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新西兰天然冰川地下水如何使用

发布时间: 2023-04-29 18:14:50

1. 冰川堆积地区的地下水

在地质历史时期曾有过多次大规模的冰川活动,第四纪是地史上最大的一次冰川活动时期,我国南圆薯陵北方许多地区都有冰川堆积物,有些成为富水性良好的含水层。

图9-17 滇东黔西盘水公路侧冰川堆积层上的潜水

冰川在运动过程中,携带有大量岩石碎块橘戚、砾石、砂及黏土物质等,这些粗细不等的物质毫无分选地被冰川运送和堆积下来,成为冰碛泥砾。手茄这种冰碛物的透水性极弱,除局部地区含有砂砾石透镜体外,基本上是不透水的。由于冰碛物隔水,所以在其上或其下可以找到含水和富水层位。在其旁侧如有透水岩层,地下径流受冰碛物阻隔,在其迎水一侧就可以汇集较丰富的地下水(图9-17)。

若冰碛物被冰水再搬运、堆积而成冰水沉积物时,已经过了初步的磨圆和分选,原来的泥砾混合物已变成透水性好的砂砾层,并带有一般冲积物的特点,砂砾透水性好,赋存潜水,在一定埋藏条件下也可形成承压水。水量较大,水质较好,但各地厚度不一,富水性也有差异。冰碛泥砾和冰水砂砾一般都堆积在同一冰谷中,形成交错发育的山谷冰川堆积。例如东北诺敏河U形冰蚀谷中,冰川堆积物厚30~40m,下部是不透水的冰碛泥砾层,其上部是含水的后期冰水砂砾层,渗透系数为21~203m/d。

2. 研究人员在南极冰层下发现地下水

研究人员在南极冰层下发现地下水

研究人员在南极冰层下发现地下水,研究人员计算出,如果他们能将地下水从沉积物中挤压到地表,将能形成一个深达220至820米的湖泊。研究人员在南极冰层下发现地下水。

研究人员在南极冰层下发现地下水1

在南极洲冰层以下的沉积物中,科学家首次发现了一个巨大的地下水系统。根据日前发表在《科学》杂志上的新研究,这一地下水系统可能与湿海绵一样稠密,揭示了该地区未被勘探的部分,并可能对南极洲如何应对气候危机产生影响。

覆盖南极洲的冰盖并不是一个坚硬的整体。南极洲的研究人员近年来发现了数百个相互关联的液态湖泊和河流,它们蕴藏在冰层中。但这是第一次在冰下沉积物中发现大量液态水。

研究人员集中研究了约96.6公里宽的惠兰斯湖冰流,这是流向世界上最大的罗斯冰架的六条冰流之一。

研究人员使用大地电磁成像技术,在2018—2019年测量了地下水,并绘制了冰层下的沉积物地图。该技术可以检测冰、沉积物、则告基岩淡水和盐水传导的不同程度的电磁能,并根据这些不同的信息源创建地图。这项研究是第一次使用这种技术来寻找冰川下的地下水。

研究人员计算出,如孙模明果从100平方公里的沉积物中挤出地下水,那么它将形成一个220米到820米高的水柱,至少是冰层内和冰层底部浅水系统的10倍,甚至可能比这还要高得多。

该研究的主要作者、美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的博士后研究员克洛伊·古斯塔夫森打比方说,美国帝国大厦高达420米,

“在较浅的一端,南极冰层地下水水柱可以达到帝国大厦的一半高。在最深的一端,几乎达到了两座帝国大厦堆叠在一起的高度。这一点很重要,因为这一地区的冰下湖泊有2到15米深,仅仅只是帝国大厦的一到四层楼高”。

测绘显示,随着地下水的深入,水变得越来越咸,这是地下水系统形成的结果。

海水可能在5000至7000年前的温暖时期到达该地区,使沉积物被咸海水浸透。当冰层前进时,由上方压力和冰基摩擦产生的新鲜融水被迫进入上部沉积物。研究论文合着者、哥伦比亚大学地球与环境科学副教授克里·基称,现在它可能会继续向下过滤并混合到地下水中。

研究人员表示,需要做更多的工作来了码敏解地下水发现的影响,特别是与气候变化和海平面上升有关的影响。

研究人员在南极冰层下发现地下水2

研究人员首次发现了南极冰流下的地下水。这一发现证实了科学家们已经怀疑但直到现在还无法验证的事实。科学家们需要来自南极冰盖所有部分的数据以了解该系统如何运作以及它是如何随着时间的推移对气候作出反应而变化。

