以河流地貌为例说明地貌如何演化?
地貌的形成和发展是一个动态过程,地貌的形态是随着造貌的动力条件变化而变化的,而描述这一演化过程是通过沟谷和斜坡的形态变化来展示的。在地貌演化理论方面,以美国地貌学家 W. M. Davis(戴维斯)和德国地质学家 A. Penck(彭克)的工作最出色。
1. 侵蚀旋回理论
这个理论是由 W. M. Davis 提出的,其基本观点是地貌的发展具有阶段性和旋回性,从地貌的产生到发展再到消亡,是一个逐渐发展的过程,但在不同的发展阶段,地貌的特征不同,这就是地貌发展的阶段性。当造貌动力发生变化时,地貌的发展可以重复前一个轮回,即地貌的旋回性(geomorphic cycle)。W. M. Davis 通过对河谷地貌的观察、分析和研究发现:河谷的形态在不同的发展阶段其特征不同。根据这些特征,可将河流地貌的发展划分为 3 个阶段,从早期到晚期依次为幼年期(young stage)、壮年期(ma-ture stage)和老年期(old stage)(图2-29)。
图 2-29 河流地貌发展的 3 个阶段(据戴维斯,1899)
幼年期 是河流发展的初期,河流的侵蚀作用较弱,但正在逐渐加强,发展很快。这个时期的河流短,河谷浅,谷底窄,横剖面为 “V”字形,切割程度低,所以地形起伏不大(图 2-30)。这个阶段的河流特征相当一条河流源头地区的状态。
图 2-30 河流发育阶段及其地形特征(据戴维斯,1899; 修改补充)
壮年期 是河流侵蚀作用最强盛的时期,尤其是下蚀作用更为强烈,也是河谷地形起伏最大的时期。水流湍急,强烈的下蚀作用形成深窄的河谷,河谷横断面为陡峻的 “V”字形,谷底窄,谷坡上可发育窄小的侵蚀阶地。这个时期的河谷特征相当河流的中、上游河段。
老年期 是处于河流作用的衰弱时期,河流的下蚀作用极其微弱,甚至丧失了下蚀作用,河床在宽缓的河谷中极度弯曲并左右迁徙。地形起伏小,谷底非常宽,而谷坡很矮,两河流的分水岭地形模糊或为小的残丘,河谷的横剖面为 “碟”形。
W. M. Davis 提出的这个理论有一个假设的前提: 地壳运动长期稳定,气候特征不变。但自然界环境并非如此,地壳运动和气候经常发生变化,所以一条河流很难完整地走完这 3 个阶段。但这个理论对我们研究河流地貌的发展趋势以及在河谷中进行工程建设是具有重要意义的。
图 2-31 平行下降说(a)与平行后退说(b)的斜坡演化图(据 W. M. Davis,1899 和 A. Penck,1924)
2. 斜坡发展理论
陆地地形变化的一个重要表现是斜坡的变化,如斜坡的坡度和高度的变化。斜坡的特性是流水侵蚀作用和重力作用共同改造的结果,对斜坡的演化发展有两种不同的理论,一是 W. M. Davis 的平行下降说(Peneplain theory),二是 A. Penck 的平行后退说(Theory of slope retreatedby erosion)。
平行下降说 这个学说强调地面流水的侵蚀作用。在它的作用下,斜坡在降低的同时,坡度也在变缓,所以在一个谷地的横剖面上,谷地的形态从较深窄的 “V”字形向宽缓的 “碟形”发展(图 2-31a)。
平行后退说 这个学说强调重力对斜坡的改造作用。在重力作用下,斜坡不断地崩塌和撒落,谷坡不断平行后退,形成有尖顶残丘和山足剥蚀面的和缓地形,其横剖面形态从较深窄的“V”字形向宽浅的 “U”字形演化(图 2-31b)
