風吹經地表時,由於風的動壓力作用,將地表的鬆散沉積物或者基巖上的風化產物(沙物質)吹走,使地面遭到破壞,這種作用稱為吹蝕作用。風速愈大,其吹蝕作用愈強。
一般情況下,組成地表的沙質物質愈細小,愈鬆散、乾燥,要求的啟動風速愈小,受到的吹蝕亦愈強烈。
風夾帶沙子貼地面運動時,風沙流中的沙粒對地表物質進行衝擊、摩擦,如果巖石表面有裂隙等凹進的表面,風沙甚至可以鑽進去進行旋磨,風的這種作用稱為磨蝕作用。
由於風沙流是一種貼地面的沙子搬運現象,沙子的分布只限於距地表的較低高度內,故磨蝕作用也在接近地面處最為明顯,所以,沙漠地區的電線桿下部可因風沙磨蝕而折斷。
吹蝕作用和磨蝕作用統稱風蝕作用。
在幹早荒漠地區,風通過對地面物質的吹蝕和磨蝕作用而形成的風蝕地貌,由於巖性、巖層產狀等因素的影響,具有種種不同的形態,主要的有以下幾種:
石窩:是在陡峭的迎風巖壁上,經風蝕形成的許多圓形或不規則橢圓形的小洞穴和凹坑(石袋),其直徑20cm左右,深可達10-15cm,有的零散分布,有的成群出現。
形成機理:
①陽光曬熱巖壁,使巖石內部的礦物體積不同程度地膨脹,產生熱力差別風化。
②加之巖石受熱時,其內部的鹽溶液順毛細管上升到近表面的細孔中結晶,撐脹巖石,使之發生崩解。
③風吹蝕風化了的疏鬆巖面,形成許多淺小凹坑。以後,風沙再沿凹坑鑽磨,使之不斷加深擴大,逐漸發展成為石窩。
大的石窩又稱為風蝕壁龕(kān),有的高可及人。這種現象在花崗巖和砂巖壁上最發育。(也有學者認為此現象是鹽風化作用,小匠暫不下定論。)
發育在水平節理和裂隙上的孤立突起的巖石,經受長期的風蝕作用以後,可形成上部大、基部小、外形很像蘑菇似的巖石,稱風蝕蘑菇(蘑菇石)。
形成蘑菇石的主要原因:
風沙對巖石磨蝕時,受到高度的限制。
距地面一定高度以上的高處,一氣流中沙量少,磨蝕少;而近地面部分沙量多,磨蝕作用強。
長期發展下去,下部就被磨蝕得愈來愈小,磨菇石而變成蘑菇狀。特別是水平成層、軟硬不同的巖石,當下部的巖性較上部易於風化,易於變得疏鬆時,蘑菇石更易形成。
垂直裂歐發育的巖石,在風的長期吹蝕後,易形成一些孤立的柱狀巖石,稱為風蝕柱。
在幹早荒漠地區,偶因暴雨產生洪流衝刷地面,可形成許多衝溝。衝溝再經長期風蝕改造,可加深和擴大成為風蝕谷。
風蝕谷無一定形狀,可為狹長的壕溝,也可為寬廣的谷地。
它們沿主要風向延伸,蜿蜓曲折,長者可達數十千米。
一個由基巖組成的地面,經風化作用和暫時水流的衝刷,以及長期的風蝕作用以後,原始地面不斷縮小,最後殘留下一些孤立的小丘稱為風殘丘。
它的形狀各不相同,以桌狀平頂形(蝕餘方山形)較多,亦有尖塔狀的。
雅丹地貌與前者不同,它不是發育在基巖上,而是發育在古代河湖相的土狀堆積物中,以 羅布泊窪地西北部的古樓蘭附近最為典型。
雅丹在維吾爾語中意為「陡壁的小丘」,後來用它來泛指風蝕土墩和風蝕凹地(溝槽)的地貌組合。
雅丹地面崎嶇起伏,支離破碎,高起的風蝕土墩多呈長條形分布,排列方向與主風向平行,高度多為5-10m,也有在15-20m,有長有短。
土墩物質全為粉沙、細沙和沙質黏土互層,沙質黏土往往構成土墩頂面,向下風方向傾斜。
鬆散物質組成的地面,經風的長期吹蝕,可形成大小不同的風蝕窪地。它們多呈橢圓形沿主風向伸展。單純由風蝕作用造成的窪地多為小而淺的蝶形窪地。
如準噶爾盆地三個泉子幹谷以北,平坦薄層沙地上分布有許多蝶形注地,直徑都在50m以下,深度僅1m左右。
美國亞利桑那州的開比託高原等地,風蝕小注地長、寬僅十餘米,深1m。
