第 4 章 地表的塑造

剥蚀年代学 地表的基本特征取决于地质时期不时发生的地壳的和地壳内的大规模运动。但是,这些特征由于地球刻蚀的各种营力而经常发生变化——最终被破坏。研究地形的一种方法,是把这些营力所起的作用看成是在性质上随时间而发展的作用;按照这样一种假说,可以认为景观经历着一系列的变化,因此其特征缓慢地发生改变。正如 S.W.伍尔德里奇所说,“只有当人们记住地形已经发展,并正在发展,它们的意义才能被理解⋯⋯”; 用 W.M.戴维斯的话来说,“⋯⋯景观是构造、过程和阶段的函数”。岩石和地壳运动排列岩石的方式被方便地称为“构造”或“构成”。“过程”是有关各种营力的综合作用;“阶段”是这些营力发生作用及迄今导致的地形变化所达到的程度。

“循环”一语在地理文献中被广泛地加以采用,以描述自然景观由于自然营力的作用而按有规则的发展序列发生的变化。假设一个完整的循环包括从陆地因造山运动而上升为高地,到最终降低为几乎没有特征的平原的不同阶段。虽然这个“循环”概念 1894 年首次被使用,但 1902 年才由 W.M.戴维斯加以发展和正式形成。然而,最近若干年来,有些人反对在这个情况下使用“循环”,因为它含有和包括回复到原点的一系列变化的无限重复的意思, 就象水文循环那样。根据这些理由,有些人宁愿使用次序一词。尽管如此, 许多权威仍然认为,地形发展中侵蚀循环的概念是完全合乎逻辑和精确无误的,因为几乎所有的地球表面(至少新生代中期以前褶皱的任何山脉)都起码被夷平过一次,因此至少经历过一次侵蚀循环。

但是,不要认为循环的整个过程总是不间断地进行的,循环也不正好是在地壳运动完成时开始。地壳运动形成的上升和下切会同时进行;一些大峡谷如布拉马普特拉河或科罗拉多河峡谷,便是由于迅速的上升和河流同时以相同速度下切形成的,因而后者能够维持它们原来的高度。另外,在剥蚀循环完成以前,可能会进一步发生抬升,结果将开始一个新的循环,产生叠加于仍留有一些老特征痕迹景观上的新特征,形成的地形称作多循环地形。

循环发育的概念是有用的,因为它意味着而且实际上也强调了坡地向平坦表面演变中的逐渐变化。由于使用“幼年”、“青年”、“壮年”和“老年”这样一些术语,年龄的概念得到了发展;从而人们可以有“一个受切割的壮年期景观”的说法。一般来说,“幼年”是指一个褶皱山系或一个隆起高原的构造是主要特征的阶段;坡度不规则,过程迅速。“壮年”出现于原来地表上最后一座山脉或一个高原即将被蚀去的时候,大约在逐渐演化过程的中期。“老年”是指大面积的低地,起伏几乎觉察不出;这种景观叫做准平原(“几乎是平原”),虽然它很少达到最终完全平坦的地步。通常,抗蚀力较强的岩体突起,形成残丘或“侵蚀残体”,这些残丘、残体按照阿巴拉契亚山脉中一同名山被命名为莫纳德诺克(monadnock)(图 45)。

但是,如果在循环的任何阶段发生抬升,那么,下切力便再度活跃;就可以合乎逻辑地运用另一个年龄循环的术语——“回春作用”。如果循环达到了准平原阶段,那么在新谷地之间保留的高度一致的峰顶面便成为有说服力的遗迹。这样一种地形区域可以称为切割准平原。最后,同样合乎逻辑的是,后来沉积物所掩埋的原来地表或地形由于剥蚀作用而出露(这是经常发生的),

图 45 英格尔伯勒

英格尔伯勒是显著地突起在约克郡克雷夫地区的残体。

可以叫做剥露作用,因此又有“剥露地形”和“剥露夷平面”的术语。

循环的概念起初是对于中纬度河系提出来的;因此,通常采用“流水侵蚀循环”或更确切的“水蚀”的名词。同样的概念可以用来描述荒漠景观(“干蚀循环”)、冰川景观(“冰蚀循环”)和海岸线(“海蚀循环”),虽然, 各种情况都有明显的不同。在研究多循环地形时必须记住,大规模的气候变迁(“冰期”或突然出现荒漠条件)可能导致在“流水循环”所形成的特征上叠置冰川或干旱序列,留下它的景观细处的残遗物体。研究不同气候条件下地形的这种方法已被(如 P.D.拜罗特(Birot)加以系统化,成为气候地貌学。