这项研究让人们看到了南极冰盖中一个以前无法进入和未被探索的部分,并且还提高了科学家对它可能影响海平面的理解。

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的博士后研究员Chloe Gustafson指出:“冰流非常重要,因为它们将南极洲约90%的冰从内部输送到边缘。这些冰流底部的地下水可以影响它们的流动方式,从而有可能影响到南极大陆上的冰的运输方式。”

尽管研究小组只对一条冰流进行了成像,但在南极洲还有很多。Gustafson说道:“这表明,在更多的南极洲冰流下面可能有地下水。”

来自斯克里普斯海洋学和哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的一个科学家团队领导了这个项目。Gustafson和六位合作者在2022年5月6日的《科学》上报告了他们的`发现。

这项研究的报告共同作者、斯克里普斯冰川学家和斯克里普斯极地中心的共同主任Helen Amanda Fricker说道:“从我们对地球如何运作的理解来看,南极洲下面有地下水,这一直是一个假设,但我们之前一直无法测量它。”

研究人员在2018-2019年的野外季节通过使用一种称为磁电法的地面地球物理电磁(EM)方法测量地下水。该方法利用地球电场和磁场的变化来测量地下的电阻率。这项研究是第一次使用这种方法来寻找冰川冰川下的地下水。

Fricker表示:“这种技术通常没有在极地环境中使用过。这很好地证明了这项技术的威力及它不仅能给我们带来对南极洲的了解,而且还能给格陵兰岛和其他冰川地区带来多大的了解。”

自20世纪90年代以来,该技术一直在南极洲使用,但那些研究旨在对深度远低于10公里的深层地壳特征成像。然而这些研究确实产生了一个效果,即证明了科学家也可以在冰和雪上使用磁遥感技术。

Gustafson表示:“我们采用了他们的例子,并将其应用于一个浅层的水文问题,在5公里的冰下环境中。”

在过去的十年时间中,机载电磁技术被用来对麦克默多干谷的一些薄冰川和永久冰冻区下面的100到200米的浅层地下水进行成像。但这些技术只能看穿约350米的冰层。

Gustafson及其同事收集数据的惠兰斯冰川其厚度约为800米。他们的新数据填补了以前那些深层和浅层数据集之间的一个巨大空白。

哥伦比亚大学地球和环境科学副教授、斯克里普斯海洋学系校友Kerry Key指出:“我们从冰床到约五公里甚至更深的地方进行了成像。”

“我的希望是,人们将开始把电磁学视为标准南极地球物理工具箱的一部分,”Gustafson说道。

据了解,这项新研究是基于被动收集的、自然产生的磁电信号来测量电阻率的变化。

Gustafson表示,由于淡水会在他们成像中跟咸水显示出很大的不同,所以这相当于告诉了他们关于地下水的特征。

中华盛顿大学的合作者Paul Winberry提供的地震成像数据则增强了电磁测量的效果。这些数据证实了在现场团队的磁电测量之间的60英里范围内存在着埋藏在冰雪之下的厚重沉积物。

研究人员计算出,如果他们能将地下水从沉积物中挤压到地表,将能形成一个深达220至820米的湖泊。

Key指出,地下水可能存在于其他行星或卫星的类似条件下,而它们正在从其内部释放出热量。“你可以想象在液体的内部有一个冰冻的盖子,不管它是完全的液体还是液体饱和的沉积物。你可以认为我们在南极洲看到的东西可能类似于你在木卫二或其他一些冰雪覆盖的行星或卫星上发现的东西。”

此外,冰川下的地下水的存在对大量碳的释放也有影响,这些碳以前则是由适应海水的微生物群落储存的。

“地下水运动意味着有可能有更多的碳被输送到海洋中,而不是我们以前所考虑的那,”Gustafson说道。

研究人员在南极冰层下发现地下水3

长期以来,研究人员一直怀疑南极洲的冰面下可能埋藏着地下水,但直到现在还没有确凿的证据。

在5月5日发表于《科学》的一项研究中,科学家给南极洲做了一个“巨型核磁共振”成像研究,并第一次绘制出冰盖下部分区域的地图。研究指出,南极洲冰面下隐藏着大量的水。

在南极洲的冰盖内,相对快速移动的冰通过冰走廊流向海洋。美国加州大学圣迭戈分校的Chloe Gustafson说:“冰流负责将南极洲90%的冰带到边缘,所以它们对于了解南极洲的冰最终如何进入海洋非常重要。”