这两个斜坡发展理论是将自然界的复杂情况简单化了,侧重表述某些特殊地区的情况。平行下降理论更符合降雨多的湿润地区斜坡发展的过程,而平行后退说比较适合干旱气候区的斜坡发展。实际上,一个斜坡的发展是各种因素共同作用的结果,如岩石、构造、气候、重力、人类活动等都有影响,只是在不同的地区由一、二种因素起主导作用而已,形成不同特征的斜坡形态。
戴维斯侵蚀循环理论(Davisian theory, geographical cycle, cycle of erosion, geomorphic cycle)
美国学者戴维斯在1899年创立了地貌侵蚀循环模型.在这个模型中,戴维斯第一次把流水侵蚀地貌的演变概括为简单的模式.图的横坐标代表侵蚀基准面,1~5代表随时间推进分出的几个阶段.纵坐标代表海拔高度,上部曲线上的BDFHK为各阶段的分水岭高度,下部曲线上的ACEGJ为各阶段的谷地高度.他设想流水侵蚀循环开始阶段,地面从0处被构造运动迅速抬升至B,该时段内虽然河谷下蚀速度也逐渐增强,但河流下蚀速度跟不上地面抬升速度.到抬升运动结束时(图上1处),分水岭和谷底之间相对起伏逐渐增大(AB线段即代表区域相对起伏程度).地面抬升运动停止以后不久一段时期内,河流下切仍强烈,而分水岭受蚀速度较弱,结果岭谷起伏程度达到最大(图上2处的CD线段).此后,谷底因接近侵蚀基准面,故河流下蚀作用大大减弱,但是由于水系发展,支流增多,促使了地面的剥蚀,分水岭高度降低速度超过了谷底下切速度,整个地面高差起伏向着趋于和缓的方向发展(图中CD>EF>GH).当地貌发育达到阶段4以后,残余分水岭的侵蚀和河谷的下蚀都进行得非常缓慢,地势起伏非常和缓,形成一个微微高出海平面的波状起伏平原,戴维斯称之为准平原.戴维斯根据流水侵蚀地貌发育过程中的地表形态特征,提出了"幼年期","壮年期","老年期"地貌发育顺序的概念.幼年期地貌相当于图中的0~2阶段,壮年期地貌相当于图中2~4阶段.戴维斯认为,当河流泛滥平原上发育了自由曲流就标志河谷达到了壮年期.老年期地貌相当于图中4阶段以后的地貌发育期.如果地面再次抬升,将重复上述1~4阶段地貌发育过程,所以他把流水侵蚀的演变称为侵蚀循环.各区域从幼年期发展到老年期所需要的实际时间的长短可以有很大差别,这决定于地表被抬升的高度,侵蚀的强度以及基岩的抗蚀强度等.
流域地貌发育过程
根据戴维斯侵蚀循环理论,如果一个地区经过一段时间迅速抬升后,地壳长期保持稳定,流域地貌的演化可分为幼年期,壮年期和老年期阶段.
1.幼年期(Youth):顺向河沿着原始地面倾斜发育(图a).某流域地壳抬升后的初期,地貌景观如同有轻度河流作用的高原,水系尚未充分发育,只有很稀疏的水文网,河谷不深,谷底狭窄,与坡顶和分水岭地面有一明显的坡折.地面比较完整,河流之间有开阔平坦的分水岭,分水岭顶部保存有大片平坦的原始地面(图b),地面排水不畅,常有沼泽,湖泊.这是地貌发育处于早期阶段的标志.以后,由于地壳迅速上升,河流下切侵蚀剧烈.随着河流下切侵蚀,河网密度增大,河谷加深,地面被强烈切割,此时河床纵比降最大,河谷横剖面呈"V"形,谷底狭窄,谷坡陡峻(which incise deep, narrow, steep-sided, V-shaped valleys),原先河谷的开阔高地被切割成起伏很大的山岭(图c).与此相应的是,谷坡的剥蚀速度相对于大河流的下切速度,谷坡不断展宽.由于谷坡不断剥蚀后退,使分水岭两侧的谷坡渐渐接近,终于相交,原来宽平的分水地面终于变成尖锐的岭脊.此时地势起伏最大,地面最为破碎,崎岖,地貌发育到这个时期,标志着幼年期的结束,壮年期的开始(图d).