最近,对于在进行描述性分析地形时使用的这些意味深长的年龄术语有了许多批评,认为用人类生命周期来作比喻可能太过分了。例如不能设想幼年阶段的剥蚀作用一定最为活跃,也不能设想老年河流流得最慢。有些地貌学家确实认为,戴维斯所有的概念都是传统和保守的概念,如果不是陈腐和过时概念的话;另一些地貌学家企图采取“新的是最好的,老的最经得住考验和最可信赖”的观念,把气候地貌学中的新概念和传统的方法联系起来, 强调“过程形态”(Process-form),但不忽视随时间的演化。值得注意的是,甚至最杰出的美国地貌学家 A.N.斯特拉勒(Strahler)(他在用客观、科学和定量方法代替主观、非科学的地形研究上做了大量工作)也曾写道“⋯⋯景观特征经历着一系列有规则的变化,就象人类在其生命周期中发生的变化一样”。

动态平衡 对戴维斯地貌学最根本的修正,可能是在解释任何具体地形时强调过程形态之间的能动联系(过程形态是系统方法中的固有形态),在不断发展的演化循环中的某一特别阶段这一局限意义上抛弃‘阶段’。很明显,从长期来看,时间因素不能忽视;在过去、现在和将来的景观之间将会有变化,但没有严格的“循环不可避免性”;冰斗可能由斑状积雪发育而成, 沿海盐沼可能从沙滩或泥滩发育而成。但是这种景观演化会由于“稳态”时期、能量平衡而被短时期中断。例如,在一个坡地上,岩石风化的速率和风化产物蚀去的速率之间可能形成准平衡状态。地形、岩石类型、气候和植被一致的一个小地区内坡度角的恒定可能说明这样一种平衡的存在。如果这个平衡被干扰(如受影响风化和剥蚀速率的气候变化或陆地实际抬升的干扰), 它就会通过调整坡度角以适应新情况和状况的需要而得以重新建立。另外, 我们目前所见的沙滩可以用现今处于经常变化的平衡状况的波浪、风和潮汐状况来解释,而不能用由假设的初始形态开始的循环演化来解释。请再对照一下河流均衡剖面的概念。虽然有些现代权威把动态平衡概念说成是“新地貌学”,但实际上早在 1877 年,G.K.吉尔伯特就提出了这个概念。

剥蚀的定义

剥蚀作用一语被广泛地用来包括使地球表面各个部分正在受到的破坏、损耗和损失的所有营力的作用,如此被蚀去的物质在其他地方沉积,形成沉积岩。岩石的疏松、破坏和碎裂,即多少被崩解的风化物层(风化层)的形

成,主要是由于天气(weather)的各种营力的作用,所以称为风化作用

(weathering)。岩石风化物必然以不同规模、在不同条件下呈蠕动、滑坡、塌落、滑动和流动的形式沿山坡向下运动。这种运动称为块体运动,其结果形成物质坡移。

除去天气和重力的作用外,刻蚀地球的还有侵蚀地表、同时搬移侵蚀所产生的物质的若干营力—流水,即雨水冲刷、溪流和河流(第六章)(有时称为“线状侵蚀”);呈冰川和冰盖形态运动的冰(第八章);风;陆地边缘的海浪、海潮和海流(第十章)。这些营力和雕蚀作用称为侵蚀。营力将大量已风化的岩石,通常沿山坡向作为以目前层序沉积的最后的区域搬运, 因此,搬运是地球雕塑的一个极重要阶段。但是,在各种搬运过程中,搬运物本身成为对其所通过的搬运介质岩石进行磨蚀的研磨工具。搬运营力(它提供能量或动量)和搬运物(它提供研磨介质)的共同作用称为刻蚀,刻蚀导致地表的磨蚀。在搬运过程中,搬运物本身经常不断地发生磨失和碎裂; 这是磨损。