“这有点像水滑梯。如果冰流底部有水,它就可以走得很快,但如果没有水,就走得没那么快。”她说,推动冰移动离不开液态水,因为水可以起到润滑作用,形成平整面。

研究人员已经知道,冰流和地面之间可能存在浅水池,通常是几毫米到几米深。但是Gustafson和同事想知道,在南极洲西部的惠兰斯冰流下面是否有一个更大的流动水池。

通过测量地震活动和电磁场,研究小组发现了一层千米厚的沉积物,包含了新鲜冰川水和古海水的混合物。其含水量是冰流下面较浅水池的10倍多,而且水似乎在深部区域和浅部区域之间流动。

这种明显的联系表明,地下水可能对控制冰流的速度很重要,同时这一过程对于预测气候变化对海平面的影响至关重要。

Gustafson表示:“整个南极洲冰盖含有足以导致海平面上升约57米的水。最终,我们希望了解冰从大陆流入海洋的速度,以及对海平面上升的影响。”

3. 冰川地下水开发利用前景

有较大的开发利用前景。滚裂冰川地下水具有优质的水质和较为稳定的水量,适合作为饮用水、灌溉水、养殖水等用途。冰川地下水开发利用可以缓解地大闹闭表水资源的紧张局势,提高水资源的综合利用效率,具有弯清重要的战略意义。

4. 如何用地下水制冷

首先要有一个吸热器,可以利用旧空调机的室外机的冷凝管,保留郑带其中的风扇.另外要一台合适喊伏芦的抽水泵,将井水抽上来通过冷凝管循环,风扇将室内空气吹过冷凝管,使温度降低.由于井水的温度不能象空调机蒸发器产生那样低的温度,所以应加大吸热器的吸热面积.还有就是由于水的热容量大,所以水的流速不用太大,不过你还要考虑到循环回去的水怎么处理,是回到井里?还是送厅判上水塔?水井的水流量够不够

