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花岗岩地貌多景观综合研究实例之二:泄水槽 精选

已有 4430 次阅读 2022-5-14 16:56 |个人分类:地学探讨|系统分类:图片百科

    我在2022年05月11日的博文《花岗岩地貌多景观综合研究实例之一:山脊壶穴一文中介绍了召庙花岗岩山脊上发育的壶穴,博文链接如下:

        https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=39040&do=blog&id=1337981

    今天接着介绍冰川融水形成的另一个微地貌景观:泄水槽(Meltwater channel)。

这是正式发表在《地质通报》上全文的第二部分,现在以照片为主作进一步讨论。想要阅读原文的朋友请点击下面链接:

    http://dzhtb.cgs.cn/gbc/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20220401&flag=1&year_id=2022&quarter_id=4

    论文题目:

    吕洪波,浦津,高于. 2022.内蒙古赤峰召庙花岗岩表面的冰川壶穴、泄水槽、盐风化穴和剥离面理。地质通报,41(4):517—532.

    研究地点位于内蒙古东部,赤峰市北部的巴林左旗(见下图)

泄水槽Meltwater channel

    泄水槽这个概念是本人第一次使用,国外有个别学者研究但却没有给出明确的定义。因此,我自己给泄水槽下个定义:

    泄水槽Meltwater channel)是发育在花岗岩山脊两侧向下排水的沟槽,由冰川融水侵蚀而成。单个泄水槽一般窄而深,宽度多为10—20cm,深度大致与宽度相当,少量略深。泄水槽内壁浑圆光滑,如同外侧切开的管子内壁,但两侧边缘与崖面之间并不圆滑过渡。槽子上端起源于山脊外侧平缓处逐渐向山崖转换的肩部,少量起源于山脊壶穴的出水口,而下方一般直达山脊侧面陡崖下部的山麓处。泄水槽从不单个存在,而是并排分布于整个山崖或陡坡上,宛如一排排钉耙搂过的深槽从山脊一直延续到山麓。

    简单的英文定义如下:

        Meltwater channels are rows of closely spaced erosional notches or grooves on the hillside surface, extending from hilltop to the piedmont, scoured by high-pressure melt water between granite surface and the overlying icesheet.

    召庙花岗岩山脊两侧的泄水槽宽度一般为20cm左右,深度也差不多但在上方多数稍微超过宽度,而长度则取决于陡峭山崖的高度,一般从顶部延伸到底部。从整体上看,泄水槽在山脊两侧起始部位狭窄而深,突然出现,而且往往在源头一端的平缓处被沙土充填并长草,而沿着陡崖向下延伸过程中则逐渐变宽变浅。如果山脊上保留壶穴,则壶穴的出水口必然连接着泄水槽的上端。花岗岩山坡常常被很多条横向分布的剥离面理(exfoliation)所切割而呈现明显的“层状”,而被分成多层的花岗岩露头在每一层的底部(即:剥离面理上方)都会明显凹进,这些凹进就是盐风化穴。

    泄水槽Meltwater channel)实际上是冰盖上的冰川融水形成的湖泊突然下泄到花岗岩山脊后沿着基岩向两侧逃逸而侵蚀的沟槽,一般成排紧密排列,其中一部分源头就是壶穴向外侧的出水口。泄水槽是至少一万年前的更新世冰川融水侵蚀而成,与正常降水无关。我用上次介绍壶穴的博文中采用的示意图说明其原理:格陵兰冰盖上的冰川融水形成湖泊,湖泊中的冰川融水一旦泄露,就会在几个小时之内排泄完毕,其对两三千米冰层之下的基岩而言,如同巨型高压水射流侵蚀岩石表面而形成壶穴和泄水槽。

    而在山脊之上的冰层容易产生裂缝,成为冰川融水下泄的通道。因此,壶穴分布于花岗岩山脊上,而少量的泄水槽连接壶穴出水口,更多的泄水槽直接分布于山脊靠山崖的外侧。

    下面就根据这个原理进行简单的几点分析:

    第一、不是现代事件造成的。泄水槽起源于山脊上的壶穴出水口或靠近山崖的平缓处,而多数泄水槽在相对平缓的上端都充满沉积物而且长草。这说明侵蚀形成泄水槽的事件不是现今常见的降水事件,而是很早以前的事件。有的山脊东南坡很长,那里的泄水槽都已经遭受盐风化穴的改造,而盐风化穴形成时需要时间的。在陡峭的山崖上也可见泄水槽被横向的盐风化穴破坏而隔开,这都需要数千年乃至上万年的时间。

