将以上变量表达于图6-20中,则诸变量之间互相作用的状况,均可以连线表示,并且用箭号表示作用的方向。在该图中,最为重要的就是在风化过程、传输过程、沉积物性质、溶质性质之间所存在的强烈因果关系及其所构成的反馈网络。
物质输运系统中的又一个重要变量,即有关沉积物的贮存,不仅仅指出了过程的一种特殊作用方式,同时也指出了在过程关系中所表达的一种均衡现象。这种风化物质的贮存,展现在陆地表面上可以作为“表面沉积”,它们组成了地球表面上相当广阔的区
域。这种沉积物的贮存,在不同的地区和不同的时间,可以引致某种不连续的间断,而这种间断正好体现了传输过程中物质运动形态在空间中或时间上的复杂性。
沉积物的传输过程,也可以依据其空间的变化和时间的变化进行划分。
沉积物在传输过程中的贮存现象,在很大程度上关系到某种程度的非连续性。例如滑坡过程,可以作为一种局部的和不连续性的表现;而从陆地表面上通
过水分溶解的物质传输,则可以看成是普存的和连续的表现。
2.固体颗粒对于运动的阻抗
现在再来考察一下单一的颗粒对于运动的阻抗。首先让我们分析一个停留于坡度为α坡面上的单一颗粒,并且对其施加一个力F。
该表面(即坡面)可以是一个河床,也可以是一个山坡,而力F则可是任何外力,例如水的流动。以上可以被考虑成为对于单个颗粒传输时的初始状态。倾向于引起运动的“应力”(stresses)为F/A与Wsinα/A;而阻抗运动的力则为(Wcosα/A)·tanφμs与C/A,其中:C为表面和颗粒之间的粘着力;φμs为平面滑动摩擦的静止角度,它的正切值等于静摩擦系数;A为表面与颗粒之间的接触面积;其它符号可以参考图6-22的标注。
在颗粒运动开始时的一刹那,引起运动的重力,正好同阻止其运动的阻力相平衡,即:
消除A并简化后,得到:
F=Wcosαtanφμs-Wsinα C (6.87)
对于一个无粘着力的表面来说,则可以进一步简化成:
F=W(tanφμs-tanα) (6.88)
此公式指出,对于无粘着力的表面来说,当角度α恰好等于φμs(参看图6-22)时,引起颗粒滑动所需要的外力为零。此处应该注意,上面的公式仅适用于力F平行于斜坡的状况。倘若一个力(L)引起了对于一个颗粒的上举(这在流体中由于空气动力上举或由于湍流涡动的向上作用E,都是完全可能的),那么颗粒可能会从河床上掘起。此现象发生时,张力将位于颗粒与表面之间,因而会把摩擦阻力降低到零,并且仅有的需要克服的阻力为粘着力(内聚力)和所沉降的颗粒的重量(图6-23b)。
3.物质输运的力学
任何物质,不管是岩石,土壤中所溶解的物质,还是由固体沉积颗粒所组成的物质,其输运都要求有一个启动并维持运动的外力。砾石从峭壁上的下落,水沿着河道的流动,这一切都无一例外地是由于力的作用。于是,为了了解物质的输运过程,人们就必须知晓控制运动行为所隐伏着的力学原理。