5. 冰川地下水开采需要许可吗

冰川地下水sk-采需要许可吗

是的,采用冰川地下水需败档磨要获得许可。根据《中华人民察斗共和国水法》第六十九条规定,水资蠢数源的开发利用,必须经过许可。因此,采用冰川地下水也需要获得许可。

6. 地热能--地下水的利用

人类很早以前就开始利用地热能,例如利用温泉沐浴、医疗,利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类,而对于不同温度的地热流体可能利用的范围如下:
1、2O0~400℃直接发电及综合利用;
2、150~200℃双循环发电,制冷,工业干燥,工业热加工;
3、10O~15O℃双循环发电,供暖,制冷,工业干燥,脱水加工,回收盐类,罐头食品;
4、50~100℃供暖,温室,家庭用热水,工业干燥;
5、20~50℃沐浴,水产养殖,饲养牲畜,土壤加温,脱水加工;
现在许多国家为了提高地热利用率,而采用梯级开发和综合利用的办法,如热电联产联供,热电冷三联产,先供暖后养殖等。
近年来,国外对地热能的非电力利用,也就是直接利用,十分重视。因为进行地热发电,热效率低,温度要求高。所谓热效率低。就是说,由于地热类型的不同,所采用的汽轮机类型的不同,热效率一般只有6.4~18.6%,大部分的热量白白地消耗掉。所谓温度要求高,就是说,利用地热能发电,对地下热水或蒸汽的温度要求,一般都要在150℃以上;否则,将严重地影响其经济性。而地热能的直接利用,不但能量的损耗要小得多,并且对地下热水的温度要求也低得多,从 15~180℃这样宽的温度范围均可利用。在全部地热资源中,这类中、低温地热资源是十分丰富的,远比高温地热资源大得多。但是,袜咐弊地热能的直接利用也有其局限性,由于受载热介质—热水输送距离的制约,一般来说,热源不宜离用热的城镇或居民点过远;不然,投资多,损耗大,经济性差,是划不来的。
目前地热能的直接利用发展十分迅速,已广泛地应用于工业加工、民用采暖和空调、洗浴、医疗、农业温室、农田灌溉、土壤加温、水产养殖、畜禽饲养等各个方面,收到了良好的经济技术效益,节约了能源。地热能的直接利用,技术要求较低,所需设备也较为简易。在直接利用地热的系统中,尽管有时因地热流中的盐和泥沙告族的含量很低而可以对地热加以直接利用,但通常都是用泵将地热流抽上来,通过热交换器变成热气和热液后再使用。这些系统都是最简单的,使用的是常规的现成部件。
地热能直接利用中所用的热源温度大部分都在40℃以上。如果利用热泵技术,温度为20℃或低于20℃的热液源也可以被当作一种热源来使用(例如美国、加拿大、法国、瑞典及其他国家的做法)。热泵的工作原理与家用电冰箱相同,只不过电冰箱实际上是单向输热泵,而地热热泵则可双向输热。冬季,它从地球提取热量,然后提供给住宅或大楼(供热模式);夏季,它从住宅或大楼提取热量,然后又提供给地球蓄存起来(空调模式)。不管是哪一种循环,水都是加热并蓄存起来,发挥了一个独立热水加热器的全部的或部分的功能。由于电流只能用来传热,不能用来产生热,因此地热泵将可以提供比自身消耗的能量高3~4倍的能量。它可以在很宽的地球温度范围内使用。在美国,地热泵系统每年以 20%的增长速度发展,而且未来还将以两位数的良好增长势头继续发展。据美国能源信息管理局预测,到2030年地热泵将为供暖、散热和水加热提供高达68Mt油当量的能量。
对于地热发电来说,如果地热资源的温度足够高,利用它的好方式就是发电。发出的电既可供给公共电网,也可为当地的工业加工提供动力。正常情况下,它被用于基本负荷发电,只在特殊情况下,才用于峰值负荷发电。其理由,一是对峰值负荷的控制比较困难,再就是容器的结垢和腐蚀问题,一旦容器和涡轮机内的液体不满和让空气进入,就会出现结垢和腐蚀问题。
总结上述,地热能利用在以下四方面起重要作用。
1.地热发电
地热发电是地热利用的最重要方式。高温地热流体应首先应用于发电。 地热发电和火力发电的原理是一样的,都是利用蒸汽的热能在汽轮机中转变为机械能,然后带动发电机发电。所不同的是,地热发电不象火力发电那样要备有庞大的锅炉,也不需要消耗燃料,它所用的能源就是地热能。地热发电的过程,就是把地下热能首先转变为机械能,然后再把机械能转变为电能的过程。要利用地下热能,首先需要有“载热体”把地下的热能带到地面上来。目前能够被地热电站利用的简氏载热体,主要是地下的天然蒸汽和热水。按照载热体类型、温度、压力和其它特性的不同,可把地热发电的方式划分为蒸汽型地热发电和热水型地热发电两大类。
地热发电示意图
(1)蒸汽型地热发电
蒸汽型地热发电是把蒸汽田中的干蒸汽直接引人汽轮发电机组发电,但在引人发电机组前应把蒸汽中所含的岩屑和水滴分离出去。这种发电方式最为简单,但干蒸汽地热资源十分有限,且多存于较深的地层,开采技术难度大,故发展受到限制(参考《资源》栏目有关文章)。主要有背压式和凝汽式两种发电系统。
(2)热水型地热发电
热水型地热发电是地热发电的主要方式。目前热水型地热电站有两种循环系统:a、闪蒸系统。闪蒸系统如图1所示。当高压热水从热水井中抽至地面,于压力降低部分热水会沸腾并“闪蒸”成蒸汽,蒸汽送至汽轮机做功;而分离后的热水可继续利用后排出,当然最好是再回注人地层。 b、双循环系统。双循环系统的流程如图2所示。地热水首先流经热交换 器,将地热能传给另一种低沸点的工作流体,使之沸腾而产生蒸汽。蒸汽进人汽轮机做功后进人凝汽器,再通过热交换器而完成发电循环。地热水则从热交换器回注人地层。这种系统特别适合于含盐量大、腐蚀性强和不凝结气体含量高的地热资源。发展双循环系统的关键技术是开发高效 的热交换器。
图1 热水型地热发电的闪蒸系统
图2 热水型地热发电的双循环系统
地热发电的前景是取决于如何开发利用地热储量大的干热岩资源。图3是利用干热岩发电的示意图。其关键技术是能否将深井打人热岩层中。美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫科学试验室正在对这一系统进行远景试验。
图3 利用于热岩发电的示意图
2.地热供暖
将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。因为这种利用方式简单、经济性好,倍受各国重视,特别是位于高寒地区的西方国家,其中冰岛开发利用得最好。该国早在1928年就在首都雷克雅未克建成了世界上第一个地热供热系统,现今这一供热系统已发展得非常完善,每小时可从地下抽取7740t80℃的热水,供全市11万居民使用。由于没有高耸的烟囱,冰岛首都已被誉为“世界上最清洁无烟的城市”。此外利用地热给工厂供热,如用作干燥谷物和食品的热源, 用作硅藻土生产、木材、造纸、制革、纺织、酿酒、制糖等生产过程的热源也是大有前途的。目前世界上最大两家地热应用工厂就是冰岛的硅藻土厂和新西兰的纸桨加工厂。我国利用地热供暖和供热水发展也非常迅速,在京津地区已成为地热利用中最普遍的方式。
3.地热务农
地热在农业中的应用范围十分广阔。如利用温度适宜的地热水灌溉农田,可使农作物早熟增产;利用地热水养鱼,在28℃水温下可加速鱼的育肥,提高鱼的出产率;利用地热建造温室,育秧、种菜和养花;利用地热给沼气池加温,提高沼气的产量 等。 将地热能直接用于农业在我国日益广泛,北京、天津、西藏和云南等地都建有面积大小不等的地热温室。各地还利用地热大 力发展养殖业,如培养菌种、养殖非洲鲫鱼、鳗鱼、罗非鱼、罗氏沼虾等。
4.地热行医
地热在医疗领域的应用有诱人的前景,目前热矿水就被视为一种宝贵的资源,世界各国都很珍惜。由于地热水从很深的地下提取到地面,除温度较高外,常含有一些特殊的化学元素,从而使它具有一定的医疗效果。如合碳酸的矿泉水供饮用,可调节胃酸、平衡人体酸碱度;含铁矿泉水饮用后,可治疗缺铁贫血症; 氢泉、硫水氢泉洗浴可治疗神经衰弱和关节炎、皮肤病等。 由于温泉的医疗作用及伴随温泉出现的特殊的地质、地貌条 件,使温泉常常成为旅游胜地,吸弓怕批疗养者和旅游者。在日本就有1500多个温泉疗养院,每年吸引1亿人到这些疗养院休养。我国利用地热治疗疾病历史悠久,含有各种矿物元素的温泉众多,因此充分发挥地热的行医作用,发展温泉疗养行业是大有可为的。
未来随着与地热利用相关的高新技术的发展,将使人们能更精确地查明更多的地热资源;钻更深的钻井将地热从地层深处取出,因此地热利用也必将进人一个飞速发展的阶段。

