师:同学们,河流是非常活跃的外力因子之一,它塑造的河流地貌与人类的生活生产关系密切。这节课我们来复习流水侵蚀作用及其对地表形态的影响。
本课的学习目标有三个:一是掌握流水侵蚀作用的三种形式及其对地表形态的影响,理解河谷地貌的形成过程;二是通过分析河谷的演变过程,理解不同阶段河流侵蚀作用的差异;三是结合流域环境特征,分析流水侵蚀作用的影响因素。
我们先来观察一段河流,请大家尝试从中找出河流侵蚀作用产生的条件。
河流是在一定的地质、地形和气候条件下形成的。河床落差使河水在重力作用下沿地表流动,产生水流动量。河流从流域中不断接受水和泥沙,又通过自身源源不断地把水和泥沙向下游输送。如果水流携带泥沙的能力超过了它所接受的泥沙,河床发育就表现为侵蚀。水流的冲击力破坏河床岩石和沉积物的过程,称为河流侵蚀作用。
这条河流落差大、水量丰沛、含沙量小,急流冲入岩石裂隙产生强大压力,促使河床岩石崩裂,河道破坏。这强大的流水力量不断塑造着河谷形态。
大家一定能发现,如果河床坡度减小或消失,流水运动就会减弱或停止,侵蚀作用与沉积作用则发生转化。因此,一定的河床坡度是流水侵蚀作用发生的前提条件。
对地理事物的认识离不开时间、空间两个角度,流水的侵蚀作用也存在时空差异。从空间上看,一般而言,河流上游河床坡度大,中下游河床坡度小,在不同的河段发育有不同的河流地貌景观。从时间角度来看,河谷发育时间越久,河床坡度会越小。除此之外,地壳的抬升或下降,或由于气候冷暖变化而导致海平面升高或降低,改变地势落差,会影响河床坡度的大小,强化或弱化河流侵蚀的能力,使侵蚀与沉积的关系发生转化,进而改变河谷地貌发育的时空格局。
还有哪些因素能影响侵蚀作用呢?除河床坡度外,水流速度、水量大小、河水含沙量、河床岩石的软硬性质等因素,都对侵蚀的强弱有影响。所以说,河流地貌的发育演变深受流域环境的影响。
大家还记得河流侵蚀有哪些类型吗?课本77页介绍了侵蚀的三个方向,分别是向下、向源头侵蚀、向河谷两岸侵蚀,我们也称之为下蚀、溯源侵蚀和侧蚀。
刚才的视频中出现了很多瀑布,大家知道它是怎么形成的吗?来看这张动图。瀑布从峭壁上流下,瀑布底部的水流对周围岩石发生侵蚀,峭壁下部出现较大的侵蚀空间,上部悬垂的岩石在重力作用下最终发生坍塌,瀑布不断向后推移,这正是河流下蚀和溯源侵蚀的表现。岩石裂隙和岩石性质的软硬差异有利于岩体的破坏。
现实中我们看到的瀑布多呈阶梯状,这又是怎么回事呢?这是组成河床岩石性质的软硬差异导致的。在流水的冲击下,较松软的岩石抗侵蚀能力较弱,率先崩解使瀑布后退;较坚硬的岩石抗侵蚀能力较强,不易遭受侵蚀,遗留下来成为台阶。当然,坚硬的岩石只是延缓了侵蚀的速度,随着下蚀和溯源侵蚀的进行,瀑布逐渐向河流源头方向退缩。下蚀和溯源侵蚀强度会随着河床坡度的改变而发生变化。
我们来观察模拟河床坡度增大后,河流侵蚀作用会有怎样的表现。地壳的抬升或海平面降低都会增大河床坡度,导致河流侵蚀作用增强。此时河流的侵蚀作用主要表现为溯源侵蚀和下蚀。河流向下侵蚀使河谷加深,河流向源头方向的下蚀作用叫做溯源侵蚀,这使得河谷不断延长。
根据刚才的模拟视频,我们尝试以深切峡谷为例,分析影响河流侵蚀作用的因素与河谷地貌发育的关系。地壳抬升、海平面下降或地势落差大导致河床坡度大。在较大的河床坡度与河水流量大共同影响下,使得水流速度快。另外,含沙量小、河床岩性软弱等因素,都有利于向下侵蚀强烈发展。下蚀作用使河谷加深、河谷延长、河岸陡峭,形成峡谷地貌。当然,这些要素不一定会全部出现,要结合具体的区域环境特征进行分析。
左下方是600万年前美国科罗拉多高原地壳抬升的示意图。由于地壳抬升,增大了河床坡度,下蚀作用强烈。长期的流水下切,如今这里形成了著名的科罗拉多大峡谷地貌。由此可见,河床坡度的大小对河谷地貌的发育有重要影响。
