歷史地質學/機械風化和侵蝕

本文將簡要概述侵蝕和機械風化。之所以可以簡短是因為後續文章將詳細討論侵蝕過程,所以只需簡要概述該主題即可。
地質學家區分風化和侵蝕:風化使岩石破碎但保留在原地;而侵蝕過程既能破碎岩石,又能將破碎的碎片(碎屑)搬運走。大多數(但並非所有)文字都將做出這種區分。即使做出了這種區分,它們仍然使用“侵蝕”作為通用術語:也就是說,當你看到一個地質學家說一塊岩石被“侵蝕”了時,他們並不意味著暗示它沒有也被風化。
機械風化有時被稱為物理風化。在這兩種情況下,這種命名法的目的是將其與統稱為化學風化的過程區分開來,在化學風化中,化學作用會分解岩石。化學風化將在下一篇文章中介紹。
機械風化涉及分解岩石的機械過程:例如,冰在岩石裂縫中凍結和膨脹;樹根在類似的裂縫中生長;在白天高溫和夜晚低溫的地區岩石的膨脹和收縮;森林火災中岩石的破裂等等。
機械風化可能是在本文中提到的最不重要的過程,因為如果不存在機械風化,地球的歷史和由此產生的地質記錄可能會非常相似。
機械侵蝕的主要媒介是:重力;風成過程(即由風引起的那些過程);冰的形式為冰川;以及水,形式為河流、海浪、濁流和降雨造成的徑流。
讀者將熟悉大多數描述的過程,但我們應該簡要介紹濁流的概念。渾濁(即包含大量沉積物)的水流比清水密度大,因此會沿著湖泊或海洋的底部流動,通常會經過很長距離,並且速度很快,然後再衰減並分散其負載;這種水流發生在渾濁的河流排放到湖泊的清水中時,或者它們可以由大陸架上的泥石流引發。沙塵暴可以被認為是風成濁流的等價物。
磨蝕岩石是由風和水攜帶的沉積物引起的:例如,海浪可以將它們海負載的沙子和卵石拋向懸崖;沙塵暴可以從字面上將岩石沙化;河流或濁流攜帶的沙子和淤泥具有相同的作用。
磨損是這些相同力量對沉積物本身的影響,將它們分解成更小的碎片或將碎屑磨圓成光滑的卵石或圓形的沙粒。這個過程的效率可以在任何你可以找到海灘玻璃的地方觀察到,海灘玻璃起源於鋒利的碎片;人工模擬這個過程的半寶石滾筒拋光過程將在幾天內使大多數卵石變得圓潤。
水或冰的簡單機械力可以將岩石塊斷開,例如當冰川從它們移動的表面上採石時,或者當海浪的衝擊擊打懸崖時。
當懸崖頂部的岩石無法承受機械應力時,重力可以將被磨蝕和波浪衝擊侵蝕的懸崖的懸垂部分斷開。它也導致諸如滑坡和泥石流之類的事件;這種下坡運動統稱為塊體運動。
正如我們所說,侵蝕過程的定義在於它們搬運沉積物以及創造構成沉積物的碎屑的能力。
風或水的流體可以以三種方式搬運沉積物:懸浮,其中輕質顆粒沿著地面、海底或河床以上的水流中被帶走;透過躍移,其中太重而無法被懸浮攜帶的顆粒沿著地面(或河床,或任何東西)彈跳;以及蠕變,其中顆粒沿著地面滾動。當然,易受這些過程影響的顆粒的大小將取決於水流的速度。
相比之下,冰川可以攜帶的碎屑大小沒有這種限制。冰川作用的一個典型結果是搬運巨大的巨石,大小相當於一棟房子,稱為冰川漂礫。重力顯然也沒有這種限制;整個岩石層有可能沿著山坡滑落。
在這種特殊情況下,問“我們如何得知?”似乎幾乎是多餘的,因為涉及的過程既不隱藏也不微妙。我們可以觀察到沙塵暴;我們可以看到瀑布的頂端是如何逐年變化的,或者河流是如何改變其航線而沖刷出一個新的河床的;我們可以看到懸崖是如何坍塌以及滑坡的影響。冰川攜帶巨石的事實是顯而易見的,而且它們每年行進的距離是可以測量的;同樣可以測量的是河流出海口的沉積物數量。
一個更有趣的問題是,我們如何知道這些過程已經發生,而導致它們發生的原因已經不存在?例如,我們如何識別已經融化的冰川的路線,或者已經乾涸或改變其河床的河流?這些是我們在後續文章中將要回顧的問題。