7. 天然矿泉水和天然冰川水有什么区别

《饮用天然国家标准》对矿泉水的定义:从地下深处自然涌出的或经人工揭穿、未受污染的地下矿泉水,含有一定量的矿物盐、微量元素或二氧化碳气烂空体;在通常情况下,其化学成分、流量、水温等动态指标在天然波动范围内相对稳定。分为医疗矿泉水、人工矿泉水和饮用天然矿泉水三类。冰川水是冰川融水渗入地下,经地岩、地磁、地热、高压等作用,渗透、运哪过滤、矿化,以泉涌形式喷涌而出的的天然矿泉水,被赋予很高的能量与活性。冰川泉水特点:接近零污染,高能态水,表面张力大,熔点、沸点低、低氘气,富含天然微量元旁历码素,且比例均衡,天然弱碱性,ph7.8~8.2,结构化小分子团水,半幅宽50hz~80hz,水龄长,均在1000年以上

8. 为什么说冰川深层地下水不能直接利用

剩下的2%并不能全部被直接利用

9. 地下水、冰川和风的剥蚀作用

(一)地下水的潜蚀作用

地下水在运动过程中对周围岩石的破坏作用称为地下水的潜蚀作用。地下水主要在岩石空隙中渗流,流速慢、水量分散、冲击力小,所以其机械潜蚀作用很弱。但由于地下水的化学成分较复杂,常含有较多CO2 和各种溶剂,因而化学潜蚀作用显着。

地下水的化学潜蚀作用是通过地下水对可溶性岩石溶解并把溶解下来的物质带走,使岩石产生破坏的。地下水对任何岩石都可进行不同程度的溶蚀,但最为常见的溶蚀作用发生于一些可溶性岩石地区,如石灰岩地区,其溶蚀过程是:

地球科学概论(第二版)

这样便使难溶的CaCO3 变成易溶的Ca[HCO32 而随地下水带走。地下水沿岩石空隙流动并溶解岩石,使空隙扩大,在岩石内形成各种形状与大小的洞穴。溶蚀作用不断进行,洞穴不断增多、扩大,最终导致洞穴上部岩层因失去支撑而垮塌,形成千姿百态的地表形态。

通常把在可溶性岩石地区发生的以地下水为主(兼有部分地表水的作用)对可溶性岩石进行以化学溶蚀为主、机械冲刷为辅的地质作用以及由此产生的崩塌作用等一系列过程称为岩溶作用或喀斯特作用(karstification)。形成的地形称岩溶地形或喀斯特地形。