在剥蚀、侵蚀和刻蚀诸名词的使用上,存在着许多混乱。实际上,它们常常被不加区别地作为同义词使用。剥蚀是包括所有地球塑造过程(包括风化)的一个广泛性术语。侵蚀是涉及物质搬运(即不包括风化)的地球塑造过程。风化基本是在原地进行。刻蚀是实际上被夹带的搬运物所起的研磨作用的结果,是真正的机械侵蚀;它不包括溶液的侵蚀(溶蚀)。

均夷作用一语被当作剥蚀的同义语加以使用,特别是在美国。其综合性的作用过程最终使突出的地形削低为均一的低表面。这些过程包括减削作用

(削低和搬移)和加积作用(堆积或填积)。

风化

风化包括坚硬岩石的崩解和破坏。它既取决于有关气候要素(太阳、雨、冰冻和温度变化,但不包括风,风意味着搬运和刻蚀)的性质,又取决于岩石的性质——岩石的化学组成、硬度、结构,是否有明显的节理(照片 34) 和层面,和岩石的透水性(它能使水透入岩体)。在性质明显不同的岩石聚集在一起的地方,差异风化可强烈地影响其表面。在许多情况下,页岩、灰岩和砂岩层(有时仅有几厘米厚)可能迅速地互相交替。各种各样的侏罗纪岩层很明显地表现出这种现象——珀贝克和波特兰灰岩、基迈里吉粘土

(Kimmeridge Clay)、科拉利安灰岩(Corallian Limestone)、牛津粘土、大鲕状灰岩、布里德波特砂岩和蓝灰色的里亚斯粘土(Lias Clays)。这些相关的岩石对风化以及对其他剥蚀力有不同的抗蚀性。

风化以两个方式进行,但通常是共同发生作用:机械(物理)方式(即无化学变化的崩解)和化学方式(即岩石内部分或全部矿物成分的分解,最后在岩石本身的内部引起塌陷,这有时称为朽坏)。机械风化是岩石破碎成越来越小的碎块,而化学风化则形成残余物质;共同的结果是能形成容易被搬运营力移走的疏松层。人类、植物和动物的影响虽然严格来说不是风化要素,但可以认为是直接有助于岩屑层形成的生物营力。

机械风化 这是在沙漠地区通过温度的急剧变化或山区通过冰冻作用进行的风化。在干燥无云的地区,极为明显的温度日较差是由于白昼直接的太阳增热和夜晚迅速的辐射冷却形成的。岩石不断地膨胀和收缩,因而势必

扩大节理,最后岩体便碎裂成较小的块体,这个过程称为块状崩解。有些岩石表面受热可能极为强烈,致使一个“外壳”与维持恒定较低温度的内部脱离并且裂开,因而使表面岩石“剥落下来”,这是一种表面的剥落作用和页状剥离或剥落的一个形式,不要与页状剥落(sheeting)相混淆。这些过程在迅速接收和损失太阳光线的陡峭巉崖表面特别有效,因而加强了突然增热和冷却的影响。在津巴布韦(罗得西亚)马托波丘陵的罗兹(Rhodes)墓附近,可以看到沿节理崩裂成块体,接着块体本身由于页状剥离作用而变圆的著名实例。此外,温度变化会拓开裂隙,水可以透进裂隙而不在表面流走, 结果促进化学风化。

如果岩石为异质体,即由可能有不同膨胀系数的各种矿物组成,那么在岩石内部就会发生复杂的应变,并突然形成裂隙。如果有人于日落后半小时在沙漠露营,由于岩石碎裂,通常可听到象枪声一样的劈啪声;这个现象在粗粒或伟晶岩上特别明显。一次偶然的阵雨(在最干旱的沙漠并不是没有发生过)可能使岩石突然受冷而崩解成碎块。其结果是形成包围着荒芜、轮廓鲜明的沙漠山脊麓部的一大片带棱岩块。

必须承认,对于作为机械风化营力的冷热交替的效用有很大的疑问。人们引证了完全处于阴影的岩石(因此可能有较多水分)比阳光和阴影交替处的同一露头风化得快的若干实例;而且实验室试验业已表明,岩石能够经得住温度差远大于炎热沙漠的长时间增热和冷却。有些权威认为,水的存在极为重要,事实上,这种风化,有一些是化学风化,而不是机械风化。