一些大型風蝕窪地,都是在流水侵蝕的基礎上,再經風蝕改造而成的。如河西走廊的弱水(額濟納河)東西兩側,所見的許多水蝕一風蝕凹地,深度達5-10m或更大,面積可達數平方千米至數十平方千米。
較深的風蝕窪地,如以後有地下水瀦育,可成為乾燥區的湖泊,如我國呼倫貝爾沙地中的烏拉湖,渾善達克沙地中的查幹諾爾,毛烏素沙地中的乃林淖爾等。
風積地貌:風中夾帶的砂粒,在風速降低時沉降在地面所形成的各種地表形態。
在風沙流運動過程中,當風速變弱或遇到障礙物(包括植物或地表微小的起伏),以及地面結構或下墊面性質改變時,都能夠發生沙粒從氣流中下落堆積。
沙丘:沙漠裡最基本的風積地貌形態,按塑造沙丘形態的風之間的相互關係,主要可分為以下三個類型:
①垂直於風向的橫向沙丘形態—新月形沙丘、沙丘鏈和複合型沙丘鏈。
②平行於風向的縱向沙丘形態—新月形沙壟、沙壟和複合型沙壟。
③多方向風作用下的沙丘形態—金字塔沙丘。
顧名思義,新月形沙丘最顯著的形態特徵,是其平面圖形如新月,沙丘的兩側有兩個向前伸出的角(翼)。
新月形沙丘的剖面形態是有兩個不對稱的斜坡。
迎風坡:凸而平緩,坡度5°-20°。
背風坡:凹而陡峭,坡度為28°-34°。
新月形沙丘的高度不大,一般在1-5m,很少超過15m。單個新月形沙丘大多零星分布在沙漠的邊緣地區。
新月形沙丘迎風坡坡形微凸而平緩,背風坡地形下凹,坡度較陡;兩側有近似對稱的兩個尖角,就是沙丘的兩翼,兩翼延伸方向指向下風向。
縱向沙丘、沙壟在世界沙漠中佔過半的面積,在亞熱帶信風沙漠中更是普遍。
如北非撒哈拉的利比亞沙漠及中國塔克拉瑪幹沙漠、古爾班通古特沙漠和柴達木盆地等地區,有大面積的縱向沙丘分布。
縱向沙壟沙壟表面疊置著許多新月形沙丘和沙丘鏈。
縱向沙丘的成因:
一、在兩個銳角相交的風交互作用下,由灌叢沙丘轉化為縱向沙丘。
二、新月形沙丘在兩種風向呈銳角相交的作用下,由沙丘的一翼向前延伸而成,如下圖:
由兩種銳角相交的風作用下
新月形沙丘過渡到新月形沙壟
三是可能與縱向捲軸渦流(平行於氣流方向)作用有關。這種渦流是大氣邊界層氣流運動的主要形式,它只產生於平坦而均一的地面,當它出現時,會使地面沙子吹起,並且搬運到雙反轉的渦流之間的地表上進行堆積,從而形成了順風向延伸的縱向沙丘。
金字塔沙丘:是在多風向,且在風力相差不大的情況下發育起來的一種沙丘,因其形態與埃及尼羅河畔的金字塔相似而得名,有時其形態像海星,故又稱為星形沙丘。
金字塔沙丘有一個尖的頂,從尖頂向不同方向延伸出三個或更多的狹窄沙脊(稜),每個沙脊都有一個發育得很好的滑動面(稜面),坡度一般在25°-30°。
沙堆:是一種特殊的沙丘形態,是風沙流通過草灌叢植物時,風速受到減弱,發生大量沙粒堆積在植物根部形成的。
凡是水分條件較好,植物生長繁茂,又有沙子供給的地方,都可有草灌叢沙堆分布。草灌叢沙堆最初的形態為蝌蚪狀。
這是因為部分從草灌叢兩側繞過的氣流(有部分氣流由植物本身空隙通過)在其後形成垂直軸的渦流,將沙粒捲入中間,使沙堆沿風向伸展,形成平行風向的蝌蚪形沙堆。
草灌叢沙堆的形成
A:草灌叢附件氣流示意圖
B:草灌叢後的沙積物剖面
當蝌蚪形沙堆發育到一定階段,沙子將填塞整個草灌叢。它對風沙流成為不透風的障礙物,這更引起在草灌叢前後大量堆沙,形成圓形或橢圓形的草灌叢沙堆。
草灌叢沙堆根據其上主要植物種類命名。如紅柳沙堆、白茨沙堆、沙蒿沙堆等。沙堆的高度取決於形成沙堆的植物,如沙蒿沙堆一般為0.2-1.0m,白茨沙堆多為1-2m。
若沙源比較豐富,沙子大量堆積,沙堆的高度不斷增長,植物的根系不能達到給水層時,植物會枯死,則沙堆會因失去植物覆蓋而遭受吹蝕破壞,可以逐漸發展成其他各種形態的沙丘。