B1 · 出版卷 6
风化、侵蚀、搬运与沉积
颗粒产生、搬运方式、沉积条件和保存
学习目标
完成本章后，你应能区分风化与侵蚀，描述颗粒负荷和溶解负荷，构建有明确边界的沉积物收支，识别临时储存和再搬运，并解释为什么颗粒的组成或年龄不等于容纳它的岩层年龄。
从一个野外问题开始
一层砂体含石英、长石、岩屑、重矿物和少量黏土粒级物质。最近的出露高地以石英为主，但部分颗粒记录了更古老的结晶年龄，并且圆度较高。这些砂来自近处高地、被侵蚀的老沉积岩、远处流域，还是多个来源的混合？
仅凭一种矿物无法回答。风化会依据矿物稳定性和破裂方式进行选择；侵蚀释放并启动物质；搬运按粒度、密度、形状和水动力行为分选；洪泛平原、沙坝、沙丘、湖泊和陆架会在后续事件再次搬运之前暂存沉积物；埋藏和成岩作用还会溶解旧组分或生成新组分。因此，物源是一串筛选过程的历史，而不是从露头到岩层的一条直线。
核心过程模型
风化是在原地改变物质。物理风化破碎岩石而不要求总体矿物化学改变；化学风化会溶解、水合、氧化或交代矿物；生物可以参与两类过程。侵蚀则把物质从表面移走。深度风化剖面可以仍留原地，而快速侵蚀的新鲜岩石未必产生大量黏土，这正是两者必须区分的原因。
颗粒启动后可作为溶解负荷、冲泻质、悬移质或推移质运动。这些名称描述搬运行为，不是颗粒永久属性。同一砂粒在洪水中可以悬浮，在较弱水流中又成为推移质；黏土粒级颗粒可以形成絮团，其沉降速度远高于单颗粒；高密度或片状颗粒与同名直径的球状石英颗粒也不会表现相同。
当系统不能继续维持某个组分的运动、颗粒遇到捕获位置，或溶液发生沉淀时，就可能沉积。流动减弱只是一个原因，流动扩散、渗入、植被、床面粗糙度、密度分层、盐度诱导的絮凝和化学过饱和都可能起作用。沉积后还可能发生生物扰动、脱水、压实、胶结、溶解和再次搬运。
证据与测量
写收支前必须定义系统边界。对时间间隔 \Delta t 内的流域，可以写为：
\Delta S = I + P - O - L
其中 \Delta S 是沉积物储量变化，I 是跨边界输入，P 是边界内产生量，O 是输出，L 是溶解或转移到模型外储库的损失。所有项必须使用相容的单位、粒级覆盖和时间尺度。河流站可能测到悬移质而漏掉推移质；水库测量可反映储存量却看不到穿过的物质；长期产率估计与单次暴雨测量也不能直接混合。
露头上应记录砾石岩性、颗粒组成、风化状态、圆度、表面纹理、分选、层体几何和古流向证据。地图上应标出可能物源、老沉积物储库、分水岭和屏障。使用年龄数据时，必须说明它约束的是结晶、冷却、风化、沉积、胶结还是后期重置。
示例计算
设一次暴雨从有界流域输出 8{,}000 吨悬移质。重复地形测量显示坡面和河道侵蚀约 11{,}000 吨，洪泛平原增加约 2{,}000 吨。在没有外部输入的初步假设下，未解释量为：
11{,}000-8{,}000-2{,}000=1{,}000\ \text{吨}。
这个残差不应自动归为错误。它可能是推移质输出、低于测量分辨率的储存、测量后的岸崩、溶解损失或体积密度不确定性。若侵蚀量为 11{,}000\pm2{,}000 吨，其他项也有显著误差，那么零残差仍可能成立。
再加入物源问题：如果暴雨再搬运了此前储存在洪泛平原中的老沉积物，部分输出就不是新近风化的坡面物质。事件收支可以闭合，但简单物源解释仍可能错误。
常见误读与不确定性
常见错误包括把搬运距离当作圆度的唯一控制，用矿物丰度推断物源却不校正水动力分选，以及把老碎屑颗粒年龄当作沉积年龄。不稳定矿物缺失可能来自风化或成岩，而不一定表示物源不存在。现代流域也不一定对应古代水系。
保存过程同样具有筛选作用。侵蚀可以移除最高能事件的沉积物，沉积物绕过可以只留下一个界面，后期土壤形成会叠加原始结构。沉积档案记录的是幸存内容，不是发生过的全部过程。
实践调查
选择一个小型物源—汇系统，画出至少六个储库及全部物质传递。为每条箭头指定单位和测量方法，并标记为实测、估算或未知。随后分别为单次事件和千年尺度重画系统，解释为什么主导储存项和可接受方法会改变。
掌握检查
- 为什么风化速率上升时沉积物输出仍可能下降？
- 除流速降低外，列举三种促进沉积的机制。
- 为什么流域收支闭合并不能保证物源解释正确？
- 碎屑矿物年龄直接约束什么，还需要什么来约束沉积时间？
- 把“颗粒来自最近露头”改写为两个可以检验的竞争假设。