冰冻然而,以下这一点可能没有疑问,即无论在冬季中纬地区,还是在高山上,都由于冰冻作用(这个过程称为融冻作用)而有效地进行着块状崩解。当水充填岩石的间隙时,水可能在夜间冻结;因此由于其体积增加大约10%,它就产生巨大的压力,因而岩石就势必碎裂(照片 26,29)。以这种方式碎裂的由带棱角块体所覆盖的表面称为石海、砾海或巨砾原,如英吉利湖区的大安德-斯科费尔峰(Great End-Scafell Pike ridge)和北威尔士的格莱德山的顶部。在英国的山地,岩石碎块坡(称为岩屑堆,照片 37)湮没于突出部分之下;实际上,冰冻是有过冰川作用的山区金字塔形山峰或锐蚀山脊(如斯凯岛的黑库林丘陵(照片 25))和突出于周围雪原之上的阿尔卑斯山和喜马拉雅山最有效的雕塑营力。冰冻能使任何受到冰冻的表面疏松, 因而农民对重粘土进行犁耕,以便在冬天让冰冻使之碎裂成较疏松的土体。这个过程(在能吸收大量水的多孔岩石中特别有效)称为粒状崩解;这在一些高峻但和缓的圆形山脉,如北威尔士的卡尼迪尤山(Carneddau)、莫伊尔法马山(Moel Famau),英吉利湖区的格拉斯穆尔山(Grasmoor)和海斯特里特山(High Street)和许多苏格兰山峰(如凯恩戈姆山)可以见到。其表面冻结,后来融化时便碎裂。强有力的冰冻作用还参与各种冰缘过程。

降雨除去作为冰冻作用的水源以外,几乎不参与机械风化,因为它或者以雨水冲刷,或者以河流侵蚀的形式参与搬运。但是大雨之后,整个坡面可能变得不稳定。此外,一些富含粘土的沉积岩还遭受到称为破碎的过程。在紧接着一个降雨时期发生干旱,岩石便丧失先前吸收的水分,结果,岩石(如页岩)便可能碎裂成长条形小碎块。当粘土土体干透时会缩小,其表面便布满裂隙,促进其碎裂并接着被蚀去,特别是在坡地上。

去荷岩石物理崩解的一种过程被称为“去荷”或“压力消除”。如果上覆岩层因剥蚀作用而蚀去,这个由于重量引起的压力的消除可能使新出露的

岩石扩张,形成新的曲线形节理,使弯曲的岩壳脱离岩体,这个过程称为页状剥落(Sheeting,照片 30)。花岗岩似乎特别易于页状剥落,凯恩戈姆山和高耸于埃蒂夫湾的本特里利查(Bentrileachan)山坡上的埃蒂夫斯腊普斯

(EtiveSlabs)的证据似乎非常有说服力。加利福尼亚州约塞米蒂谷(照片35)的巨大穹丘大概是在节理少的花岗岩上由于压力消除而形成的外扩张力的结果。这已使一层层的弯曲岩壳(厚度 1~6 厘米)剥落。

化学风化 岩石化学组成的各种变化及因此形成的岩石内胶结颗粒内聚力的变化,可能是长期不断遭受风化营力影响的结果。一些矿物如石英, 实际上不受影响,其他矿物如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、正长石和白云母则极易受影响,有几种矿物如岩盐能完全呈溶液状态被带走。对化学风化来说,头等重要的是水的存在,水在潮湿气候中是很丰富的。但是,即使在炎热荒漠中也会偶降大雨,而且尽管蒸发迅速,但仍有一些水渗入岩石。有时,在荒漠中因相对湿度高而形成许多露水,而且水能以水蒸气形式渗入透水的岩石。

