自然环境系统学自然地理 (16).pdf

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1、陆地剥蚀陆地剥蚀地貌学地貌学(Geomorphology)是一门关于地形起源、演化、形成以及空间分布的学科。该学科是自然地理学的一个重要分支。剥蚀作用(Denudation)是造成地形夷平或重新排列的各种过程。地表剥蚀过程主要包括：风化、块体运动、侵蚀、搬运和堆积，这些过程是在以水、空气、波浪和冰为动力介质的运动中产生的，这些动力介质均受地球重力的影响。陆地构造要素与侵蚀过程之间的相互作用复杂，体现为：地球的内力过程与外力过程之间、物质抗蚀性与风化侵蚀过程之间的持续对抗。美国犹他州15层楼高的精致拱门(Delicate Arch),就是这种对抗的有力证据（图1）。正是岩层的抗蚀性差异，再加上不

2、同程度的风化侵蚀，才塑造了精致拱门这一地标性雕塑。这就是差异风化（differential weathering）,其中耐蚀的岩石盖层对其下方的支撑岩层起到了保护作用。图图1 美国犹他州拱门国家公园，精致拱门美国犹他州拱门国家公园，精致拱门注：拱门顶部的抗蚀岩层对下面的支撑岩层起到了保护作用，而周围岩层却被严重侵蚀；为了感受景观大小，请参照左下角插图中的人（拱门下方）；远处积雪覆盖的是拉萨尔山脉，也是侵蚀露出的岩盖（侵入岩浆岩）。理论上讲，内营力过程建造了初始景观；而外营力过程使初始景观向地势低、变化缓和、稳定且连续的景观方向发展。这两种对抗过程并存。目前，有几种假说被用于模拟剥蚀过程和解释景

3、观外貌。1.地貌动态均衡地貌动态均衡所有地貌景观都是开放系统，在物质和能量输入上差异很大：地壳抬升高于海平面而具有潜在势能，从而产生了不稳定性，即地势与能量之间的一种不平衡；太阳辐射能可转变为热能；水循环的机械运动提供了动能；化学能来自大气圈和地壳中的各种化学反应。就一个地区而言，伴随物理因子的波动，地表的反应是不断地趋于均衡。每次变化都会产生补偿作用以及反作用。这种平衡是一种动态均衡模式动态均衡模式：构造抬升与风化、侵蚀作用所产生的夷平过程之间的均衡，岩层抗蚀性与不断的风化、侵蚀作用之间的均衡。按照当前观点：动态均衡状态下的地表景观，正在适应永不休止的变化条件，包括岩石结构、气候、局部地势以

4、及高程条件。内营力（如断层、熔岩流）与外营力事件（如暴雨、森林大火）共同作用构成了新景观组合。伴随地表稳定性的破坏，地形系统达到地貌阈值地貌阈值能量克服运动阻力的临界点。超过阈值点，景观系统发生崩溃而到达另一种新的均衡关系。与此同时，地貌及坡面将进入一个调整和重新组合的阶段。这种模式在时间次序上为：均衡稳定期景观系统围绕平均值波动；稳定性破坏期；调整期；发展期另一种新的均衡稳定性。缓慢的连续变化事件（如土壤的发育和侵蚀），有助于使景观大致维持均衡状态。突发性大规模地貌事件，如大规模滑坡，需要较长的恢复时间才能建立新的均衡状态。如图2所示，崩塌的坡面正处于补偿调整中，浸水坡面崩塌造成滑坡体进入河

5、流，从而形成了不稳定环境；接下来的后果是，落入河中的滑坡体阻挡了河流，从而打破了河水与输沙量之间的均衡关系。1图图2非均衡状态的坡面非均衡状态的坡面注：不稳定的饱和土壤倾泻下来，产生的碎屑物像水坝一样阻挡了河流。图中的坡面、河流、森林生态系统，正处于非均衡状态，正向新状态方向调整。2.坡地坡地风化的松散物质易遭受侵蚀和搬运。然而，对于沿坡面下滑的物质来说，侵蚀力必须克服摩擦力、惯性力（运动阻抗）以及颗粒之间的黏聚力图3（a）0当坡地坡度使松散物质的重力大于摩擦力时，或遭受降雨、冰雹、动物踩踏以及风蚀影响时，风化物质就会发生侵蚀和坡地运动。坡地坡地或山坡倾斜曲面构成了地形的边界。图3（b）展示了

6、坡地的基本组成要素，它们因气候条件以及岩层结构不同而差异很大。坡地靠近坡顶的上部一般为凸坡（凸坡面）。这种凸坡的坡面向下弯曲，向下过渡至自由面（free face,又译为崖坡或临空面）。自由面作为抗蚀岩体的露头构成了陡坡或悬崖。自由面以下为碎屑坡，接受从上方掉落的岩石碎屑物。碎屑坡形态能够反映当地气候环境。湿润气候环境下，流水不断搬运坡面物质，使碎屑坡高度降低；干旱气候环境下，碎屑坡 上的物质则不断积累。自碎屑坡向下过渡到凹坡，并沿坡地基部形成山麓面(pediment)或坡度缓和且广阔的山前侵蚀平原。2图图3 坡地形成机制以及坡地形态坡地形成机制以及坡地形态 坡地是一个开放系统。坡地通过调整寻求一个最佳坡度均衡角，以使坡地上的各种作用力达到相互平衡。可以通过图3(c)中的实例，识别坡地的组成和状态。当坡地的均衡条件被破坏时，坡面上的各种作用力将通过调整补偿达到另一种新的动态均衡。风化速率与坡积物破裂程度之间，加上块体运动速度与物质侵蚀之间的关系，共同塑造着坡地形态。如果坡地抗蚀强度超过剥蚀能力，坡地是稳定的；反之，如果坡积物抗蚀强度较弱，则是不稳定坡地。坡地为什么会被塑造成上述形态？坡地组成要素是怎样演化的？在地壳发生迅速、中度或缓慢抬升期间，坡地会怎样响应？这些都是人类积极探索的科学研究主题。3