    此外,已经发育盐风化穴的断崖切断泄水槽,证明泄水槽形成于断崖之前。

幻灯片12.JPG

    在平缓山坡上的泄水槽,已经普遍遭受盐风化作用改造,形成一系列盐风化穴。这个现象证明泄水槽形成于盐风化穴之前,而盐风化作用是缓慢的物理风化作用。

    第二、正常降水无法形成泄水槽。如果是现代降水侵蚀而成,这些沟槽在上端需要足够的汇水面积,而且起始端肯定非常浅,然后随着水流由面流变成湍流而逐渐汇合加大,整条沟槽就会具有从上到下由浅到深分支合并的趋势,犹如倒放着的树根状。江西弋阳龟峰景区砂砾岩陡崖上方降水造成的冲刷沟就符合这些特点,而且那是相对软弱的红层,而且降水量大(每年2000mm)。

    然而,召庙花岗岩山脊两侧的泄水槽是从上端一开始就突然变成深槽(如下面照片中②点),沟槽在山崖上端平缓处窄而深,向下通向山麓的过程中反而逐渐变浅变宽。这种现象表明水流一开始在山脊上就因高速而具有强大的冲刷力,侵蚀基岩形成泄水槽的起始点并向外侧延伸,而后向下逐渐减弱。显然,正常的降水没有足够的冲刷力,只有冰盖之上的冰川融水下泄才能具有这样的水动力条件。

    第三、正常降水无法在花岗岩表面侵蚀如此深的沟槽。召庙花岗岩位于内蒙古东部大兴安岭东南侧平缓地带,属温带半干旱气候,每年降水量400mm左右,如何在花岗岩表面侵蚀出如此深沟?我们可以对比一下,在年降水量2000mm的江西三清山花岗岩山区,从未发现像巴林左旗召庙花岗岩那样的深沟槽。这说明降水对花岗岩的侵蚀能力有限。

    可见,召庙花岗岩山脊两侧的泄水槽与正常降水无关。

    第四、与正常降水侵蚀相悖的证据还有:泄水槽的横剖面显示其口缘尖锐,非正常降水所致,而是突发的泄水事件在基岩表面和覆冰之间强烈侵蚀的结果。人们可能会有疑问:山崖外侧的冰体相对软弱,泄水侵蚀冰体后是否会减弱对山崖的侵蚀呢?会的,但有个现象需要思考:上千米厚的冰体在高压下具有一定的塑性,一旦外侧冰体侵蚀便会有上方的冰体蠕动补充。山崖表面逐渐加深的泄水槽与冰体共同组成一个个管道,冰川退去后山崖表面的泄水槽才表现出尖锐的口缘。对比一下弋阳龟峰景区暴雨冲刷的构造口缘和缓的突出形态就明白了。

    用上面照片作平面解剖示意图如下:

    再看召庙花岗岩山脊侧面的泄水槽特征:

    作平面解剖示意图如下:

    显然,召庙花岗岩山崖表面的泄水槽与正常降水冲刷无关。

    冰川融水下泄虽然是小概率事件,但长期积累到召庙花岗岩山脊上就分布普遍了。突发的下泄之水如果在山脊上形成强烈的旋转水柱就会形成壶穴,从壶穴出水口排除时就形成泄水槽;更多的情况下不能形成壶穴,那就只能形成泄水槽了。山崖上成排分布的泄水槽说明冰川融水下泄事件的普遍性。

    泄水槽并非孤立现象,在安徽潜山世界地质公园的花岗岩山区,就可以看见类似的现象,只是规模相对小而已。

    泄水槽和山脊上的冰川壶穴都是更新世冰盖消融期的冰上湖泊泄露事件侵蚀形成,都属于“偶然”事件。当然,壶穴形成要求泄水通道近圆形,而且落在山脊上相对平缓的地方才能形成旋转冲刷水流,因此是更加稀缺的事件。看看所有的山脊壶穴都与泄水槽有联系:

    需要说明的是,泄水槽和冰川壶穴都属于微地貌景观,作为第四纪冰盖消融的证据也不是孤立的,因为该区本来就发育着第四纪冰川侵蚀的宏观地貌,如刃脊、角峰、冰斗等(见下图),有着完整的证据链。

    泄水槽在国际上研究得也很少,但确实有研究先例。如英国柴郡(Cheshire)一处第四纪冰川侵蚀的中生代砂岩羊背石小丘顶部边缘就发育了成排的泄水槽,作为冰消期冰川融水对冰下基岩冲刷的例子。如果朋友感兴趣,请阅读我发表的论文原文,有文献介绍。

    朋友们,如果你感兴趣,请到内蒙古赤峰巴林左旗的召庙花岗岩山区考察吧!本人更加欢迎朋友们进行深入讨论。我一个朋友说泄水槽可以用差异风化来解释,你认为可能吗?

    下一篇博文将讨论剥离面理(exfoliation),欢迎进一步交流。


吕洪波

2022.05.14于青岛



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