在渗透水中含有当它通过大气圈时所获得的二氧化碳,对于钙质岩石如石灰岩和白垩,起着稀酸作用,把它们以钙的重碳酸盐形态溶解并带走,留下薄薄的不能溶解残体;这称为碳化作用。在奔宁山脉,裸露的石灰岩“覆盖面”(照片 38)遍布着被尖锐石脊隔开的溶沟,这二者分别称为灰岩深沟和石芽(或称为灰岩沟)。长石受雨水作用时便分解,这个过程称为水解; 其化学方程式很复杂,但在事实上,结晶的含有长石的岩石碎裂并形成了粘土,而胶体二氧化硅则呈溶液状态被带走。例如,花岗岩能分解,形成混有抗蚀力强的石英晶体和云母薄片的松散粘土。由于水解而形成的这种深厚的腐朽层称为腐泥土。照片 27、28 显示节理极发育的花岗岩的风化。当受影响的岩石含有极普通的元素铁时,氧化的结果极易表现出来。许多岩石的风化表面具有黄色或棕色的壳;亚铁状态(铁通常呈亚铁状态)变为氧化了的三价铁状态,而这个壳容易碎裂。在荒漠中,由于吸引到地表的溶液经过强烈蒸发,在岩石上形成一层氧化铁、锰的“釉”、“皮壳”或膜。有时,这种坚硬、未破裂的釉面可能偶尔成为防止其他风化或侵蚀的一种实际保护,可是在岩石内部,胶结物质可能已经崩落;膜一旦最后破碎,整个岩石就可能被侵蚀营力如风蚀去。最后,某些矿物具有吸水而膨胀的性质,因此促进含有这些矿物的岩石崩解;这是水化作用。

因此,可以划分出五种主要的化学风化类型:(i)溶解;(ii)碳化;

  1. 水解;(iv)氧化和(v)水化。其结果是原生矿物转化成通常更易移走的次生矿物。母岩中未受影响的矿物的固结性和粘结性减弱,因为胶结物被冲洗掉,岩石越来越易碎裂。接着机械风化和侵蚀营力便可以发挥较大的作用。

与物理风化类似的化学活动的一个结果被称为球状风化,它的作用与页状剥离极为类似。象玄武岩这样一类岩石的外壳受到渗透水的作用,化学反应便使之膨胀和扩展,因而与坚硬的核心脱开,使新鲜表面暴露于大气。节理发育的岩石能够使这种情况容易地继续下去,随着每层朽坏岩壳的破坏, 岩块变得越来越滚圆。

突岩 最近一些工作表明,人们熟知的康沃尔的突岩可能是由于酸性雨水沿节理渗入花岗岩体的作用使地下深处(不是地面上)花岗岩朽坏的结果。因而,突岩的型式受长方体节理的控制,长方体节理会在其间留下大致呈矩

形的“岩核”;这在冰期以前或间冰期可能曾广泛地发生过。节理间隔大时, 形成巨大的岩核;节理紧密时,岩石较为破碎,碎屑被迅速蚀去,因而形成突岩间的洼地。后来,紧接着是冰期后的“剥露作用”时期,这时上覆风化物和细粒岩石分解产物(在达特穆尔称为 growan)被泥流或溶水带走,结果露出突岩。突岩可能因近地表的风化作用而发生变化,但它仍保留有“块堆” 性。一些权威认为,突岩主要由冰缘作用过程形成;而另一些权威则认为, 突岩类似于山麓侵蚀面作用的残余——干旱景观的孤丘。

生物和有机风化 植物通过化学和机械两种方式促进地表的风化。藻类、苔藓、地衣和其他植物把水截留在岩石表面,各种有机酸帮助分解植物下面的岩石,结果一片苔藓可能在岩石上形成一个不断扩大的小坑。植被的存在增加土壤水的含酸量,而酸会有效地对钙质岩石进行化学分解。似乎含有细菌的水也能帮助分解一些岩石,特别是石灰岩。植被的机械崩解作用主要是由于根的贯穿和扩张力;根在生长时产生相当大的力量,有助于扩大裂缝和裂隙,结果使水和空气能够进入。

但是必须记住,紧密的植被丛实际上可能防止崩解,因为它将表层固结起来,防止表层流失,拦蓄水分,并防止新鲜岩石面受到气候要素的作用。人类不明智地破坏植被是土壤侵蚀的一个主要原因。

