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毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的

2014-06-13 11:15阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2270812307

在毛里求斯西南端，有一处迷人的奇观，当你从空中看下来的时候，你会看到“水下瀑布”。其实这并不是真正意义上的瀑布，而是沙子和淤泥在这里不断的往水下的一个海沟沉积而造成的光学幻觉。
沙子和淤泥不断地往水下的一个海沟沉积怎么理解？ 沙子往海沟里沉积的话，那漏掉后是怎么得到补充的？
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的


以下将出现的几个术语：回流（河流动力学）、礁（地质学/生态学/海洋科学）、潮汐（地质学/海洋科学）、泻湖（地质学/海洋科学）
首先，联想我们日常生活中常见的现象：河里的桥墩。生活经验告诉我们，水流在流过水中障碍物后会形成一个回水区，在河流动力学上，这个现象被叫做回流。如下图所示：
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
这种到处都是小石头的溪流，山区随处可见。而在这些溪流中，我们往往会在露出水面的大石块后面发现一个静水区，里面常藏匿了一些我最喜欢抓的小虾……堆积一些碎石砂砾。如图中红区所示的位置。这是因为水流越障后形成一个回流区，
这个区域水流速度较慢，水流携带的砂石更易发生堆积。
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
（对上图内容表示不明觉厉！）反映这一现象的某某图……反映了速度场？
根据这一知识，我们可以来解释河流里的一些现象：比如桥墩后的沙堆（A）、本应发生“凹岸侵蚀”的江岸因为一个突出物在下游形成回流滩等（B）。
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
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图为湖北荆州长江大桥及北岸的宝塔公园。由于突出的宝塔，回流在其下游方向形成砂滩，是不明真相的游人喜欢玩水的地方。但由于宝塔湾回流强劲，这里已经夺去很多人的性命了。5年前三人丧生的手牵手救人。就在今天上午，又是一条生命……下午看到这个新闻，心里怪难受的。
这与楼主的问题有什么关系？这就引出潮汐的问题。
首先看图：
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
毛里求斯，大家可以自己谷歌地球一下~
图中要注意的是海水里的黑线——结合回流的概念，这里可以很容易判断出这里常发育红箭头所示的水流~或者换个词：海水常以这样的方向流动。
这是这些定向流动的海水，造成了黑色物质在水中障碍物的下游方向堆积，形成我们可以看见的这种形态——换句话说，它出卖了水流方向。但为什么会出现海水的这种定向流动？这究竟是怎样的环境呢？
---6.10---
说到这里，在解开答案之前，我们换个地方看看。南海。
众所周知，位于热带海域的我国南海，发育了大量的珊瑚礁。它们坐落在水深一两千米的南海海盆中间，依托于过去的海山，随着相对海平面的升降不断生长、死亡，周而复始。古老的海山逐渐被海浪削去顶峰，但顽强的珊瑚礁却从“深海崛起”，构筑了我国最南部的国土。
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
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1842年，达尔文经过长达5年的随舰实地考察，发表了《珊瑚礁的构造和分布》。在他的论述中，将reef 这一地貌划分为岸礁、堡礁和环礁，提出礁生长的“沉降说”观点。这一观点，为之后一个半世纪地质学家对礁的研究奠定了基础。而由他创造的术语，今天仍在使用。如下图所示：
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
究竟是岛屿在沉降，还是海平面在升高，或者是二者与岛屿受风浪破坏同时发生，总之表现出来的现象就是相对海平面的上升导致礁从沿岸发育的岸礁，向离岸堡礁+泻湖（澙【音‘戏’】湖是更严格的用法~但这个字太难写了不是么……）转变，最终彻底演化为环礁+泻湖。
反观毛里求斯岛，这是一个位于南纬20度的热带大岛，它的四周被珊瑚礁所环绕，仅有在河流入海口处由于水体浑浊、盐度较低没有发育。
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
图中红色箭头所指，都是珊瑚礁。包括岸礁及堡礁+泻湖体系。
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part 3
与泻湖有什么关系？
首先我们应该明确一下什么是泻湖——被沙嘴、沙坝或珊瑚分割而与外海相分离的局部海水水域。由于被障碍物与广海隔绝，有时还有间歇性隔绝，泻湖通常因为蒸发而存在盐度异常、生物奇葩等现象。正如世间万物都有其发生、发展和消亡的过程一样，泻湖也有其自身的演化规律。而这种演化，通常是由它与广海的连通性变化而引起的。
有谁注意到楼主第一张图，海岸外的那条白线？
如这样：
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
这是在热带常见的一种地貌，是堡礁/岸礁边缘的礁体阻挡海浪激起的浪花。
这是因为那里水浅

