风化、侵蚀和泥沙输运

风化作用使岩石原地破碎，侵蚀作用带走松散的物质，输运作用则将其搬运到地表各处，最终以沉积物的形式沉积下来。

Definition

风化作用是岩石通过物理和化学过程在原地破碎，侵蚀作用是去除由此产生的颗粒，泥沙输运是这些颗粒通过水、风、冰或重力移动到沉积地点。

Scope

本主题涵盖沉积物的产生和运动：物理和化学风化、侵蚀作用的介质，以及水、风、冰和重力等方式的输运，包括水流能量与颗粒大小之间的关系。它是沉积系统上游的一半。

Core questions

• 哪些物理和化学过程会使岩石分解？
• 什么因素决定了给定大小的颗粒是被侵蚀、输运还是沉积？
• 不同的输运介质如何对沉积物进行分选和塑形？

Key theories

搬运能力和赫尔斯特伦关系

赫尔斯特伦的实验将流速与给定大小的颗粒是被侵蚀、搬运还是沉积联系起来，表明细小的粘性颗粒需要更高的流速才能侵蚀，而不是保持悬浮。

风化类型和气候

物理风化在寒冷和干旱环境中占主导地位，而化学风化在温暖和潮湿环境中占主导地位，因此气候对岩石分解的速率和产物具有一级控制作用。

Mechanisms

物理风化通过霜冻楔裂和剥落等过程使岩石碎裂，而化学风化则通过溶解、水解和氧化作用改变矿物，产生粘土和溶解离子。侵蚀的颗粒根据颗粒大小和水流能量以推移质、悬移质或溶解质的形式移动；随着输运能量的下降，最粗的颗粒首先沉降，从而按大小对沉积物进行分选。

Clinical relevance

风化和侵蚀控制着土壤形成和农业生产力、影响水库和水质的泥沙负荷以及滑坡和侵蚀灾害，而硅酸盐风化的溶解产物则影响着长期的碳循环和气候。

History

泥沙输运的定量研究始于19世纪吉尔伯特等人对河流的研究，通过赫尔斯特伦1935年的侵蚀-沉积图和巴格诺德世纪中叶对风和水输运的研究而取得进展，并延续到现代基于过程的地貌学和地表建模中。

Key figures

• Filip Hjulström
• Ralph Bagnold
• Grove Karl Gilbert

Seminal works

• hjulstrom1935

Frequently asked questions

风化和侵蚀有什么区别？

风化是岩石在原地分解，没有显著移动，而侵蚀是分解后的物质从其来源地被移除和输运。