各种形态的动物,如蚯蚓、兔子和田鼠可能起促进作用。蚯蚓将大量细物质以粪的形式带到地表,而掘穴动物在某种程度上有助于疏松地表物质。

图 46 突岩在有节理岩石中的发育

不同气候区的风化 天气对岩石的作用随不同气候要素的作用力而有所不同。在赤道地区,湿度和温度总是很高,化学风化经常是活跃的;由于它一般比风化物质的搬运和侵蚀快得多,而且强烈得多,因而能聚积成一层厚厚的碎屑层;这种热带深度风化能形成厚度 50 米的风化层,并曾经量测到

125 米(400 英尺以上)的厚度。类似地,在有一蒸发旺盛的明显干季,但也有发生淋溶作用的湿季的热带地区,可能形成厚度很大的红色粘土状物质。不久以前,砖红壤一词曾被广泛和不严格地用来指所有这些沉积物。现在, 在未固结的砖红壤性粘土和砖红壤壳或 cuirase(源于法语)之间进行了区别。砖红壤壳由于蒸发和铁、镁氧化物的沉淀(后者形成铝土矿沉积)而不可逆地发生硬化(固化)。在荒漠地区,几乎不存在通过普通的淋溶而进行的风化,但机械风化相当强烈,而化学风化通过毛细管把浓溶液吸引到表面来进行。有时,这个过程导致近地表各种矿物(特别是二氧化硅)的集中, 形成一个称为钙质硬壳的坚硬、紧实的层次。这在有短暂雨季的半干旱地区特别常见。在中纬地区,冰冻是最强有力的营力,而溶解也有巨大的作用, 特别是在石灰岩地区。在极地条件下,大面积的永久积雪妨碍任何正常的风化,但在突兀于冰原之上的岛峰,冰冻作用很盛行。这里化学作用和有机作用似乎微乎其微,不过最近有人指出,这里化学风化比人们所认识到的要活跃。低温时二氧化碳的溶解要比高温时高,因而由于融水碳酸含量较高,在冰川以下或冰原边缘,化学风化可能非常活跃。

因此,风化虽然不涉及移动,但它在原地产生了一层岩屑——风化层。

块体运动

岩屑即基岩风化成的疏松物质沿坡地的运动(如果没有实际搬运营力如流水的参与的话)称为块体运动,其结果是发生物质坡移,对景观产生有时被生动地称为“塌坡”或“垮坡”的作用。块体运动有各种各样的形式,其中一些是缓慢的、几乎感觉不到的和长期持续不停的运动;而另一些运动表现得突然而迅速,有时具有灾难性。这些运动基本上是重力引起的,坡度越陡,运动就越快。水的存在是一个促进因素;如果岩屑是干的,它会作为疏松岩体滑落下去,但如果物质充满着水,运动将具有流动的性质。从水这个词的严格意义上来说,它不是润滑剂,但这个术语却经常被使用。但是如果水充填了沉积物各颗粒之间的孔隙空间,那么有助于保持其粘持性的表面张力将被减小。水还增加坡地上物质总的体积和重量,这将促进向外和向下的运动,而泉水具有侵蚀基础的作用。工程师想方设法从易垮塌的坡地上清除过量的水分,以减少垮坡的危险。

一些外部的影响(自然的或人为的)可能“触发”较迅速的运动,如突发性的强大暴风雨、集中的融雪、地颤或地震。不谨慎的采掘、垮坝、山坡上伐倒树木、顺坡耕作、动物掘穴、过路火车的震动和牧群或人类走过山坡, 等等,都可能引起某种形式的运动。其他侵蚀营力能切入坡地的基部,如河流、冰川或海崖麓部的波浪,结果使坡度变陡。在危险的地区,如铁道或山地公路上,通过各种工程措施能减少垮坡的危险,如护墙工程、修筑梯地, 以及铺设排水沟以防止坡地的土体内积聚水分。进一步的预防措施是保护和增加植被、等高耕作,实际上包括所有用以防治土壤侵蚀(即宝贵的表层的侵蚀)的措施。