河床坡度的差异使河谷地貌的分布存在明显的空间差异。以长江干流为例,湖北宜昌以上为上游,宜昌到江西省湖口为中游,湖口以下为下游。长江干流的纵剖面图显示,河流上游河床坡度大,而中下游河床坡度小。因此可以推测出,河流上游和中下游的河流侵蚀作用、河谷地貌存在明显的差异。
那我们就选择上游虎跳峡、中游荆州这两个位置去看一看。荆州附近地势落差小,水流平缓,长江以侧向侵蚀作用为主,两岸地形平坦,河谷宽阔。虎跳峡这里河床坡度大,水流湍急,向下侵蚀作用强,形成典型的深切峡谷景观。视频中看到虎跳峡的河水很浑浊,含沙量比较大,似乎跟之前总结过的含沙量小有利于向下侵蚀的情况有些矛盾。
这是因为在当地季风气候的背景下,夏季降水强度大,降水对地表产生侵蚀,使得河流含沙量大。如果能够保持相同的水量和流速,含沙量更小的话,流水的向下侵蚀作用会更强。
通过观察长江干流上的实例,大家可以归纳河流的侵蚀作用和河谷地貌的空间分布规律。在河流上游,由于河床坡度大,河流的侵蚀作用主要表现为溯源侵蚀和下蚀。河流向源头侵蚀使河谷不断延长,河水向下侵蚀使河谷不断加深,形成深而窄、谷壁陡峭、坡面呈V字形的河谷。
中下游地区河床坡度降低,地势落差变小,河流的向下侵蚀作用减弱,向河谷两岸的侧蚀作用增强。河流在凸岸堆积,岸滩侵蚀使河道弯曲,河谷拓宽,这里的河谷地貌就像我们在荆州看到的那样,发育成宽而浅的槽形河谷。
在河谷展宽的过程中,河谷落差减小,流速减慢,河谷凸岸堆积了大量泥沙。这说明侧向侵蚀不仅仅是对河岸的侵蚀作用,还有堆积作用。
我们将通过一个实验来演示侧向侵蚀现象。将平均粒径1毫米、比重1.6的沙粒放置在1.5米宽的水平槽中,用水流冲刷,以50倍速度播放实验过程。
观察实验我们可以发现,侧蚀主要发生在河床的弯曲处,水流冲刷河流两岸,使河床不断加宽。沙粒被冲刷凹陷的一侧水流速度快,而另一侧水流速度较慢的地方出现了沙粒堆积的现象。随着水流的冲刷和沙粒的堆积,河道的弯曲程度在增加,连续的河湾不断拓宽河谷。
凹岸侵蚀、凸岸堆积的侧向侵蚀是如何发生的呢?河流凹岸、凸岸的判断关键是看岸。凸向河流的为凸岸,流水通过弯道时惯性作用产生的离心力,使凹岸一侧水流速度快,冲击力强,河岸被侵蚀。凹岸侵蚀下来的物质向凸岸搬运过程中,由于底层水流流向表层时能量逐渐减弱,水流所携带的物质在凸岸处堆积。凹岸受侵蚀越来越凹,凸岸发生堆积越来越凸,河湾不断向两侧扩展,最终将河谷展宽,这被称作侧向侵蚀。
在侧向侵蚀作用下,弯曲处的河床横截面出现不对称状态。凹岸受水流侵蚀,河床较深,因其下部被掏空,上部崩塌,可以形成陡崖;凸岸则变成平缓的堆积滩,这里泥沙淤积,河床较浅。侧向侵蚀的强弱同样深受流域地理环境的影响。
大家能尝试写出有利于侧向侵蚀的因素吗?既然侧向侵蚀是凹岸侵蚀、凸岸堆积,河湾向两侧扩张,最终将河谷展宽的结果,那我们可以从有利于河流凸岸堆积的方向去思考,比如地势落差小、河床浅、含沙量大等这些有利于泥沙堆积的因素,让凸岸越来越凸,这有助于河谷的展宽。
当然,也可以考虑让凹岸越来越凹的情况,比如河床两侧的岩性有差异。如果河谷一侧岩石性质软弱,容易被侵蚀,就会形成凹岸。在流水侵蚀作用下,软弱的岩层不断崩塌后退,河道出现弯曲,而软弱岩层这一侧被侵蚀的物质会被流水带到凸岸处堆积,使河床横断面出现不对称,这也有利于侧向侵蚀的发生。
观察现实中河流侧向侵蚀的表现需要很长的时间,但通过卫星的记录可以让我们有机会以一个更大的时空视角去认识自然力量的魅力。
穿行在亚马孙平原的河流,河床落差小,水流速度慢,侧向侵蚀让河道变得蜿蜒曲折。河岸边马蹄形的湖泊是被废弃的弯曲河道。卫星记录下近30年来河道频繁地摆动,说明在侧向侵蚀为主的作用下,泥沙淤积、河湾冲刷的变化十分剧烈。河流带来大量泥沙在河谷里堆积,使河床变得越来越浅,没有河岸束缚的河流可以自由摆动。