岩溶作用的发生要具备一些基本条件,概括起来有以下几个方面:

(1)可溶性岩石

岩石的可溶性是发生岩溶作用的必要条件。岩石的可溶性主要取决于岩石的化学成分。像由硅酸盐矿物组成的岩石很难溶于水,如岩浆岩、大多数变质岩,所以岩溶作用在这些地区难以进行。而碳酸盐岩较易溶于水,所以岩溶作用主要发生在灰岩、白云岩发育的地区。

(2)岩石的透水性与流动性

透水性强的岩石利于岩溶作用的进行。在这些岩石中的地下水运动速度相对较快,新鲜的地下水不断补充,使地下水总处于不饱和状态,具较大溶蚀能力。岩石的透水性主要取决于岩石的结构、构造、破碎程度和空隙的连通性。由粗颗粒或大小不均匀的碎屑组成的岩石透水性强,利于地下水流动。岩石破碎、裂隙发育时其透水性好,反之则差。所以在石灰升拿岩的破碎部位,地下水易于流动,岩溶作用也最为发育。

(3)地下水的溶蚀能力

地下水的溶蚀能力取决于CO2 的含量和适宜的气候条件。CO2 的含量越高,其溶蚀能力越强。在地下较深处,渗流于岩石裂隙中的地下水,由于围压较大,可溶解较多的CO2;而在地表,因压力较小,CO2 含量较低。另外,CO2 的含量还与温度有关,温度高溶解的CO2 就少。气候条件对地下水的溶蚀能力影响很大,在降雨量大的地区,地表水充沛,下渗的水量也大,地下水具有丰富的补给水源,使地下水的成分常处于不饱和状态,大大地增加其溶蚀能力,所以潮湿气候区比干旱气候区岩溶作用更发育。温度除影响水中的CO2 含量外,更重要的是加速了化学反应的进行,所以气温高的地区溶解过程要更快一些。此外,潮湿、炎热的地区,植物繁茂,生物作用也可使水中有机酸含量增加,因而加强地下水的溶蚀能力。所以在潮湿、炎热地区岩溶作用最为发育。

岩溶作用可形成各种地形。由于岩溶作用的方向受地下水运动方向影响,因而在不同的地下水分布带具有不同特征的岩溶地貌,根据地下水的运动特征和岩溶地形的延伸方向,大致可分为以下两类:

(4)地下水的垂直运动与岩溶地形

在包气带,地下水主要作垂直运动,因而岩溶地形也沿垂直方向发育,主要有溶沟、石芽、落水洞、溶斗等(图5-17)。溶沟和石芽分布于地表,是地表水(片流)向地下水转化的过程中溶蚀地表岩石而形成的沟、槽和脊状突起。由于地表凹凸不平或受裂隙的影响,在凹入的地方片流的流量较大,流速快;而在凸吵宏搭出的地方片流的流量小,流速慢。因而产生不同的溶蚀速度,溶蚀速度快的地方形成凹入的沟、槽,而溶蚀速度慢的地方形成突出的脊。确切地说,溶沟、石芽是地面流水和地下水共同作用的结果。如果灰岩的层理水平,又发育有垂直的裂隙,在地面流水绝枣和地下水沿裂隙溶蚀作用下,使溶沟加深、石芽增长,就可形成巨型“石芽”,称石林。如果地面流水沿裂隙下渗不断补充地下水,溶蚀裂隙两侧的岩石,形成向深度发展的陡立深洞,称落水洞。落水洞是地面流水不断补充地下水的主要途径。溶斗即岩溶漏斗,是分布于地表及浅处的形态如碟状、碗状或漏斗状的溶蚀洼地,它的形成除地面流水和地下水沿垂直方向溶蚀外,还有重力的崩塌作用。

图5-17 岩溶地形示意图

(5)地下水的水平运动与岩溶地形

在潜水面附近,地下水作近于水平方向的运动,因而溶蚀作用沿水平方向发展。岩石经溶蚀后形成水平方向延伸的溶洞。溶洞的延伸方向大致可代表潜水面的位置。当地壳运动在一段时期内较稳定或潜水面不变时,地下水沿水平方向溶蚀岩石,逐渐扩大空隙形成溶洞。溶洞的形成除与溶蚀作用有关外,还与重力崩塌作用有关,一个巨大溶洞的形成常常是它们两者共同作用的结果。溶洞的大小很不一致,小者只有数米,大者可达几百千米,有的溶洞高达200 m。如果地壳发生阶段性升降运动,潜水面也相应发生变化,从而可形成分布于不同高程的溶洞,每一排溶洞代表一次地壳稳定时期的潜水面的位置。