块体运动过程由各种坍塌、滑坡、滑动、流动和蠕动构成,可以大致分为两类,包括缓慢运动和迅速运动。

缓慢运动 最普通的类型称为蠕动,蠕动可能几乎觉察不出,特别是当它在草丛下面进行的时候。但是在发生下列现象时,蠕动就逐渐变得显著: 当柱杆和篱笆翘起,然后向山下移动时;甚至生长着的树也可能移动;在坡面上有一种呈小土滑阶坎形态的脊状或台阶状图案(关于其成因机制了解得极少);草皮上涨,甚至突起;在公路和河流上方形成悬突的长堤时。在岩层从坡地向内倾斜的地方,其露头可能沿坡地向下“弯曲”(图 47)。带棱角的岩屑会沿山坡向下蠕动,形成岩屑堆,有时,特别是在美国,称为倒石堆(tabus);岩屑堆通常按安息角堆积,大雨时,上面巉岩经冰冻风化形成的碎屑物落在岩屑堆上,甚至动物或鲁莽的攀登者走过的山坡都可能使之受到扰动。碎屑物偶尔形成沿山坡向下的舌形石堆,称为“石冰川”。流动是一种非常重要的缓慢运动类型,特别是含有过量水分的粘土,它表现为塑性物质,呈极粘稠的液体运动。泥流或泥浆流是一种作用力强的流动的类型; 在现代,这主要是活跃于高纬度和高度大的地区冰缘过程的结果,在第四纪冰川时期,它影响的地区比现在大得多。

快速运动 一般称为地滑的快速运动的不同类型包括滑坡、泥流和土流以及岩滑。滑坡(即滑动)涉及岩石实际的剪切作用,即一大块物质(滑坡地块)从悬崖或海崖面上滑走。当地块运动并在山坡上留下新鲜崖面时,常常在弯曲面上发生明显的转动,使地块向后倾斜。当大块节理发育的岩石(如石灰岩)覆盖于粘土上或可能容易开裂的软弱页岩上面时,这情况特别多见。在怀特岛南部沿岸、福克斯通和多佛间的肯蒂什(Kentish)沿海(这里,白垩覆盖于戈尔特粘土之上)、

图 47 土壤蠕动

赫恩湾以东的肯蒂什沿海(这里,伦敦粘土覆盖在砂岩上)、在埃斯茅斯和莱姆里吉斯间的德文沿海(此地戈尔特层(the Ganlt)上部海绿石沙和白垩不整合地覆盖于侏罗纪页岩和粘土上)和格洛斯特与切尔滕纳姆之间的科茨沃尔德丘陵悬崖上(这里,侏罗纪石灰岩从粘土上滑下)都可看到这种情况。岩层的外倾在大多数情况下是促进因素。沿海崖出现的这种滑坡的最初迹象通常是在陆地一侧离悬崖顶部几米处有一条与之平行的弯曲裂缝。

泥流和土流发生在物质含有大量水分的地方。前者能呈泥浆沿极缓的坡向下流动,后者由较干物质组成,它沿较陡的坡地向下流动。这些运动是间歇性的;它们在半干旱地区特别常见。在干旱地区,突发性的暴雨卷走松散的风化碎屑,一开始运动极快,接着变得越来越粘糊,直至逐渐停止。它们可能在坡麓呈舌状或耳垂状展开(照片 36)。

岩滑或较小规模的岩屑滑动,可能涉及到以高速运动的大量岩石,有时产生破坏性、甚至灾难性的结果。例如 1881 年,当一大块岩体从奇耶盖尔堡(Tschingelberg)滑向西南方时,瑞士的埃尔姆村大部分被毁,因为那里由于采石岩体原来已难以支撑,同时又受到几个星期降雨的影响;结果一百余人丧生。蒙大拿州的麦迪逊,1959 年地震引发了所记录到的最大一次滑坡。麦迪逊河峡谷的谷坡由白云岩岩层组成,其后面是不稳定的片岩岩体; 白云岩挡墙破裂,大约 8000 万吨岩石坠落到谷底,并拥上另一侧谷坡,形成一个自然坝,坝后形成了地震湖(EarthquakeLaka)。1963 年 10 月,一个山崩从 1800 米(6000 英尺)高的托克(Toc)峰山坡落入意大利北部皮亚韦河谷韦沃恩特(Vaiont)坝后的水库,激起的波浪涌出,冲走五个村庄,造成很大的生命损失。最后一个例子是,1964 年 4 月,地震震裂了中亚乌兹别克的达尔诺沃兹山(Darnovoz)的山坡,一个巨大的滑塌体堵塞了泽拉夫尚河河谷,形成一个湖泊;堤坝一旦塌垮就会对撒马尔罕市造成巨大的灾害, 所以工程师们凿穿岩屑,以减轻其压力。

