地球和火星上都有的这种地貌 风沙地貌形成原因

沙丘是地球上沙漠地区广泛分布的风沙地貌,是沙质地面经风的吹蚀、搬运和堆积作用而成的一种风积地貌。火星和土卫六上也发现有大量不同形态的沙丘分布。

沙丘形态复杂多样,令人痴迷。其中,穹状沙丘由于其独特魅力,更是科学家们更为感兴趣的一类沙丘。

穹状沙丘是一类外形特殊的沙丘。它们外形浑圆,平面图形近似圆形或椭圆形,像一个一个大大小小的馒头,缺乏落沙坡,个体空间分布不规则。这类沙丘在火星和土卫六上分布较为普遍。

图1 A。 地球上的穹状沙丘(塔里木沙漠公路沿线的巨型穹状沙丘,位于塔克拉玛干沙漠北部,40°14´ N,83°31´ E,高度达100米左右,子图为输沙玫瑰图)。B。 火星上的小型穹状沙丘(72°49´ N,26°22´ E)。

图1 A。 地球上的穹状沙丘(塔里木沙漠公路沿线的巨型穹状沙丘,位于塔克拉玛干沙漠北部,40°14´ N,83°31´ E,高度达100米左右,子图为输沙玫瑰图)。B。 火星上的小型穹状沙丘(72°49´ N,26°22´ E)。

沙丘如何形成并演变?风沙地貌学者认为,风况和沙源供给丰富度决定了沙丘的形态。但是,对于穹状沙丘这类特殊的沙丘,在其形成和发育机制上还有待开展进一步研究。

日前,中科院新疆生态与地理研究所首次查明了穹状沙丘的形态特征,揭示其形成过程及影响因素,填补了风沙地貌研究的空白。

穹状沙丘发生在沙源相对较不丰富和复杂风况的环境下。受风况复杂程度的影响,穹状沙丘可由新月形沙丘(外形类似新月一样的沙丘)演化而成(图2)。

图2 数值模拟中不同风况作用下的沙丘形态特征。A。 单独发育的新月形与穹状沙丘。B。 发育于不可蚀床面上的新月形与穹状沙丘。C。 风况的复杂程度以输沙率标准差来表示。

图2 数值模拟中不同风况作用下的沙丘形态特征。A。 单独发育的新月形与穹状沙丘。B。 发育于不可蚀床面上的新月形与穹状沙丘。C。 风况的复杂程度以输沙率标准差来表示。

从上图我们可以看到,穹状沙丘是从新月形沙丘演化而来,当比较复杂的、各个方向的风吹来后,新月就慢慢被“填满”,并越堆越高,变成了馒头形的穹状沙丘。

而风吹的方向、强度都会影响这些“馒头”的形成过程。另外,相比新月形沙丘,穹状沙丘对应着地表上更加强烈的风沙流掠过。

同时,我们还看到,“馒头”越高,它移动的速度越慢,这与新月形沙丘具有类似的动力学过程,在稳定状态下,高度越高,其移动速度越慢(图3)。

图3 穹状沙丘的动力学机制。A。 穹状沙丘的形态特征与风况的关系。B。 穹状沙丘的移动速度与高度的关系。

图3 穹状沙丘的动力学机制。A。 穹状沙丘的形态特征与风况的关系。B。 穹状沙丘的移动速度与高度的关系。

利用穹状沙丘本身的形态特征以及移动速度,我们可以反演推算出该区域内的输沙量。

虽然穹状沙丘不像新月形沙丘输沙方向单一,但是,穹状沙丘在某一个时期某一方向的输沙量对穹状沙丘整体的形成有着至关重要的作用。因此,可以直接通过测量自然界中穹状沙丘的形态、规模以及移动速度来估算局地区域输沙量以及风况的变化特征。

此外,我们还可以应用于缺乏风况资料的火星与土卫六沙丘研究。

火星和土卫六上的风况资料我们很难获取,但是我们可以通过遥感影像去看这些穹状沙丘的样子以及变化的规律,然后根据这些资料,以及之前建立好的穹状沙丘和输沙量等关系的模型,再来反演和推算出火星和土卫六的风况和输沙特征。

也就是说,通过这些大大小小的“馒头”穹状沙丘,我们都可以推算出这个区域刮了什么风,吹了多少沙。

我们对火星和土卫六地貌的了解,或许又进了一步。

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