动时，对组成地面的碎屑进行撞击，致使后者推移。 吹扬（蚀）作用强度取决于风速和地面性质。2. 磨蚀作用(abrasion) 磨蚀作用-被风吹扬起来的碎屑物质和风一起组成风沙流，当其沿地表运动时，对地面岩石和粗大的碎屑、砾石进行碰撞和磨损的作用。 磨蚀作用强度取决于风力和地面性质。米，尤其是10厘米高度范围内，沙砾数量最多，磨蚀作用最强。风棱石(windcut stone) 卵石或砾石可以被磨蚀成多个磨光面，而且边

18、棱清晰鲜明，这种石块称为风棱石风力风力风棱石风蚀蜂窝石风蚀洞风蚀蘑菇风蚀柱风蚀谷风蚀残丘风城风蚀盆地3.风蚀地貌干旱区风的地质作用形成的地形1-风蚀湖 2-风蚀蘑菇石 3-风蚀城 4-风蚀柱 5-蜂窝石 6-新月形沙丘 7-塔状沙丘 8-沙垄 9-风成交错层风蚀地貌（图)戈壁-砾石和石块大面积覆盖的地区。沙漠地区沉积物中细小沙泥被风吹走，余下大者。 石磨菇-软硬相间，突出的基岩，水平岩层 雅丹地貌雅丹地貌风蚀地貌（神来之笔）岩石表面纹饰(耐磨物质突出) 大峡谷被雕琢得如此妙不可言，而这旷世罕见的手笔不过是“风”随心所欲之作。风成地貌石窝或石格子窗。 岩石表面纹饰(耐磨物质突出)风蚀蜂窝石(二)

19、风的搬运作用1. 风运物的运动方式与分布特征风的搬运以悬移、跃移和推移三种方式进行 悬移-在紊流及涡流的上举力作用下，细而轻的砂粒悬浮于气流而向前进。(0.2mm) 跃移-砂粒在气流中以跳跃方式前进。（）推移（包括滑动、滚动）-粒经砂粒不能跳到空中，而是沿着地面滚动或滑动，简称蠕移 。空气中碎屑颗粒的大小与其自由沉降速度的关系 砂粒跳跃的途径 A砂粒撞击砾石后弹回空中的轨迹；B在松散砂地上，砂粒的撞击力消减，故紧靠地面向前移动 风沙流中风运物分布特点（1）风运物的80-90集中在离地面10厘米高度内。（2）不同高度处、不同风力下的含沙量不同。（3）沙粒的粒度组成是下粗上细。风力搬运的重要特征在

20、上述三种搬运方式中以跃移为主，其搬运量约为总搬运量的7080，主要是2mm的砂，其搬运距离较近；蠕移量次之，约占20，主要是小于的碎屑(图18-4)，紧贴着地面运行，其搬运距离较近； 悬移量最少，一般不超过10,其搬运距离较远，而且颗粒愈细则搬运愈远。如我国西北的尘土搬运到达长江中下游地区 。颗粒细、搬运远；颗粒粗，搬运近，细微尘土搬运极远，而砾石等粗大颗粒残留原地，这是风力搬运的重要特征。如我国风成黄土的颗粒其粒度自西北向东南有由粗变细的总趋势。 风力与搬运砂粒大小的关系 随着风速多变，风的搬运能力，即风运物粒度大小也会改变，上表说明了这一关系。 但是就一定地区和一定时期而言，总存在一种占主

21、导地位的风速。 风砂运动的三种形式 2. 风的搬运力和搬运量风的搬运力取决于风力的大小 风的搬运力不大，在相同流速下，只及流水的l800左右。 搬运量巨大。 Q44310-6V3L，Q随风速的增大而迅速增大。 累积搬运量可观。3.搬运过程中碎屑物质的变化碎屑物质在长距离搬运过程中，由于颗粒间的碰撞和摩擦，主要发生以下三个方面的变化。（一）矿物成分的变化主要指不稳定矿物如长石等会逐渐减少，而稳定矿物如石英等含量相对增加。 （二）粒度和分选性的变化 粒度指碎屑颗粒的大小。分选性指颗粒大小趋向均一的粒度。（三）圆度和球度的变化 圆度指碎屑颗粒在搬运过程中，棱角磨损而接近圆形的程度。球度则是碎屑颗粒接

