第六章 搬运作用与沉积作用第一节 搬运作用
地表风化和剥蚀作用的产物分为碎屑物质和溶解物质。它们除少量残留在原地外,大部分都要被运动介质搬运走。自然界中的风化、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。
一、搬运作用的方式
碎屑物质的搬运主要以推移、跃移、悬移和载移的方式来进行,又称为机械搬运;溶解物质的搬运以真溶液和胶体溶液的形式进行,故称为化学搬运;生物的搬运作用与前两种类型相比意义较小。
(一)机械搬运作用
机械搬运作用是各种营力搬运风化、剥蚀所形成的碎屑物质的过程。流水、风、冰川、海浪等营力,均能进行机械搬运。由于不同营力有不同的特点,所以不同营力的搬运也各具特色。由于所搬运的碎屑颗粒大小有别,不同大小粒级的物质搬运特点亦不相同。概括起来,机械搬运作用可分为推移、跃移、悬移和载移四种方式。
碎屑物质的搬运方式取决于颗粒在介质中的受力状况。流体作用于碎屑颗粒上的力主要有:浮力(F)、重力(G)、水平推力(P)和垂直上举力(R)。水平推移力(简称推力)是流体作用于颗粒上的顺流向的力,垂直上举力则是由紊流的扬举作用和流体由于不同深度的速度差异而产生的一种向上的力。
1.推移
流体在运动过程中,对碎屑物质有一个向前的推力。当P≥f·(G—F—R)时(f为摩擦系数),碎屑颗粒开始沿介质底面滑动和滚动,这种搬运方式叫推移。被推移的物质一般为粗碎屑物质,如粗砂和砾石。颗粒的重量与颗粒半径的立方成正比,如果碎屑颗粒成分相同或相似,显然粗大的颗粒需要较大的推动力,才能克服摩擦力而移动,细小的颗粒只需较小的推动力便可向前移动。简言之,砂比砾石更容易搬运,这和自然界中见到的情况一样。如果碎屑颗粒的成分不同,则比重大者需较大推力才能移动,而比重小者需较小的推力就能移动。碎屑颗粒的形态也是重要的影响因素,球形颗粒容易被推移产生滚动,椭圆形颗粒次之,扁圆形或球度低的颗粒在较大的推力条件下才能产生滚动,一般多产生滑动。
2.跃移
在搬运过程中,碎屑物质沿地面呈跳跃方式向前移动的过程叫跃移。一般来说,细砂、粉砂的搬运方式以跃移为主。当R≥G—F时,碎屑颗粒就会从地面上跃起,并在推力作用下向前移动。当颗粒上升到一定高度时,上举力就会大大减小,在重力作用下,颗粒再次落到地面上。上举力减小的原因是由于颗粒跃起后,颗粒上下的绕流线呈对称状,并且颗粒上下流体的速度差也明显变小,导至压力差减小,上举力也就降低。颗粒跃起、降落,再跃起、再降落。这种过程反复地进行,碎屑颗粒就不断地跳跃前进。跃移主要与受力状况和流体速度有关,但还与颗粒大小、形状、性质和排列情况等因素有关。
3.悬移
细小的碎屑颗粒在流体中,由于R+F>>G,故不易沉到底部,总是呈悬浮状态被搬运,这种搬运方式称悬移。悬移主要发生在紊流中,流体的紊流作用使得上举力大于碎屑颗粒的重量,其结果使细小的物质悬浮在流体中搬运。影响碎屑颗粒是否呈悬移方式搬运的因素,除紊流作用和颗粒大小之外,还与颗粒形状、比重及流体粘度有密切关系。在相同的流速条件下,粒径小、比重小的易于悬浮,而粒度大、比重大的颗粒则不易于悬浮。
4.载移
冰川在刨蚀作用的同时也进行搬运作用,被冰川搬运的物质称冰运物。冰川除在冰川前端推进时推移前端的碎屑物质外,主要是搬运刨蚀冰床基岩的产物和两侧谷壁基岩塌落下来的碎屑物。这些碎屑物有的堆积在冰川表面,有的冻结在冰体内,随冰川一起运移。恰似一条传送带载运物质,这种冰的固体搬运过程称为载移。
(二)化学搬运作用
母岩经化学风化、剥蚀作用分解的产物(溶解物质)呈胶体溶液或真溶液的形式被搬运称化学搬运作用。Al、Fe、Mn、Si的氧化物难溶于水,常呈胶体溶液搬运;Ca、Mg、Na等元素所组成的盐类,常呈真溶液搬运。
1.胶体溶液搬运
低溶解度的金属氧化物、氢氧化物和硫化物,常呈胶体溶液被搬运。胶体溶液的性质介于悬浮液和真溶液之间,在普通显微镜下不能识别。胶体质点极小,存在着布朗运动,因此重力影响微弱,使得胶体能够搬运较远的距离;胶体质点常带电荷,当胶体具有相同符号的电荷时,因排斥力而避免胶粒聚集成大颗粒,有利于搬运;有机质的护胶作用可使胶体在搬运中保持稳定。当胶体进入海洋或湖泊中,由于化学条件发生变化,搬运过程结束,胶体凝聚沉积。
2.真溶液搬运
母岩风化、剥蚀产物中,Cl、S、Ca、Na、Mg等成分多呈离子状态溶解于水中,即呈真溶液状态被搬运。有时Fe、Mn、Al、Si也可以呈离子状态在水中被搬运。可溶物质能否溶解、搬运或者沉淀,与其溶解度有关。可溶物质的搬运或沉淀还与水介质的酸碱度(pH值)、氧化-还原电位(Eh值)、温度、压力以及CO2含量等一系列因素有关。