(二)冰川的刨蚀作用

冰川在流动过程中,以自身的动力及挟带的砂石对冰床(指冰川占据的槽、谷)岩石的破坏作用称为冰川的刨蚀作用。其方式有挖掘作用和磨蚀作用两种,无论哪种方式,都是一种机械破坏过程。

1.挖掘作用

又称拔蚀作用,是指冰川在运动过程中,将冰床基岩破碎并拔起带走的作用。冰川底部的冰在上覆巨厚冰层的压力下,部分融化,冰融水渗入冰床基岩的裂隙中,渗入的水,由于压力的减小而重新结冰,并与冰川冻结在一起,当冰川向前运动时,就把冻结在冰川中的岩石拔起,随冰川带走。挖掘作用的强弱受岩石的性质、冰层的厚度等因素影响。冰床岩石的裂隙越发育,冰层越厚,挖掘作用越显着(图5-18)。挖掘作用在冰床的底部最为发育,两侧次之。在挖掘作用下,冰床岩石不断遭受破坏,其结果是冰床加深。在挖掘作用过程中,自始至终有冰劈作用的参与,冰劈作用不断使裂隙扩大,岩石破碎,利于挖掘作用的进行。

2.磨蚀作用

又称锉蚀作用,是指冰川以冻结在其中的岩石碎屑为工具进行刮削、磨蚀冰床的过程。由于冰川是一种固体,冻结在冰川中的岩屑不能自由转动,当冰川流动时,岩屑和冰川也一起整体运动,在岩屑和冰床接触时,岩屑就像锉刀一样锉削冰床中的岩石,使冰床岩石破碎(图5-18)。在被锉削的岩石上常留下一些痕迹,如冰川擦痕、磨光面(冰滔面)等。冰川擦痕一般呈楔形,其延伸方向与冰川的运动方向一致,并且是由粗的一端指向细的一端。具有冰川擦痕的砾石称条痕石。磨蚀作用的强弱主要取决于冰川含岩屑的数量和岩屑的性质、冰层的厚度以及冰川的流速等。

图5-18 冰川的刨蚀作用示意图

(据W.K.汉布林,1980)

a—冰川在前进中遇到冰床基岩的凸起,凸起处有裂缝;b—冰川的挖掘作用将冰床凸起处的基岩破碎掘起,掘起的岩块冻结在冰川底部或边部被带走,并借以进一步磨蚀基岩表面

挖掘作用和磨蚀作用是同时进行的,但在冰床的不同部位这两种方式作用的强度不完全相同。一般在冰床的凸起部位与迎流面磨蚀作用较强,而在冰床的背流面、冰床底部及冰川后缘挖掘作用较盛行一些。刨蚀作用形成的地形称冰蚀地形,常见的有冰斗、刃脊、角峰和冰蚀谷等。

冰斗(cirque) 是由冰川的刨蚀作用形成的具三面陡壁的围椅状洼地,停留在冰斗中的冰川称冰斗冰川。在冰川的冰劈、刨蚀及重力崩塌的共同作用下,洼地不断加深,后壁及两侧不断后退、变陡,原来的洼地就不断扩大形成冰斗。冰斗一面开口,是冰斗冰川流出的通道。冰斗常发育在雪线附近(图5-19)。

角峰(horn) 当三个或三个以上不同方向的冰斗,在冰川的刨蚀作用下,冰斗的后壁不断后退,它们之间的距离不断缩小,最终围成一个尖锐、似金字塔形的山峰(图5-19)。

图5-19 冰斗、角峰、刃脊及其发育过程

(引自北京大学等,1978)

刃脊(knife edge) 相邻的两个冰斗冰川或山谷冰川,因冰川的刨蚀作用,冰斗的后壁或侧壁,冰川谷的谷壁发生节节后退,使两相邻冰斗或山谷之间的山脊变得越来越窄,形成两侧陡峻、顶部尖锐的山脊,又称鳍脊(图5-19)。

冰蚀谷(glacial valley) 经山谷冰川刨蚀、改造而成的谷地称冰蚀谷。冰蚀谷多数是冰川沿原来的谷地改造而形成的。经改造后的冰蚀谷一般具有以下几个特点:横断面一般为“U”字形,故又称U形谷;在纵向上较平直;谷底宽度从上游到下游逐渐有变窄的趋势;如果因岩性及构造的差异性,谷底还可形成阶梯状地形;在谷底或谷壁上还可发育冰溜面或冰川擦痕的岩石,有时分布众多的不对称小石丘,形如伏卧的羊群,称羊背石。

