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#为什么在平原的河流却会不停拐弯#
为什么地势平坦,河流却弯弯曲曲?
爱因斯坦1926年在普鲁士科学院宣读了一篇文章,
题目译作:“河道蜿蜒的成因和拜尔定律”。
此文发表于德文期刊《自然科学》(Die Naturwissenschaften , Vol. 14, 1926)
没找到德文原文,英文标题如图:
Einstein,1926
水流往往会弯弯曲曲地前进, 而不是沿着坡度最大的线下降,这是常见的自然现象。
河流并非一开始就这么弯,而是逐渐变弯·····弯的。
Fundamentals of Geomorphology-Routledge (2017)
河流们经历了什么?
高中地理告诉我们:北半球的河道右侧往往侵蚀得比较厉害, 而南半球的河道则相反。
这是地球自转偏向力的原因,即科里奥利力效应,也就是拜尔定律。
因此,有人会把河流弯曲的成因,仅仅归结为地球自转偏向力所致,这是种误解。
目前的共识是:
在一定条件下(河道局部弯曲、地球自转偏向力等),河道两侧和顶底的水流速度差异(摩擦力所致),导致水流在河道横截面,产生横向环流,造成两岸侵蚀程度不同,通常表现为一侧堆积,一侧侵蚀,以致河道越来越弯曲。
需要说明的是,由于水流沿着河道径向流动,这个横向环流在空间上表现为螺旋环流。
Hamblin, 2003,Earth Dynamic Systems (10th Edition)
这只是一种描述性地解释,
那么这其中涉及的因果关系到底是什么呢?
横向环流是如何产生的呢?
爱因斯坦通过力学分析,做了解答。
爱因斯坦举了一下小例子来讨论这种圆周运动——横向环流。
这个例子被称为茶叶悖论。
一个装满茶水的平底杯,杯底散聚有茶叶。
如果用勺子搅拌茶水, 会出现这样的现象:
起初,杯中的茶水几乎会像整体性地旋转,并带动底部的茶叶一起运动;
然而,随着搅拌的继续,茶叶很快会聚集在杯底中心。
茶叶聚集在杯子底部的中心,即使周围的茶水中仍有漩涡翻滚,它们也几乎维持静止。
茶叶悖论与二次流
这种现象的原因如下:
液体的旋转产生离心力,液体在杯壁附近还受到摩擦力,
因此杯壁附近水流的旋转角速度,会比中心附近的水流更小。
特别是, 底部附近的旋转角速度和离心力会比高处更小。
结果就是, 液体会做下图所示的圆周运动。
Einstein,1926
它会继续增加, 直到在杯壁摩擦的影响下趋于停止。
茶叶被圆周运动扫到杯子中心, 可以证明这种圆周运动的存在。
这个过程在流体力学中被称为:“二次流”:
二次流是一种复杂的运动,是对初始的搅动的响应,二次流会沿着圆柱形的杯壁向下流动,在杯子的中央部分向上流动。
可见,在离心力和摩擦力的共同作用下,会产生这种圆周运动。
同理,弯曲的河流也会发生类似的事情。
要产生这个离心力,河道需要一个起始的弯曲,
这可以由很多因素造成,例如:岩性差异、构造差异、地形因素、生物原因等等。
在弯曲河道的任一横截面处, 都有一个离心力,
朝着曲线外侧的方向(从A到B) 起作用(如下图)。
Einstein,1926
这个力,在河道底部附近要小于高处,
因为底部附近的水流速度因摩擦而减小。
这便产生了上图(右图)所示的那种圆周运动。
其实,不一定非要是离心力,只要是一个垂直于水流方向的力就行。
因此,由于地球的旋转, 即使河道没有弯曲,这种圆周运动也仍然会发生, 只不过规模较小。
地球的旋转会产生一个与水流方向垂直的力——科里奥利力,
其向右的水平分量,是每单位流体质量:2vΩsinΦ,
其中v 是水流的速度,Ω是地球旋转的速度,Φ是地理纬度。
由于河底摩擦导致这个力朝底部减小, 所以这个力也产生了这种圆周运动。
如上,我们解释了横向环流的成因。
但这仅仅是解释了河道中水流的规律,还没有真正涉及到河道弯曲的原因,
显然,河道弯曲是差异侵蚀作用的结果。
这我们需要注意水流横截面的速度分布, 它对于侵蚀起着决定性的作用。
因为在相同条件下,水流速度越快,侵蚀作用越强;
