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地貌學

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地貌學 (geomorphology),是研究地球表面的形態特徵、成因、分佈及其演變規律的學科,又稱地形學
地貌學是地理學的分支,亦是地質學的一部分。地貌學的英文Geomorphology源自希臘語,由Geo(地球)、Morphe(外表形態)和Logos(論述)三詞組成,即關於地球外表面貌的論述。
地貌學對工程建設農業生產、礦產勘查自然災害防治和環境保護等均有實際意義。
中文名
地貌學
外文名
geomorphology
別    名
地形學

地貌學發展歷史

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地貌學綜述

地貌學是從地理學和地質學中逐漸分化出來的,其發展歷史可分為3個階段:

地貌學萌芽階段

地貌學 地貌學
在中國西周的《詩經·大雅·篤公劉》中,就有“崗”(丘陵)、“塬”(平原)和“隰”(低濕地)的描述。在成書於11世紀末(北宋時期)的《夢溪筆談》中,沈括對流水的侵獨、搬運與堆積作用三者的關係有清晰的概念,並提出華北平原是河流堆積作用的結果。
清初孫蘭的《柳庭輿地偶説》中提出,地貌作用“因時而變,因變而變,因人而變”,已涉及地貌的演變,並注意到人的活動對地貌的影響。英國的J.赫頓在《地球的學説》(1788年)中已將地形的變化看作是地球地質發展的組成部分。 [1] 

地貌學形成階段

19世紀末至20世紀中葉地貌學開始成為一門獨立學科。美國W.M.戴維斯和德國W.彭克對此起了重要作用。戴維斯在1899年提出地理(地貌)循環學説,認為地貌是構造、營力和時間(侵蝕階段)的函數。構造運動造成的上升山地在外力作用下,主要是流水侵蝕下,經歷了幼年期、壯年期和老年期3個階段。在老年期,地面被夷平為“準平原”。
彭克的《地貌分析》(1924年)提出地貌是內外力同時相互作用下的產物,注意到剝蝕過程與地殼垂直運動的關係,認為山坡形態(凸形坡凹形坡、直線坡)取決於構造(上升)運動與剝蝕作用之間的數量對比關係。以上觀點曾長期作為地貌學的理論基礎。

地貌學發展階段

20世紀中葉以來,板塊構造理論的興起,推動了全球地貌、包括海洋地貌的研究。河流動力學海洋動力學、冰川動力學的引用,加強了對地貌作用的定量研究。物理探測和遙感技術為地貌研究提供了縱深的宏觀資料。各類地貌觀測站的建立,有助於認識現代地貌作用的動力和趨勢。地貌學理論也有新的進展。
前蘇聯的К。К.馬爾科夫(1948年)提出地貌水準面的概念。法國的J.-L.-F.特里卡爾提出冰緣區的融凍交替作用及高夷平作用。在這一階段構造地貌學、動力地貌學氣候地貌學應用地貌學等分支學科相繼形成。
中國在1949年以後,地貌學得到較快發展。系統研究了長江、黃河的河流地貌青藏高原地貌,為水利和道路建設提供了科學資料,還對中國獨具特色的西北黃土和西南喀斯特進行了深入研究,提出了有關的成因理論。

地貌學分類

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根據形成地表起伏形態的主導營力,地貌學可以劃分為氣候地貌學、構造地貌學兩大分支。
氣候地貌學主要包括冰川地貌學冰緣地貌學風沙地貌學等分支學科,這些地貌類型的分佈規律受氣候條件的影響具有明顯的緯度地帶性,並有伴隨緯度地帶性分異規律的垂直地帶性
構造地貌學包括靜態構造地貌和活動構造地貌兩大類,其中靜態構造地貌包括褶曲構造地貌斷裂構造地貌、熔岩構造地貌等,活動構造地貌包括褶曲活動、斷裂活動產生的各種次生地貌形態。根據地貌形態、物質成分地貌過程的差異,還可以劃分岩溶地貌黃土地貌、花崗岩地貌等。
根據研究對象及其應用範圍,有下列兩個分支,即動力地貌學應用地貌學

地貌學研究簡史

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綜觀地貌學的發展,大致分為以下3個階段。

地貌學初期階段

地貌學 地貌學
地貌學在中國萌芽很早。戰國時期成書的《管子·地員》已區分出瀆田(平原)、墳延(坡地)、丘陵、山林和川澤,在丘陵中又按地勢高低等條件,細分為14種類型。北魏酈道元在《水經注》中敍述了黃河、長江、西江等的河岸地形。北宋沈括在《夢溪筆談》中明確指出河流的侵蝕、搬運與堆積作用,並認為華北平原是河流堆積作用形成的。明代徐霞客對中國西南喀斯特地貌的分類、分佈與成因,都有精闢的論述。
在歐、美等國家,地貌學最初從屬於地質學。英國J.赫頓在18世紀80年代發表的《地球的學説》一書中,論述了海底沉積岩上升形成山地,然後又被流水侵蝕變為低地的過程。英國C.賴爾在《地質學原理》中,説明了岩石在地表崩解,產生的岩屑被流水沖刷搬運、堆積在低地的過程。
法國A.蘇雷爾研究了阿爾卑斯山河流縱剖面,於1841年指出河流不論大小,其縱剖面都趨向均衡剖面,剖面坡度自上游向下遊變緩。同時,美國G.K.吉爾伯特在《邦納維爾湖》論文中也提出了地貌發育中的平衡概念。