(三)风蚀作用

风改变地表形态的强弱主要取决于风力,风力又与风速大小直接相关。当风力达到一定的程度时,风就能移动或扬起地面的砂粒。携带砂粒的气流(风)称风砂流,风砂流是风的剥蚀作用的最主要动力。据实测,风砂流中的含砂量随高度增加而减少,而且绝大部分砂粒集中在近地面30 cm范围内。砂粒的粒径大小也与高度有关,如粒径<0.1 mm的黏土多悬浮于高空,数量极少;粒径>2 mm的砾石多在近地表滚动。风砂流的含砂量直接影响风的剥蚀作用的强度,它与风速、砂粒粒径、地面性质等因素有关。

风以自身的动力以及所挟带的砂石对地面进行破坏的作用称风蚀作用。它是一种纯机械的破坏作用,其方式包括吹扬作用和磨蚀作用。

1.吹扬作用

风把地表的松散砂粒或尘土扬起并带走的作用,称吹扬作用。由于以风的动力,把物质吹离原地,故又称吹蚀作用。当风刮过地面时,风就对砂粒产生正面冲击力以及由紊流和涡流产生上举力,如果这两种合力大于重力,砂粒就能离开地面被扬起随风带走。影响吹扬作用强度的因素主要有风速和地面性质。风速大、地面植被稀少、组成地面的物质松散、细,吹扬作用就强烈;反之,吹扬作用就弱。在沙漠地区,地面的砂粒在吹扬作用下不断被带走,形成下凹的洼地,即风蚀洼地。当吹扬作用不断进行,洼地不断加深,当加深到潜水面时,地下水就渗流出来,洼地积水,形成风蚀湖(图5-20),如我国敦煌的月牙湖。戈壁滩也是吹扬作用的结果,原来分布于地表上的细小物质被风吹走,而粗大的砾石保留在原地,形成戈壁滩。

2.磨蚀作用

风以挟带的砂石对地面岩石的破坏作用称磨蚀作用。风的磨蚀作用通常包括风挟带砂石对地面岩石的正面冲击和磨蚀,从而使岩石破坏、破碎。磨蚀作用的强度主要与风砂流的特征有关,因为风砂流在近地表30 cm范围内含砂量最高,砂粒的运动也最活跃,所以在该范围内风的磨蚀作用最强烈。风的磨蚀作用还受风速和地面性质的影响,风速大,地面松散物质多,风砂流的含砂量高,风的磨蚀作用就强。

图5-20 干旱区风的地质作用形成的地形

(据李尚宽,1982)

①风蚀湖;②风蚀蘑菇石;③风蚀城;④风蚀柱;⑤蜂窝石;⑥新月形砂丘;

⑦塔状砂丘;⑧砂垄;⑨风成交错层

在长期的风蚀作用下,地面物质不断遭受破坏和改造,可形成各种奇特的地形。在盆地的边缘或孤立凸出的岩块,由于近地面磨蚀作用强,向上减弱,常可形成上大下细、外形呈蘑菇状的石块,称风蚀蘑菇石。若岩块发育垂直裂隙,经长期风蚀作用和重力崩塌,可形成风蚀城和风蚀柱(图5-20)。在一些岩壁上,由于岩性软硬不一,抗风蚀能力不同,在风砂流的磨蚀作用下,形成大小不一的风蚀穴,如果一块岩石的表面几乎被大大小小的风蚀穴所包裹,其形状似蜂窝,这种石块称蜂窝石。风蚀穴的形成是砂石撞击及在洞穴里旋转磨蚀作用的结果。风蚀作用还可沿着前期其他地质作用形成的谷地发育,通过风砂流不断剥蚀谷地的谷壁及谷底,把它改造成风蚀谷。风蚀谷与冰蚀谷、河谷具有显着的不同,其特点是:在平面上无规则延伸;在横剖面上可形成上小、下大的葫芦形;谷底极不平坦,忽高忽低,没有从上游到下游逐渐变低的趋势;主风蚀谷和支风蚀谷也呈无规则交汇。一些散布在戈壁滩上或沙漠中的砾石,在风的磨蚀作用下,可形成光滑的磨光面;当下次的风向改变或砾石翻动,又可在砾石上形成另一个磨光面。这样,最终形成棱角明显、具多个磨光面的砾石,称风棱石。

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