无论这种侵蚀依赖于力学因素还是物理–化学因素(如岩石、沉积物的溶解),情况都是如此。
因此, 我们必须着眼于影响河岸处流速梯度的因素。
为此,我们必须先知道河流中的(湍流)速度分布是如何产生和得到维持的。
首先,如果河道中此前静止的水,突然被一个均匀分布的加速力启动,
那么横截面上的速度分布起初将是均匀的。
但在河岸摩擦的影响下,
将会逐渐形成一个从河岸朝着横截面中心逐渐增加的速度分布。
原本在横截面上(大体上) 定态分布的速度,会在河流摩擦的影响下被逐渐搅乱。
W. W. Norton ; Robert Rauber,Earth Science[M], 2017.
流体动力学以如下方式描述了这个静态速度分布的建立过程:
在平面流的情况下,所有涡线都集中在河岸上。
它们分离开来,朝着水流的横截面中心慢慢移动,分布于一个厚度不断增加的层上。
河岸处的速度梯度因而逐渐减小。
在液体内摩擦的作用下,水流横截面内部的涡丝被逐渐消耗,并且被河堤处形成的新的涡丝所取代, 这样便产生了一种准静态的速度分布。
W. W. Norton & Robert Rauber,Earth Science[M], 2017.
重要的是,获得静态速度分布是一个缓慢的过程。
这就是为什么许多并不太明显的、却一直在起作用的因素,能对横截面上的速度分布产生很大影响。
现在我们考虑一下,因河道弯曲或科里奥利力所引起的圆周运动,会对河流横截面上的速度分布产生什么样的影响。
Fundamentals of Geomorphology-Routledge (2017)
运动最快的水流距离河岸最远,也就是说在河道底部中心的上方。
以上图A为例,(为看图方便,下文的左右指的是图面的左右,而非以河流东方向判断的左右)
圆周运动将会驱动河水速度最快的部分,朝右岸移动,
而左岸则会接收来自底部附近的速度特别低的水。
因此上图A中的情况下,对右侧的侵蚀必然比对左侧更强。
应当注意,这种解释本质上基于这样一个事实:
即河水缓慢的圆周运动会对速度分布产生相当大的影响,
因为通过内摩擦(抵消了这种圆周运动的后果)所做的速度调整也是一个缓慢的过程。
如上,我们已经揭示了河道蜿蜒的成因。
由这些事实不难推出一些细节。
侵蚀不仅在右岸较强,而且在底部右半边也比较强,因此往往会形成下图所示的轮廓。
Fundamentals of Geomorphology-Routledge (2017)
此外, 由于表面的河水将来自左岸,因此尤其在左侧,河水移动得不会像更深的河水那样快。
事实上, 这个现象已经被观察到了。
还应注意,圆周运动具有惯性。
因此,它只有在弯曲最大的地方以外才能达到最大,当然,这也适用于侵蚀的不对称。
Fundamentals of Geomorphology-Routledge (2017)
因此在侵蚀过程中,河道弯曲形成的波浪线必定沿着水流的方向前进。
最后,河流的横截面越大,圆周运动被摩擦消耗得就越慢。
因此,河道弯曲形成的波浪线会随着河流横截面的增加而增加。
总之,
在河道局部弯曲或地球自转偏向力的作用下,会产生一个垂直与河道的力,
加上河岸和河床的摩擦力,会形成横向环流(螺旋环流),
河流不同位置流速不同,导致两岸侵蚀程度不同,
通常表现为一侧堆积,一侧侵蚀,
随着时间的推移,侵蚀差异越来越大,河道便越来越弯曲。
Fundamentals of Geomorphology-Routledge (2017)
值得一提的是,
蜿蜒的河曲通常发育在平坦的下游地区
这已经是河流的暮年阶段,
扭曲的形态,像镌刻入大地的皱纹。
它们似乎不想这么快告别陆地,
而是尽可能地多绕点弯路,
多留恋一会,
这最后的、自由流动的时光。
因为,百川入海后,
谁还会记得每条河流本来的样子。
(PS: 为避免造成误解,特此说明:曲流河并非只发育在下游的平原,在中-上游,很多地形平坦的高原,同样可以发育河曲,例如若尔盖大草原等。)
Essentials of Geology[M], 13th Edition-Pearson , 2016.
世界主要自由流动河流全家福(Grill,2019,Nature)。

