高中地球科學/水蝕與沉積

河流和溪流透過將降落在陸地上的降水返回海洋來完成水文迴圈（圖 10.1）。最終，重力是驅動力，因為水從山區流向海平面。部分水流經地表，部分水流經地下，形成 **地下水**。當這些水流動時，它們既進行侵蝕又進行沉積。您將瞭解到這些流動的水的侵蝕效應及其形成的沉積物。

課程目標

描述地表河流和溪流如何產生侵蝕。
描述河流和溪流留下的沉積物型別。
描述地下水流動產生的地貌。

河流和溪流的侵蝕與沉積

徑流侵蝕

當溪流在地面上移動時，它們會輸送風化的物質。溪流不斷侵蝕其河岸，特別是在河曲的外側彎曲處。其中一些物質以溶液形式攜帶。許多礦物質是離子化合物，易溶於水，因此水將這些元素作為溪流攜帶的 **溶解負載** 的一部分移到海中。當地下水滲透到土壤和岩石層時，礦物質會溶解並被帶走。地下水貢獻了溪流攜帶的大部分溶解成分。一旦元素完全溶解，它很可能被帶到海洋，無論溪流的速度如何。在某些情況下，溪流水可能會被溶解物質飽和，在這種情況下，這些礦物質的元素可能會在到達海洋之前從水中沉澱出來。

河流和溪流移動風化物質的另一種方式是作為 **懸浮負載**。這些是作為固體隨河流流動而攜帶的岩石碎片。與溶解負載不同，可以作為懸浮負載攜帶的顆粒大小取決於溪流的速度。當溪流流速更快時，它可以攜帶越來越大的顆粒。溪流可以攜帶的顆粒尺寸越大，溪流的 **能力** 就越大。如果溪流具有陡峭的坡度或 **坡度**，它將具有更高的速度，這意味著它能夠在懸浮中攜帶更大的物質。在洪水階段，河流流動得更快，並進行更多的侵蝕，因為增加的水量會增加溪流的速度。沙子、淤泥和粘土大小的顆粒通常構成溪流的懸浮負載（圖 10.2）。當溪流減速時，無論是由於溪流的坡度降低還是由於溪流泛濫成災並拓寬了其河道，溪流都會首先沉積它所攜帶的最大顆粒。

河流和溪流移動風化物質的最後一種方式是作為 **床負載**。這意味著雖然溪流中的水能夠撞擊和推動這些顆粒，但它無法將它們拾起並持續攜帶。床負載以這些顆粒被溪流床推動和滾動的方式命名，因為水流。偶爾，較大尺寸的顆粒會被撞擊到溪流的主要流動部分，但隨後它會沉回到溪流床，因為它太重而無法懸浮在水中。這被稱為 **躍移**，我們將在本章的後面學習由風攜帶顆粒的運輸。具有高速度和陡峭坡度的溪流會對溪流床進行大量下切，這主要透過構成床負載的顆粒的運動來實現。作為溪流床負載移動的顆粒不會連續移動，而是以小步或跳躍的方式移動，期間會間歇地保持靜止。

溪流和河流侵蝕

當溪流將水從高海拔地區（如山脈）移到低海拔地區（如海洋）時，即海平面，溪流的工作發生變化。在高海拔地區，溪流只是開始的溪流，河道小，坡度陡峭。這意味著溪流將具有很高的速度，並且會進行大量的侵蝕其溪流床的工作。海拔越高，溪流離它最終與海洋交匯的地方越遠。 **基準面** 是指溪流與海平面或靜止水體（如湖泊或海洋）交匯的地方。溪流將繼續下切其溪流床，直到它們到達基準面。

當溪流從高海拔山區移到更靠近海平面的低窪地區時，溪流離其基準面更近，並且在侵蝕其河岸的邊緣方面比下切其溪流床方面做得更多。在大多數溪流中，在某個地方，溪流河道中會出現彎曲或彎曲，稱為 **河曲**（圖 10.3）。當溪流流向海洋時，它會侵蝕其外側河岸的物質並沉積物質到河曲的內側彎曲處（圖 10.4）。這導致這些河曲隨著時間的推移橫向遷移。溪流河岸外緣的侵蝕開始了開挖洪泛區的過程，洪泛區是圍繞溪流河道的平坦區域。

溪流和河流沉積

一旦溪流接近海洋，它就非常接近其基準面，現在沉積的物質比侵蝕的物質更多。正如您剛剛瞭解到的，河流沉積物質的一個地方是在河曲的內側邊緣。如果你決定去淘金，或者尋找來自舊城鎮或文明的文物，你將會篩選這些沉積物。金是地球上密度最大的元素之一。溪流很懶，從不希望攜帶超出絕對必要的物質。它會首先掉落最重和最大的顆粒，這就是為什麼你可能會在溪流沉積物中找到黃金的原因。想象一下，你需要攜帶一週所需的所有東西，步行幾公里。一開始你可能根本不會介意你所攜帶的重量，但是當你感到疲倦時，你會首先想要卸下最重的東西！

當河流泛濫或溢位其河道時，河流流動的區域突然比它在河道中時的區域要寬闊得多，淺得多。這會降低溪流流動的速度，並導致溪流掉落大部分負載。依賴尼羅河周圍洪泛區地區的農民依靠這些沉積物每年為他們的田地提供養分，因為河流泛濫成災。在洪水階段，河流還會建造天然堤防，因為最大尺寸的顆粒會在溪流河道邊緣周圍形成更高的地方（圖 10.5）。