22、近球形的程度。粒度和分选性的变化粒度指碎屑颗粒的大小。分选性指颗粒大小趋向均一的粒度。如同过筛子一样，经过筛子的均比较小，且比较均一，分选性较好；筛子上面的既有大颗粒，又有小颗粒，分选性就因此，搬运距离远的物质，分选性相对较好；而搬运距离近的物质，分选性要差。分选好 分选好 分选中等 分选差圆度和球度的变化 圆度指碎屑颗粒在搬运过程中，棱角磨损而接近圆形的程度。球度则是碎屑颗粒接近球形的程度。随着搬运距离的增长，圆度和球度一般是愈来愈高。另外，硬度低的易于磨圆，粒状矿物易于磨圆；推移、跃移易使颗粒圆化，而悬移难使颗粒圆化。 棱角状 次棱角状 园状（三）风的沉积作用风的沉积发生在大气介质中，是纯

23、机械的沉积作用。当风速减弱, 紊流上举速度低于砂粒的沉降速度时, 砂粒和尘土就沉积下来。 风速减弱的原因有: 风砂流在运移过程中因地表摩擦而逐渐减速。 风砂流遇到障碍物(树丛、草丛或地形突出等)时。 两股风砂流汇合, 气流被迫上升。遇阻堆积平面图侧面图风的沉积作用具有明显的分带性干旱的风源地区以风成砂沉积为主， 在风源外围的半干旱地区则发育风成黄土。 由于风的搬运作用具有分选性, 所以, 风积物的平面分布具有分带性。若一个地区风向稳定, 则从风源区沿风的前进方向, 风积物的粒度从粗逐渐变细。 例如, 中国西部地区盛行西风, 风积物的分布从陇西陇东陕西, 粒径由粗变细, 陇西为细砾和粗砂, 陇东

24、出现中砂、细砂和粉砂, 到陕西出现粉砂和尘土。 但若风向不稳定, 风向的改变会使风积物的分带性混乱。风积物的特点1.碎屑性，主要是砂、粉砂以及少量粘土级的碎屑物，粒度在2mm以下。2.良好的分选性，分选性较冲积物为高，这是由风力搬运的高度选择性所决定的。3.碎屑颗粒即使是很细的粉砂(成分主要是石英)，也具有较高的圆度。4.碎屑中可以存在较多的铁镁质及其它化学性质不稳定的矿物，如辉石、角闪石、黑云母、方解石等，这些性质不稳定的矿物在由水力搬运的沉积物中较少存在。5.具有规模较大的交错层理，其形成是由于风积物作大规模移动的结果。6.风成砂中生物遗迹稀少。风成砂沉积 1 .砂堆风砂流遇到障碍时，因能

25、量消耗而沉积下来，把障碍物埋没形成砂堆，呈舌状，高度小于10m，内部具交错层。2 砂丘（sand dune）风积物形成的砂质丘岗。它是从砂堆演化而来。砂丘可有下列类型：（1）新月型砂丘（barchan dune） 平面上呈月牙形或新月形，高度一般15m的砂丘称新月型砂丘。（2）纵向砂丘（longitudinal dune） 又称赛夫（阿拉伯语，意为长剑）砂丘，呈互相平行的长条形砂岗。（3）横向砂丘（transverse dune） 砂丘总的延长方向与盛行风向直交。（4）星状砂丘（star dune） 砂堆 砂堆是含砂气流在障碍物的背风面所形成的堆积体。它呈舌状，高度一般不超过10m，长度可达数十米至数百米，其内部具有交错层 障碍物砂堆砂丘的形成剖面图a-单个砂丘曲形成; b-砂丘顺风向移动。箭头表示的砂丘移动方向风吹沙（砂丘的形成）新月形砂丘砂丘的基本类型风成黄土沉积风成黄土的特征主要为：黄土的矿物组成一致；分选性良好；磨圆度差；层理不明显，发育垂直节理；孔隙度高达44