2.壮年期(Maturity):一个地势起伏很大,地面切割得支离破碎,崎岖不平的山地地貌,在河流的侧蚀,滑坡,蠕动,泥石流,坡面冲刷等长期作用下,谷坡渐渐变得缓平,山脊变得浑圆,整个谷坡逐渐为连续的岩屑,土被所覆盖.此后,谷坡上部主要以土溜与蠕动的方式搬运风化物,与此相应的在该处呈现为凸形坡段;在谷坡的下部主要以坡面冲刷与沟壑侵蚀使物质得到输送,坡面多呈凹形.
该阶段流域内的河流纵剖面先后达到平衡剖面.首先是干流趋于平衡状态(the main streams approach an equilibrium condition),干流垂直侵蚀停止.河流的侧蚀作用较强,经河流侧蚀拓宽,谷底逐渐展宽,开始发育自由曲流和河漫滩(the streams begin to meander, floodplain are formed),到了壮年期后期,各条支流也相继趋于平衡.在壮年期,经块体运动与坡面冲刷,山脊高度降低,地形起伏趋于和缓,并广泛出现风化壳.地面由原来的峭峰深谷,演变为低丘宽谷.
3.老年期(Old age):这个时期的河流作用主要为侧蚀和堆积,下切侵蚀作用已经十分微弱,河谷更加宽阔,河流曲流十分发育,形成宽广的谷底平原.分水岭因坡面冲刷和缓慢的风化碎屑物蠕动,变得更加和缓,坡麓堆积与谷底连成一片.最后形成波状起伏,略高于侵蚀基准面的准平原(peneplain).在准平原上仅有一些抗蚀性能强的坚硬岩石组成的孤立残丘,称为蚀余山(monadnock).准平原主要为基岩构成的波状起伏地面,上部可以覆盖厚度不大的松散堆积物或风化壳.因此,准平原与地壳长期下沉堆积发育的堆积平原不同.至此,地貌发育完成了一个旋回.
一个地貌发展旋回,将有一个地势迅速增加的短促的幼年期,一个地势起伏最大和地貌类型最复杂的壮年期,一个地势逐渐变缓的过渡期,和一个地势平缓,变化特别缓慢的老年期.
在分析上述旋回图式的时候,还应该注意:
第一,图式中的旋回是以地壳上升开始的,在地壳迅速上升的同时,必然伴随有河流的下切和地面剥蚀作用的加强.上升的速率远远大于下切的速率.
第二,由于地壳升降运动在时间上的多变性,不可能与侵蚀旋回的周期相符.因此,地壳运动中会中断旋回的发展,使之发育不完全,只到壮年期,甚至只在幼年期即停止,而进入一个新的旋回.一个新的旋回也不总是从前一个旋回的老年期开始.如果一个地区地壳持续缓慢上升,则会使地貌长期保持在幼年期或壮年期.当地壳下降也会使旋回中断,形成埋藏地貌,例如河谷中的埋藏阶地.只有在地壳迅速上升继以长期相对稳定的情形下,才能完成侵蚀循环的三个阶段.因此在研究一个地区地貌成因类型时,要注意前期旋回留下的痕迹.
第三,在地貌旋回中,既要看到侵蚀发展的一面,同时又要看到由侵蚀而来的物质的堆积作用.侵蚀和堆积是对立统一的,有侵蚀必有堆积.
第四,侵蚀旋回的模式过于简化,不能用来解释地貌在短期内的变化.
戴维斯的地貌侵蚀循环模型简明,实用,在说明地貌发育问题时,考虑到了地壳运动和外力主导因素——流水作用,指出地貌发展的幼年期,壮年期,老年期具有地貌发育的相对年代含义,并指出了地貌发育的阶段性.他不仅回答了当时地貌学家所提出的问题,而且也满足了整个科学界对一般地貌学原理的要求.但这一学说运用了极为漫长而又不确定的地质时间尺度和演绎推理方法,因此在分析流域地貌发育时,还必须考虑以下几个问题:
1.地壳运动的强度和方向是不断变化的,地壳上升或下降幅度与速度也具有多变性,地壳运动不可能同侵蚀循环周期完全相符.
2.在地貌的长期发展总趋势中,短期发展变化可能有偏离长期发展趋势,用简单图示不能反映短期内地貌发育过程的实际.
