縱橫交錯的河流網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成地球上壯麗的水系圖景。這些河流,有長有短,或?qū)捇蛘?,但從整體上看,無一例外都呈現(xiàn)出蜿蜒曲折的形態(tài)。這不免讓人感到疑惑,為什么河流總是彎彎曲曲的?
事實(shí)上,河流之所以彎曲,是多種自然力量共同作用的結(jié)果。最常被提及的因素,就是地球的自轉(zhuǎn)。眾所周知,地球每時每刻都在自轉(zhuǎn),持續(xù)的自轉(zhuǎn)運(yùn)動會產(chǎn)生一種被稱為“地轉(zhuǎn)偏向力”的物理效應(yīng),這種力雖然不易被人類察覺,卻能持續(xù)作用于流動的河水。在北半球,河流總是會向右邊偏轉(zhuǎn),導(dǎo)致右岸受到更強(qiáng)烈的沖刷侵蝕,而左岸由于受到的沖刷力較小,逐漸堆積沙石。南半球情況正好相反,河流在這里總是會向左岸偏轉(zhuǎn)。正是這種持續(xù)的不對稱侵蝕與堆積,使得河道在漫長的歲月里逐漸變得彎曲。
還有一種原因被廣為提起:影響河流彎曲的因素是“橫向環(huán)流”現(xiàn)象。要理解這個概念,可以從“茶葉悖論”說起。
“茶葉悖論”最早由愛因斯坦提出,指的是當(dāng)茶水在茶杯中被攪動后,茶葉會聚集到杯底中央,而非預(yù)想的被離心力推動到杯底邊緣。對于這一現(xiàn)象,科學(xué)的解釋是:當(dāng)茶水旋轉(zhuǎn),由于杯底和茶水之間存在摩擦力,導(dǎo)致處于杯底的水流速度慢于上層水流速度,此時,上層的水流被離心力推著向杯壁運(yùn)動,隨后又在重力作用下沿著杯壁下沉,杯底水流則會由于離心力較小,而向中心區(qū)域匯聚,并被推擠著上升,這個過程就造成了“橫向環(huán)流”。這種環(huán)流將茶葉帶向中心,而茶葉又會因?yàn)樽陨碇亓?,最終沉積在杯底中央。
類似的現(xiàn)象在河流中同樣存在。在河道中,初始河床的不平整或者河道兩側(cè)的阻力差異,都會使水流產(chǎn)生“橫向環(huán)流”,這意味著表層水流會快速沖到凹岸,底層水流則會沿著河床底部向凸岸推移,這時,上、下層的水流就形成了一個不斷運(yùn)作的“漩渦”,也被稱為“螺旋流”。同時,在這個過程中,不斷沖向凹岸的表層水流持續(xù)沖刷并帶走岸邊的泥沙,日積月累就會使河道一側(cè)越來越“凹”,而底層水流帶回的泥沙則會緩慢聚集在凸岸。隨著時間的累積,凹岸越來越向內(nèi)凹陷,凸岸則越來越向外突出,最終形成了我們看到的蜿蜒河道。
其實(shí),就算不考慮地球的自轉(zhuǎn)因素和橫向環(huán)流,地球上地勢多種多樣,河流的蜿蜒曲折仍是大自然的必然選擇。比如在丘陵和山區(qū),當(dāng)奔騰的河流遇到陡峭的山坡和堅(jiān)硬的巖石,就會“繞道而行”。又比如在平原,即便沒有了高山巖石的阻礙,不同區(qū)域的土壤性質(zhì)差異、沿岸植被分布的不均勻,都會微妙地影響河流的走向,使河道逐漸產(chǎn)生彎曲。
另外,地殼運(yùn)動也是影響河流形狀的重要因素之一。地殼的隆起和下陷所導(dǎo)致的山脈的形成與消失、高原的升起與下沉,都會影響河流走向。例如,恒河就是在喜馬拉雅山脈抬升影響下形成了巨大的弓形彎曲。而世界上最大的河口三角洲——恒河三角洲,便是由于恒河在流經(jīng)過程中攜帶大量的泥沙,在入??谔幉粩喑练e所形成的。
除卻地質(zhì)構(gòu)造和自然地形的影響,生物活動同樣在河流彎曲形態(tài)的塑造中扮演著重要角色。小動物在河岸挖的洞穴、人類在河上修建的橋梁堤壩,以及對河流的整治和疏通等,都會改變河流的流向和流速。
那么河流可以是直的嗎?事實(shí)上,人類的確曾嘗試挑戰(zhàn)自然規(guī)律,通過“裁彎取直”工程來改造河流,用以改善航運(yùn)和防洪,但幾乎無一例外地都引發(fā)了長期生態(tài)問題。例如,長江荊江段裁彎取直將河道縮短了78公里,短期內(nèi)改善了航運(yùn)條件,卻加劇了洞庭湖泥沙淤積和濕地萎縮。同樣的,歐洲萊茵河上游的渠化工程雖然提升了防洪能力,卻造成河床下切,最終導(dǎo)致鮭魚因產(chǎn)卵場消失而局部滅絕。
從生態(tài)系統(tǒng)的角度來看,河流的彎曲不是缺陷,而是長期自然優(yōu)化得來的“動態(tài)平衡”。
(編輯 朱杭琪)