婚姻不再是必须品,它只是众多选择中的一个。

那种无序的,不结婚的状态事实上正是一种新的秩序,至少是一种新常态,在这种状态下,女性的命运不再是简单的二选一。

这样的独立往往是要付出代价的。

“单身”是一个印刻在一座座纪念未婚生活的文化丰碑上的词语。更多是人们对单身人士的刻板印象、诋毁和歧视。一个令许多女性厌恶的词。

无伴侣的生活不一定就意味着和外面的世界少了联系,但是女性在没有正式恋爱的时候,无需经常和男友一起同进同出,她们确实经常一连几个小时地待在家里独自思考。这对很多人来说,并没有什么不好。

每个个体不管已婚还是未婚,都有权利反对政府无端干预那些会对个人命运产生重要影响的事情,像是否生孩子的决定。

权利既不应该被限制,也不应该被滥用,更不应该潦草地由结婚与否的状况来决定。

与步入婚姻的女性同胞相比,那些努力坚持单身的女性往往可以更好地把握自己的命运,甚至在这个世界上留下自己的印记。

有人难以相信有一些人真的喜欢一辈子或者在某一段时间里过单身的生活,而没有发展传统的恋爱或性关系。他们的不信任中也混杂着对乐此不疲地耕耘自己幸福的人的不满。不婚人数的稳步上升,威胁着核心家庭最好、早婚最好、异性恋最好的传统思想,独身生活或许不久就会被说成是自私的行为,而中伤单身女性自私自利的言论产生的原因——即千百年来人们对女性预设的期望:她们是无私的、应该奉献的和服从男权社会的。

历史学家李·弗吉尼亚·钱伯斯-库勒说:“女性不幸的根须,是在社会文化这块贫瘠的土壤中生长起来的,在这样的社会文化里,女性被要求极大的顺从和依赖男性,被鼓励在抹杀自我的条件下追求自我实现。”

也许正是要求女性进行自我否定的社会预期,培养的当代女性的消费欲和占有欲。

当人们说那些为自己而活的单身女性自私时,请别忘了,承认女性拥有独立于他人,尤其是独立于丈夫和子女的自由,这本身就是革命性的变化。一个真正的、女性以自我为中心的时代——女性承认自己的需求,并以自己的需求为重,就如同她们一直被训练着去照顾所有其他人的需求一样——或许真的会让女性幡然醒悟,纠正千百年来被形塑的自我牺牲行为。

永远首先选择自己。如果把自己放在首位,你就一定可以走出一条非同凡响的人生道路。

我们可以将已经成年却尚未结婚成家的这段时期,认为是一个新的人生阶段。但是若是把这段时期说成是本质上不成熟的一个阶段,就有欠妥当了。毕竟,未婚生活不是真实人生的操练或者预演或暂停。人生需要自己经历,这一路上没有什么是成年青春期的专属的——工作、赚钱、花钱、恋爱、分手,都不是。

孤独与一个人是否有伴侣并无直接的关系。当代心理学家:“确定孤独是一种内在的主观感受,而不是外在的客观状态。”“孤独”是一种亲密感的缺失,而亲密感缺失不一定能够通过婚姻得到缓解。
有一点可以肯定的是,解决孤独问题的方法一定不是重新提倡人人都去追求婚姻。婚姻虽然可以缓解孤独,但却不是解决切身问题的可靠办法。

我们仍乐于将婚姻看成是女性故事的(幸福)结局,乐于看到她们追求幸福的决心,我们不会去问一个女性结婚后的命运如何,也不会认为她们婚姻中可能会遭遇的危机(有时是担心、不满或孤独)是婚姻特有的问题,却总是轻易地认为如果单身女性出现这样的情况,就一定是因为她们没有结婚。
婚姻历来都是男性维护、再造和传递权利、继续掌握控制权的最佳方式之一。

那些主动选择单身的女性,都开始慢慢觉醒,努力思考着自己失去的东西。经济学家和诺贝尔奖得主,终身未婚的艾米莉·格林·巴尔奇曾直言不讳的说,当她选择单身这条道路的同时,她也错失了像别人那样陷入爱情、组建家庭时所经历的各种情感体验。对此,她深表遗憾。身为一名女性,她写道:“沉浸爱工作中的我很快乐……我逃离了不幸福的深渊,逃离了喜忧参半的婚姻生活和个人的痛苦,即使是最成功的婚姻也有可能会经历这些。”但是,她又接着写道:“我的生命是不完整的……人类最深沉的情感体验,留给我的只有空想和同情。”

当人们不知道该如何掌控你的时候,你就变得很有威胁性了。这是父权体制最害怕的一类女性。

我并不认为结婚是有时间规定的,也不认为结婚是必须的。

人类总是在改变自己的行为方式,而且会为了适应新的模式一再做出改变,我们不能只是环顾四周就妄下结论说世界就是这个样子,永远不会改变。

需要讨好才得来的感情不是爱,是同情和怜悯。
《单身女性时代》


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