3.在长期的地貌发育过程中,气候,植被等自然环境条件是变化的,因此流水作用的方式和强度尤其是外力组合状况都要发生相应变化,地貌也不一定循着同一方向演化.
4.在地壳上升的同时,河流就开始下切等等
(1)幼年期阶段
河流循被抬升的原始倾斜地面发育,开始时水文网稀疏,在河谷之间存在着宽广的分水地(图8—19A)。随着河流的下切侵蚀,河流比降开始加大,坡折增多,横剖面呈“V”字形,坡谷坡陡。坡顶与分水地面有一明显的坡折。这时谷坡上的崩塌、坠落和滑坡很活跃。后来,水系逐渐增多,地面分割加剧,河谷加深,较大的河流逐渐趋于均衡状态。此后,谷坡的剥蚀速度相对大于河流下切的速度,河谷不断展宽。整个时期的地势起伏最大,地面最为破碎(图8—19B、C)。
(2)壮年阶段
谷坡不断后退,使分水岭两侧的谷坡日益接近,终于相交,原来宽平的分水岭最后变成狭窄的岭脊(图8—19D)。但这时的谷坡仍然较陡峭,崩塌、滑坡过程仍然很活跃。随着谷坡侵蚀过程的不断进行,谷坡逐渐减缓,山脊变得浑圆,谷坡上的岩屑很多,谷坡上部的岩屑通过土溜或土壤蠕动向下搬运,下坡的岩屑主要是受流水片状冲刷和谷坡侵蚀,这时在谷坡下半部常形成凹形坡。壮年期阶段的主河一般都已趋于均衡状态。到壮年期最后阶段,较小的支流也渐渐趋于平衡状态,这时的河谷比较开阔,山脊也浑圆低矮(图8—19E)。
(3)老年期阶段
河流停止下切侵蚀,分水岭将渐渐下降,地面成微微起伏的波状地形。河流蜿蜒曲折,河谷展宽,谷坡较稳定。如果有局部坚硬岩石区,因抗侵蚀力强而保留有突出的山丘,孤立在周围平缓起伏的地形之上,称为侵蚀残丘。整个地面称为准平原,它代表河流地貌发育的终极阶段(图8—19F)。例如我国江苏北部的徐州一带,安徽滁县以北张八岭一带都可见到第三纪形成的准平原的残迹。
上述流水地貌的发育过程是一个理想的简化模式。其实流水地貌的发育还受以下因素的影响:a.与地壳上升的同时,河流就开始下切;b.地壳运动的方向和强度是经常变化的;c.河流地貌在长期形成发展过程中的自然地理条件变化;d.河流侵蚀作用和堆积作用是矛盾的对立统一;e.地貌发育的长期趋势和短期发展的变异等。
河流在流动过程中,会破坏并掀起地表的物质,形成侵蚀地貌。那些被侵蚀的地表物质被河水搬运到低洼的地方堆积起来也就形成了河流的堆积地貌。
1、在山区的谷口形成了洪积—冲积平原。在山区地势较陡,河流或季节性的洪水在山区内水流速度很快,侵蚀作用剧烈,携带着大量砾石和泥沙。但当水流流出谷口时,地势突然变得平缓,水道也变得开阔,因而水流速度变慢,搬运能力减弱,使得水流所携带的泥沙逐渐沉积下来,就形成了洪积扇或冲积扇。由多个冲积扇或洪积扇连接起来就形成了洪积—冲积平原。
2、河流的中下游地区形成的堆积地貌。在中下游地区,河流下蚀作用较弱而侧蚀作用较强。由于河道弯曲,使得凹岸侵蚀、凸岸堆积,形成水下堆积体。堆积体的面积逐渐扩大,在枯水季节露出水面,形成河漫滩。当洪水季节到来时,河漫滩被水淹没,继续接受沉积。如果河流改道,河漫滩被废弃。多个被废弃的河漫滩连接在一起,就形成了宽广的河漫滩平原。
答:河流地貌是地球表面重要的自然形态之一,主要分为侵蚀地貌和堆积地貌。河流地貌又可以进一步细分为河流地貌和岩溶地貌。河流侵蚀地貌主要通过下蚀、侧蚀和溯源侵蚀三种方式形成。在山区,河流因高差大、流速快而具有强烈的向下的侵蚀力,形成“V”型河谷。这样的河谷上宽下窄,两侧陡峭,谷底多为巨石、卵石,...
