河湾的形成   

随着小溪或是河流的“主干”日渐宽阔,它们的形态开始变得蜿蜒曲折了。同样,这样的变化也是一次混沌事件,初始条件下极其微小的变化将导致未来状态的巨大差异。由于地表凹凸不平,当溪流形成时,它们不会笔直地朝一个方向流去。若是观察一下那些向左拐弯的河道就不难发现,通过河道左面水流流经的距离更短,而通过河道右面的水流流经的距离则更长。

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水流在河道里流动时将呈现出两种情况。假想一下水流正在通过河道的转弯处,左手边河道内侧的河水流速较快,而河道外侧的流速则较慢。初看起来,这也许和你想象的情况正好相反。假设是一个固体物质绕过弯道,该物体所有部分都组合在一起不能分离,你大概会认识到,比起该物体的外侧来,其内侧通过的速度会慢些,因为在同样的时间内,内侧需要运动的距离比外侧要来得短。这也是汽车轮胎需要安装差速器的原因,因为汽车在转向过程中车体内侧的轮胎比外侧要转得慢。不过溪流并不是固体,而是流动的。和固态物体运动时齐头并进的状态不同,水流的各部分在运动时并不是同步的。

左手河岸内侧的水流加速是为了保持角动量守恒。想象一下张开双臂,在冰面上旋转的溜冰者。如果他们将手臂回缩收拢,旋转的速度将会加快。角动量是由与物体到原点的位移和其速度决定的。在不受外力作用下,角动量是守恒的——除非你施与外力,否则它将保持不变。当溜冰者将手臂收回时,半径减小了,因此,旋转的速度就会增加以保持角动量不变。

同理,当水流流经半径较小的左边的内侧河道时,其流动的速度会加快以保持角动量守恒。这样一来,外侧河岸所受的压力将略高于内侧河岸。(你可以想象成内侧河岸附近的水分子更稀疏,因为它们走得快,所以内侧的压力也小些)。

不同的压力造成了河水从河岸外侧至内侧的二次流动,并从外侧河岸带来沉积物。因此,泥沙从弯道的外侧被冲刷到了内侧,这使得河道愈来愈弯曲。河水流动的过程中,其流向的右侧往往向外凸出,形成凸岸,而其左侧则明显地凹了进去,形成凹岸。

水流转弯后回到主河道,接着转入右边,同样的一幕又上演了,于是右岸的河湾就逐渐形成了。最后河水流成了一条潦草的正弦曲线,先往一边拐,接着是另一边,不过,这些弯曲的弧度都不一样,这是由于这些水流在启程之初受到了各不相同的外界影响,即便这种影响极其细微。随着河水不断地迂回前进,一个个“点坝”(point bar)出现了。点坝指的是河曲带内侧的泥沙的沉积。河道外岸被不断地侵蚀,越来越多的泥沙被带到了河道内岸,这些沉积最后形成了小型的沙滩。

最终,其中的一个河曲越来越弯,形成了一个环形,河流遂截弯取直,由较笔直的新河道流走,留下一个与主河道平行的独立的半月形湖,湖形似于牛轭,称为牛轭湖(oxbow lakes)。如果站在河边,很难看清这些水流的演变过程——但是在飞机上看就方便多了,你能看见还处于树状的年轻溪流,迂回的河曲还有那些演变中的或是发育完成的牛轭湖。

世界上有很多的牛轭湖在形成没多久后便消失了,事实上,地球上已经少有不受人类影响、百分之百天然的景致了,这听上去还挺不可思议的吧。也有一些广袤的沙漠、森林、苔原和荒原还是未被开发的处女地,不过一旦有人类在附近定居下来,它们就会被开发利用,欧洲的发展过程就是一个最好的例子。即便是看起来充满自然气息的乡村,也是因放牧和其他一些农业活动的影响才变成了现在的样子。

虽然乡村景致有一些与生俱来的特征,不过在飞机上,我们更容易看出哪些样貌是浑然天成的,哪些是经过人类活动后改造的。你也许会看到不同的梯田,有些修建于中世纪或年代更加久远,先民们用梯田进行坡地耕作。或许,你还会看到两种风格迥异的田埂。那些陈旧、面积较小、不规则的围场通常出自大自然之手,而那些大型的、更加规整的农田则是现代农业的产物,为的是使农耕机械发挥出最大的功效。