前面我们说到，热带岛屿周围常会自发生长岸礁，并随着相对海平面的升高及岛屿本身被波浪的破坏，岸礁会逐渐向堡礁和环礁演化，其结果是外延逐渐扩大，形成面积可观的礁盘，礁盘上发育泻湖。在礁盘外延，深海卷起的波浪无情拍打高耸的珊瑚礁，大潮时席卷而过留下翻滚的白色碎浪，低潮时礁盘边缘有可能露出水面，从而在泻湖与广海间形成一个屏障。
此时，泻湖内的海水需要寻找一个流往广海的通道——水往低处流，于是会自发沿着低洼的部位流动，当水流裹挟着礁盘上的碳酸盐颗粒或者砂粒，遇上礁盘上偶然出现的突起——小礁块甚至碎块——就会在回流的作用下，于水流下游方向形成碎屑的线性堆积，形成“黑线”与“白线”交互出现的现象。
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现在，我们已经了解到以下几点：
1.黑/白线是什么及其成因——水流具有主流方向及遇到障碍物后的回流作用。
2.毛里求斯岛周围发育的广泛浅水区是什么，具有怎样的发育规律——礁及礁的演化
3.浅水区具有什么特征——与广海连通性差、可能具有间歇隔绝的泻湖；海浪在礁盘边缘受阻，泻湖区受节律性潮汐影响更突出；
回看原本的问题：
你会看到“水下瀑布”。其实这并不是真正意义上的瀑布，而是沙子和淤泥在这里不断的往水下的一个海沟沉积而造成的光学幻觉。
沙子和淤泥不断地往水下的一个海沟沉积怎么理解？ 沙子往海沟里沉积的话，那漏掉后是怎么得到补充的？
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1.不存在“水下瀑布”，这只是因为礁盘底面高程降低海水加深，形成了一种深渊的临视感——其实也确实可以算作深渊~
2.砂粒/碳酸盐颗粒的线性沉积，这是泻湖里的水往这个“深渊”流动过程中砂粒/碳酸盐颗粒在沉积与冲刷之间平衡的产物。
3.泻湖中的海水从这个礁盘的缺口涌出的过程里，也会携带一些砂粒/碳酸盐颗粒一起流进你我看不见的深海——在那里，水平距离的增加使水流逐渐消弭，深度的增加让波浪也无法影响——在这里，重力成为主导，把这些沉积物拽向真正的数千米深渊——滑落，滑落，直到滑落到岛屿的根基，数千米深的洋底：深渊的终点，确实一条更精彩旅途的起点。
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
TIP：这种与礁有关的“坡脚堆积物”和“深海重力流”，在古代海相沉积地层中屡见不鲜，具有极好的油气勘探潜力。
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最后还有两个问题需要解决：
1.这种缺口是什么，如何形成？
2.砂粒/碳酸盐颗粒的来源？
第一个问题：缺口
事实上，晴天时航拍到的风平浪静的海面只是人类对大海美好一面的集中体现，而狂风骤雨、海啸、台风等天气下的海面则具有极大的破坏力——我们一般见到的都是狂浪拍死在海岸上，却往往忽略掉狂浪也可以把一些山体拍碎、新生长的珊瑚礁拍烂——狂浪是造成这种礁盘边缘缺口的因素之一——当缺口一旦形成，泻湖水体在低潮时便会蜂拥而至，越冲越大~——于是一个沟通广海与泻湖的潮汐水道就这么出现了。
青岛栈桥来躺个枪~乖
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
还有呢？地震。
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
地震如果比较大，完全可以瞬间撕裂礁盘边缘，留下一个可观的缺口。
再或者就是断层活动等构造因素，这里就不展开了。
如果再谷歌地球上把观察点提高一些，可以观察到这种礁盘上的缺口绝非一处，规模也有大有小：
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
注：上图上部的大规模潮汐水道，不排除存在陆上河流在低海平面时期的下切作用。这里不做展开。
其实这个问题也是他喵的一个大坑：物源问题。在沉积学研究领域，如何在一个沉积盆地里找到油气，很重要的一环就是找到砂体。古今中外的学者们提出了很多种控制砂体形态、分布的地质理论和模型，但万物归一却是一个最基本的问题：物源从何而来？
在上一集【谁说的美剧来着？@老肥喵喵一小只 】我们提到，沉积物会从礁盘边缘沿着各种通道滑落深海，那么对于深海的沉积体来说，这便是物源，放一张图杀你们这帮深渊恐惧症患者：【太空摄影】从太空俯瞰地球【第三弹】
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
巴哈马碳酸盐台地边缘，碳酸盐颗粒在潮汐的带动下跌落台地边缘的深渊~有多深？1000m以上吧~嗯，还不算深~
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
巴哈马周围的白砂主要成分是碳酸钙，它们是（1）：热带海域浅水区强烈蒸发环境下容易自发在海底形成的碳酸盐沉淀物【水体碳酸钙趋于饱和，易自发围绕核心结晶析出】。此外，（2）：珊瑚礁主要由碳酸钙形成，当珊瑚归西以后，它们留下的碳酸钙骨骼会在海浪的作用下逐渐破碎成白砂。这些成分属于海洋里自发形成的碳酸盐颗粒，我们可以称其自生碳酸盐颗粒，或者内颗粒。
与此类似，毛里求斯沿岸珊瑚礁盘上也会大量产出这类碳酸钙颗粒，成为白砂的主要成分。但毛里求斯也有它的特殊性：这岛规模很大，有山有河，于是还会存在陆源碎屑——河流从山区搬运而来的砂。这一种想来大家都不陌生：海里的三角洲、长江黄河什么的~不在多说。
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最后，关于这个大豁口是怎么形成的，刚才冒出来一个新的猜测：古地貌【好吧其实是我最近一直在看古地貌研究方面的paper】
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
毛里求斯的地狱深渊——“水下瀑布”是怎么形成的
从谷歌地球上可以注意到，在这个豁口附近的路上部分，有一座山包和一条山梁，中间地势低处在地貌上被称为鞍部。
豁口的近3点方向有个岛，一个小小的山包，可能是陆上山梁的延续。于是这里展示出一个可能性：海平面低时，这里存在一个两座山梁所夹的山谷，图中红线表示可能存在的山梁。当海平面均匀上升时，珊瑚礁在基底上均匀生长，在一定时间内保留了古地貌的特征：山谷。最终，形成一个礁盘泻湖退潮时候的出水口，也是本问题最终极简单的回答：潮汐水道。

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