答:云台山地区在晚新生代期间经历了阶段性山脉隆升过程,发育在云台山地区的高耸的“卧虎崖”(属于深切嶂谷的谷壁)、“赤壁丹崖”(属于断层崖的崖坡)和“龙脊长城”(属于峡谷上部的陡峭谷壁)等极为壮观的地貌景观都是在山地隆升的背景下经河流下切、重力崩塌和斜坡后退等过程逐渐塑造而成的(图1-62)。 云台山山麓...
答:在山前,河流的的堆积地貌是冲击-洪积平原,其成因是由于河流流出谷口时,水道忽然变得开阔起来,水流速度变慢,水中带的泥沙沉积下来形成的洪积扇或者冲积扇,多个连接成为冲积-洪积平原。其特征为,以谷口为顶点呈扇形,从顶端到边缘地势逐渐降低,堆积颗粒物由粗变细。在河流的中游下游,河流的堆积...
答:河流对地貌进行塑造主要是侵蚀作用和堆积作用两方面。1、侵蚀作用是指通过风力、流水、波浪等外力在运动状态下改变地面岩石。侵蚀作用可分为机械剥蚀作用和化学剥蚀作用;2、堆积作用是指被搬运的物质因外营力减弱或失去搬运能力,以及含溶解质的水溶液受蒸发或发生化学反应后出现的积聚过程。通过河流流速,...
答:河流地貌的主要类型包括侵蚀地貌和堆积地貌,它们分别代表了河流在演化过程中对地表的侵蚀和物质堆积作用。侵蚀地貌主要分为:1. 下蚀:河流在上游地区,由于地形陡峭,水流急速,因此对河床进行强烈的侵蚀,形成下蚀地貌。2. 侧蚀:河流在中下游地区,地形较为平缓,水流速度减慢,侧向侵蚀作用增强,导致...
答:河流通常被划分为上游、中游和下游,上游侵蚀力强,堆积作用弱,而下游则反之。根据河流形态,可分为顺直、弯曲、分叉和游荡型。山区河流呈V或U型,谷地陡峭,河床纵坡较大,河岸与谷底界限不明显,多为顺直河型;平原河流则以宽U或W型河谷、平缓的河床和弯曲分叉为主。侵蚀地貌主要表现为下蚀(侵蚀...
答:地貌:一、侵蚀地貌 侵蚀地貌分为:下蚀(侵蚀河床)、侧蚀(侵蚀阶地、谷地)、溯源侵蚀(侵蚀谷坡,向河源方向延伸)。1、下蚀一般在上游最突出,原因是河流的上游多为山区,落差较大,河流速度快,因此下蚀严重。2、侧蚀在中下游最突出,中下游落差较小,水流减慢,因此侧蚀严重。3、溯源侵蚀的...
答:在河流弯曲段可能出现河漫滩地貌,是河水的环流作用造成的。环流作用使得河水侵蚀凹岸,天长日久,河道变得弯曲,成为蛇曲河。同时,环流作用又使沉积物堆积在凸岸,变成河漫滩。
答:本书基于作者长达20年对黄河地貌的深入研究,以河流地貌系统理论为基石,详细剖析了黄河河流地貌过程的各个环节。首先,它涵盖了泥沙从侵蚀源到沉积汇的全程,从坡面和沟道的侵蚀开始,进而探讨泥沙在坡面、沟道、各级支流、干流以及河口三角洲的输运和沉积过程。作者特别关注了黄河流域特有的地貌现象,如多...
答:②中期:“V”型谷形成后,河流落差变小。向下侵蚀作用减弱,像河谷两岸的侧蚀加强。连续河湾,凹岸侵蚀(凹岸处河道较深且少泥沙沉积,可以建港)、凸岸堆积(凸岸处泥沙堆积,地形平坦,土壤肥沃,可以作为农业用地和聚落点),河谷拓宽。③成熟期:以向河谷两岸的侵蚀作用为主,河谷展宽,横剖面呈宽而浅...