當河流與靜止的水體或幾乎平坦的地面相遇時，它會沉積其負載。如果這種情況發生在水中，河流可能會形成 **三角洲**。從其山區源頭開始，在長達幾公里的旅程中，河流攜帶侵蝕的物質，形成其溪流負載。河流突然在速度上急劇下降，並放下它一直在攜帶的大量沉積物負載。三角洲是相對平頂的，通常是三角形的沉積物沉積物，形成於大型河流與海洋交匯處。三角洲的名字來自希臘字母三角洲，它是一個三角形，即使並非所有三角洲都具有這種形狀。當主流河道分裂成許多較小的 **分流河道** 時，就會形成三角形的三角洲。隨著河道來回移動，放下沉積物並移到新的河道位置，會形成一個寬闊的三角形沉積物。

有三種類型的河床構成三角洲（圖 10.6）。首先掉落的顆粒是最粗的沉積物，這些沉積物形成傾斜的層，稱為 **前積層**，構成三角洲的前緣。再往平靜的水中走，較輕、更細粒的沉積物會形成薄而水平的層。這些被稱為 **底積層**。在洪水階段，整個三角洲可以被更細的沉積物覆蓋，這些沉積物將覆蓋現有的三角洲。這些被稱為 **頂積層**。這些形成最後，位於三角洲的其餘部分之上。

並非所有大河在與海洋交匯處都會形成三角洲。三角洲的形成取決於波浪和潮汐的作用。如果水體平靜，例如海灣或淺海，則可能形成三角洲。如果沉積物被帶走，則不會形成三角洲。沿岸運輸將沉積物帶到海岸線並沿海岸線分佈，形成了我們的海灘和屏障島。

如果河流或溪流突然到達幾乎平坦的地面，例如寬闊的平坦山谷或平原，則在斜坡底部會形成一個**沖積扇**(圖 10.7)。沖積扇是當溪流突然失去速度時，粗粒沉積物形成的彎曲頂部、扇形沉積物。隨著許多溪流通道穿過沖積扇的彎曲表面，沖積扇在平坦土地方向上呈曲線展開，並在沉積物沉積時形成和消失許多通道。沖積扇通常形成於較乾旱的地區。

地下水侵蝕和沉積

並非所有降落在陸地上的水都會流經河流和溪流。下雨時，大部分水會滲入地下，並透過土壤中的孔隙以及岩石中的裂縫和斷裂移動。這種水必然緩慢移動，主要受重力影響。然而，地下水仍然是一種強大的侵蝕力量，因為這種水會溶解固體岩石。如果您曾經探索過洞穴或見過天坑，您對地下水的功用有一定的瞭解（圖 10.8）。

當地下水穿過礦物顆粒之間的空間時，它會溶解並帶走不同的元素。某些型別的礦物質很容易被地下水溶解。雨水在穿過空氣時會吸收二氧化碳 (CO₂)。二氧化碳與水結合形成碳酸。這種天然弱酸很容易溶解許多型別的岩石，包括石灰石。如果您曾經觀察過抗酸藥片在水中溶解，您就會看到這種型別的岩石被侵蝕的速度有多快。洞穴是自然界最壯觀的侵蝕展示之一（圖 10.9）。地下水在數年的時間裡緩慢地工作，溶解並帶走曾經是固體岩石的元素。首先它沿著小裂縫和斷裂移動，逐漸擴大它們。隨著時間的推移，長達多個足球場、高數十米的洞穴可能形成。

如果地下洞穴的頂部坍塌，就會形成**天坑**。一些天坑大到足以吞沒一個家庭或附近幾個家庭（圖 10.10）。隨著地下水溶解固體岩石，它會將這些礦物質溶解在溶液中，然後帶走。當地下水透過開口滴落時，會形成幾種有趣的形成型別。**鐘乳石**是碳酸鈣的冰柱狀沉積物，當一層又一層方解石從天花板滴落時形成，覆蓋著“冰柱”（圖 10.11）。當富含礦物質的材料滴落到洞穴地板時，**石筍**會在洞穴地板上形成圓形的碳酸鈣沉積物。鐘乳石這個詞有一個“C”，所以你可以記住它形成於天花板，而石筍中的“G”則提醒你它形成於地面。如果鐘乳石和石筍連線在一起，它們會形成一個柱子。參觀洞穴的奇觀之一是見證這些令人驚歎、奇特迷人的結構的美景。洞穴還產生了一種美麗的岩石型別，由碳酸鈣形成，稱為**石灰華**。當充滿碳酸鈣的地下水突然沉澱出來時，就會發生這種情況，作為礦物方解石或文石。產生石灰華的礦泉可以是溫泉，也可以只是溫水，甚至可能是冷水（圖 10.12）。

當地下水中含有大量碳酸鈣時，我們稱這種水為“硬水”。如果您所在地區的用水是硬水，您可能很難讓肥皂起泡或產生肥皂泡。硬水也可能帶有味道，有些人可能不喜歡這種味道，而更喜歡純淨水。如果您的水是“硬水”，您可以在飲用前用過濾器處理您的水。沸石是幫助吸收水透過過濾器時從水中吸取離子的礦物。當水透過過濾器時，它的味道很好！