地貌學形成階段

19世紀末至20世紀中葉是地貌學成為一門獨立學科的時期。這時期主要代表人物是美國W.M.戴維斯和德國W.彭克,他們對地貌長時間的演變作了有價值的理論探討。戴維斯有一句名言,即“地貌是構造、過程與階段的函數”,也就是説一個地區的地貌現狀如何,取決於那個地區的地質構造(包括岩層的物理、化學性質和岩層的產狀與結構)、那個地區所遭受的地貌塑造作用(如流水、冰川、波浪等的侵蝕作用堆積作用和地貌發育所達到的階段。他提出侵蝕輪迴學説,認為由地球內力引起的構造運動所造成的高地,在外力的侵蝕、剝蝕作用下終將被夷平而成為準平原;構造運動是痙攣式的(即一次突發,繼以長期穩定),上升的山地在長期流水侵蝕作用下要經歷幼年期、壯年期和老年期3個發育階段。
彭克是與戴維斯同時代的地貌學奠基者,著有《地貌分析》(1924)等。他認為乾旱區的坡地受剝蝕而平行後退,不是戴維斯説的自上而下的剝蝕削低,在山麓出現愈益擴大的剝蝕平原。他稱這種過程為山麓夷平過程,形成的夷平地形為山麓夷平面以代替準平原。(見山坡平行後退理論山麓階梯
這個時期作出重要貢獻的還有:德國F.von李希霍芬於19世紀末在中國作了大量野外考察,提出了黃土風成説;法國E.M.P.M.J. de馬爾熱裏和de la諾埃分析了岩層產狀和造成這些不同產狀構造應力對地貌演變的影響,開創了構造地貌的研究方向。

地貌學發展階段

20世紀中葉以來,地貌學廣泛吸收相鄰學科的理論和方法,並着重地貌現代過程的觀測與分析,得到長足發展,形成構造地貌學、氣候地貌學動力地貌學應用地貌學等分支學科,以及河流地貌喀斯特地貌冰川地貌冰緣地貌海岸地貌荒漠地貌等研究領域。
在理論研究方面也有許多新的進展。如關於剝蝕夷平面的成因,德國J.K.比德爾認為構造穩定的化學風化盛行的濕熱氣候區可以形成廣大的夷平面。其形成過程是:巨厚的風化殼隨着表層被沖刷,向深處發展,從而使地形夷平,這種夷平面稱為刻蝕平原。
法國J.-L.-F.特里卡爾認為冰緣環境的融-凍交替作用,及其坡地上的融-凍泥流也可以夷平地形。這種夷平面可以在山頂形成,其作用稱為高夷平作用。因此,高山和高原頂部的夷平面不一定先成於低處、而後由構造運動抬升到頂部。

地貌學研究內容

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研究內容包括地球表面的形態特徵及其形成的動力,地球表面形態的發生、發展的規律和分佈,以及組成堆積地貌的沉積物研究等。主要的分支學科有構造地貌學、動力地貌學氣候地貌學應用地貌學等。

地貌學構造地貌

地貌學 地貌學
研究構造運動、地質構造與地貌形態之間關係的學科。狹義構造地貌是指已經形成的地質構造(如背斜向斜、單斜),在外力侵蝕作用下形成的各種地貌,又稱地質構造地貌;廣義構造地貌還包括新構造運動所直接造成的、未受外力侵蝕作用顯著改造的地貌,如新近隆升的山地和高原、新近沉降的平原和盆地、新拱曲的背斜和拗陷的向斜等,又稱活動構造地貌。
地質構造地貌,主要研究在外力作用下,各種地質構造總體地貌的具體表現,以及不同岩石組成的各種地層在地貌上的具體表現。對活動構造地貌主要研究地球內力引起的地貌變形,並藉助大地構造學地球動力學的知識去分析變形的力源。

地貌學氣候地貌

研究受氣候控制的地表形態特徵及其發生、發育的規律。不同氣候帶有不同的主導外動力,以及外動力強度和組合的差異,會形成不同的氣候地貌類型。如冰川地貌冰緣地貌的分佈界限是受氣候條件控制的,然而同在冰川或凍-融交替作用區還會因降水、氣温條件的差異塑造出各不相同的冰川地貌和冰緣地貌;風和流水的地貌作用在陸地上是普遍存在的,但在不同氣候區所塑造的地貌有很大差異;同為石灰岩受水溶蝕形成的喀斯蓉地貌,在各個氣候區不同的水、熱條件下就會有不同表現。
氣候地貌學不只注重研究侵蝕地貌形態,同時注意研究與侵蝕相關的沉積,在相關沉積中保留了許多氣候條件的信息。

