自古以來,人們就知道河流是蜿蜒曲折的,但千萬不要以為是由于地形的原因造成了河流的彎曲。在一些地勢完全平坦的地方,河流也不是直線的,同樣是彎彎曲曲的,這是為什么呢?
通過進一步研究,我們有了意外的發(fā)現:原來最不可能出現直線河流的地方恰恰是最平坦的地區(qū),在這種地方,直線方向對于河流來說是最不穩(wěn)定的,而河流想要保持直線方向,必須有理想的條件為前提,遺憾的是這種理想的條件根本不存在。
假設果真有一條河流正在基本相同的土壤上沿著一條直線流動,由于偶然的原因,比如途經某個土壤質地稍有不同的地區(qū),河水在某一個位置稍微出現了一些偏移,它會立刻恢復到直線方向上繼續(xù)流淌嗎?根本不可能。不僅如此,這種偏移還會越來越大。
圖46 河流極小的彎曲會不停地加大
我們來解釋一下原因。在彎曲的地方,河水是沿著曲線流動的。圖46就是河流出現了一個極小的彎曲的部位,A與B是彎曲部位的河的兩岸,A為凹入的一側,B為凸出的一側。由于離心力的作用,河水流經此處時會壓向河岸A,并不斷地沖刷A,離開B。但此時我們并不希望它沿著曲線流,我們希望它的路線恢復成直線,想要達到這個目標,就得不斷沖刷河岸B,離開A,這與河水的實際流淌方向是完全相反的,不可能實現。事實上,由于河岸A受到不斷的沖刷,凹入的程度越來越大,以至于河流的曲率也開始增大了,這導致離心力的增加,河流對河岸A的沖刷力度就更大了??梢姡绱搜h(huán)下去,河流哪怕是出現了一個非常小的彎曲,這個彎曲也會不斷地增大。
岸邊凸出一側的水流流速比對岸慢,所以水流帶來的泥沙大部分沉積在了凸出一側的岸邊。而凹入的一側在越來越強烈的沖刷下,河水變得越來越深,這就是為什么凸出一側的河岸比較平緩,而凹入一側的河岸非常陡峭。
也許有人認為,導致出現河流輕微偏移的原因也有可能根本不會出現。事實上沒有這么樂觀,因為這是不可避免的,所以河流會越來越彎曲這個事實也不可避免。久而久之,河流便變得蜿蜒曲折了。地質學上將這種曲折稱為“梅安德爾河曲”,這個詞語來自位于小亞細亞西部的梅安德爾河,它的曲折的河道曾令古人大為驚奇,“梅安德爾河曲”也就因此成為復雜曲折的河道的代名詞。
圖47河床的彎曲是怎樣自行加大的?
接下來我們做一件有趣的事情,來研究一下河流的彎曲會怎樣發(fā)展下去。圖47中的小圖(a)~(h)表現了河床逐步改變的過程。其中小圖(a)中的小河只是稍有彎曲,但在(b)中,水沖入了凹入一側的河岸,并稍微偏離了凸出一側的河岸。到了(c),河床明顯變寬。在(d)中它已經是河谷了,河床只是它的一部分。(e)、(f)、(g)對河谷的進一步發(fā)展進行了詳細的記錄,在(g)中我們看到河床幾乎彎曲成了一個環(huán)套。在最后的小圖(h)中,河水打通了距離較近的河床彎曲處,為自己開辟了新道路,新的河床就這樣形成了。此后,河谷的凹入部分以“故道”或“舊河床”的形象被河流淘汰,成為被遺棄的“死水”。
至于河流為什么不安安分分地在平坦的河谷中間或一邊流淌,非得不厭其煩地從凹入的一側折向新近凸出的一側[14],讀者們應該自己就能解答了。
力學就像是河流的主宰,掌握著它們的地質命運。我們所說的這些現象并不是一朝一夕形成的,它們經歷了幾千年漫長的歲月,漸漸地變成現在的樣子。不過我們現在也可以在春天里看到很多與之類似的現象,只不過規(guī)模比較小罷了。比如,當冰雪融化時,注意觀察雪水在雪地上沖出的“小溪”,它們的力學原理是一樣的。
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