地貌學動力地貌

研究各種外動力在地貌形成中的作用及其形成的地貌形態特徵。外動力包括流水、冰川、波浪、風、溶解、熱力凍融等作用。它運用物理學(主要是力學)和化學的方法研究地貌過程,以揭示地貌發生發展過程中的內在機制,並進而建立它的物理或數學模型。
動力地貌學已成為現代地貌學的重要發展方向。動力地貌學的一個重要理論基礎是動力作用均衡的思想。各種外營力與地表之間,在經過長期相互作用之後,可以調整到一種相對均衡的狀態,這時能量消耗、物質分配處於最合理的狀態,即達到最大的“熵”值,地貌形態就相對穩定。山地斜坡均衡剖面、河流均衡剖面海岸均衡剖面和冰雪積累與消融平衡等都是這一思想的體現。自然界存在趨於均衡的傾向,也可以達到短暫的均衡狀態。然而,早期的地貌學過於強調了均衡的作用,把地貌發生發展過程看作是一個封閉系統,能量(各種營力)和物質(破壞和搬運物)只能在本系統內運動,因此認為全系統達到均衡時,地貌的發展就停止了或以後又開始新的循環。
現代動力地貌學改變了這一觀點,認為地貌過程是開放系統,能量和物質皆可自由出入於系統,均衡狀態可以在某一時段或某一空間先行達到,並非一定要全系統的均衡。事實上,自然界的能量流和物質流處於隨機狀態,是千變萬化的。因此,既有均衡的趨向,又處於隨時被打破的狀態。另一方面還有一個尺度問題,從長時間和大範圍來看可能已達到均衡,但從較短時間或某一局部範圍來看則未必達於均衡。如一條河流,從多年平均的時間尺度來觀察,其縱剖面平均高程、平均輸沙量等特徵值無大變化,則可認為已取得均衡。但從不同的水文年、年內不同的季節看,存在衝淤的變化,有時甚至還相當大,處於不均衡狀態。按照這種思想來研究地貌的發生和發展,使地貌學研究更加接近於自然界的實際情況。

地貌學應用地貌

研究如何應用地貌學原理和方法解決生產實踐的學科。如研究地貌形態與沉積物的分佈規律,進行地貌區劃農業區劃;應用沉積相的理論和方法,瞭解石油、地下水和一些砂礦的富集和貯存規律;根據地貌的變形揭示新構造運動,找出地震危險區,作地震長期預報,衡量大型建築的地基穩定性
研究某些災變性地貌過程,如山崩、滑坡、泥石流等,進行預測,提出防護措施;研究河流和波浪的侵蝕、搬運、堆積作用,對水土保持、航道整治、海港選址、護岸護坡等工程建設提出依據;研究風沙運動規律,採取防風固沙措施,保護農田、草場和道路;許多以自然風光為特色的旅遊點、區的選擇和建設,也需要地貌學知識。

地貌學研究方法

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自20世紀50年代以來,地貌學的研究方法和手段有了較大進展。
①地貌學研究和應用只憑定性描述方法是不夠的,必須用定量方法研究地貌過程,説明地貌與其形成因素之間的關係。17、18世紀河流地貌研究中曾應用定量方法,但較廣泛的運用是在1945年R.E.霍頓提出了河流長度、數目與級別之間的定量關係之後。較多的是用於地貌形態要素的量計,如河流長度、流域面積、地形高度與坡度等,利用這些參數,以數理統計方法開展河流地貌特徵、坡地特徵的研究等。由於許多地貌過程非常緩慢,一些突發的因素又難以監測,加上影響的因素過於複雜,難以定量地一一表達,因此計量方法在地貌學研究中的運用還很不夠。
②對某些外力地貌過程,如河牀演變、風沙運動、河口變遷開始用水槽、風洞等作模擬實驗,運用應用函數、概率論數理統計數理邏輯控制論、流體力學等數學、物理學方法進行分析研究。
③對某些地貌過程採用遙測遙感技術,包括地面定位遙測(運用航空、衞星遙感影像等對地貌過程的動態監測。
④對許多地貌事件的形成時代運用放射性同位素熱釋光古地磁等方法測定,可以從時間上、影響因素上更準確地重構地貌的發展歷史,並進而預測其宏觀的發展趨勢。
⑤地貌製圖技術有很大進展,地貌圖向定量化、規範化和圖例標準化方向發展。

地貌學分支學科

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參考資料
  • 1.    曾克峯主編.地貌學教程:中國地質大學出版社,2013