有时,又将岩滑和岩崩之间加以区别,岩滑是物质沿山坡向下的整体运动,岩崩是巨石沿陡峭的山坡自由落下(即石崩)。

物质以这些不同方式沿山坡向下运动,与有助于提供物质的风化和搬运营力——流水、运动的冰、风和波浪及海流一起,共同对陆地进行剥蚀。

斜坡和表面

地表仅有极小的部分是真正水平或垂直的。平原很少是平坦的表面,虽然“均夷作用”一词在描述最终可能形成大致水平的地区时极为常用。垂直地形仅限于沿海和山脉有些部分的崖壁。因此可以说,大部分陆地表面是由坡地组成,坡地一般上部凸出,下部凹下,它们从山脉巅部和分水岭脊部延伸至谷底和海平面,最后到最深的深渊底部。

斜坡 斜坡形态和演变的分析可以用两种方法进行。

斜坡研究的一种方法是借助于在野外研究中应用,有时由于灵感启发出来的一般性描述、解释和归纳的方法。W.M.戴维斯和 W.彭克(Penck)是从不同方面进行坡地研究的大师。

图 48 坡的发育

第二种较为现代化的方法包括应用几何学的方法,既有归纳法也有演绎法。几何学方法力图建立一个在精心确定的条件下给定的斜坡的假设性发展序列。这些方法中,有一些基本上是定性的,仅仅讨论一般的变化趋势;另一些是严格定量的,并建立精确的数学模式。A.伍德的垂直或极陡峭崖面(他称之为自由面)模式,提供了前一种方法的实例(图 48)。当这个崖面风化时,岩屑便落到其麓部,形成岩屑堆,岩屑逐渐累积,形成直坡(之所以这样称呼是因为它维持恒定的安息角),直坡向上一直延伸到自由面的陡削岩石(rock-cut)坡;后者的面积随着岩屑堆积的增大而减小。在自由面以上是丘脊的凸弯面,伍德把它叫做月盈凸坡(waxing shope)。在直坡以下, 另一面细物质的斜坡越来越和缓,并且与谷底合为一体,它叫做月亏凹坡

(wanina slope),但是由于它是由直坡岩屑风化和碎裂时冲刷下去的物质构成的,因此有些权威宁愿叫它冲积坡(或岩屑坡)。这些小角度冲积坡可能越来越占据优势,并且将会逐渐合并,形成沉积麓原。

定量方法的倡导者认为,通过考察由地形图的形态测量分析,或者在野外用仪器设备进行耐心、精确的调查,或者由这两者得到的关于斜坡形态、大小和过程的统计资料,可以发现某种程度的客观真理。

关于斜坡是下蚀还是后蚀,即降低还是后退,存在着一些争论,但是必须懂得,这两者能同时进行。前者包括逐渐的下切,因而“坡地降低”,作为准平原作用的阶段,低角度的缓坡演变得越来越和缓,换句话说,与戴维斯湿润中纬度地区“正常”侵蚀循环的概念相吻合(图 49,右)。在任

图 49 坡的发育:平行后退和下蚀

何时间,坡地的上部在剖面上都将是凸形的,下部是凹形的,其间不可能有直线地段,特别是在后期阶段。有些权威认为上部的凸形是蠕动而并非是在限定或集中的水道中雨水冲刷的结果,而下部的凹形是若干小溪谷发育成较大河流时较集中作用的结果。这当然是一般情况,而且既随岩石的性质又随气候而变化。例如,峰顶附近抗蚀力强的岩层或覆盖层可能在剖面上形成台阶;透水性强的岩石如白垩和石灰岩,或相反地在干燥气候下,将倾向于形成凸形坡;不透水岩石或极潮湿的气候将引起许多表面径流,和由此产生的凹形坡。

主要源于 W.彭克和 L.C.金(King)著作的另一个学派,提出了坡地与其原来角度平行地向后退的概念,这个过程称为坡地的平行后退(图 49,左)。金接受了伍德的山坡的四重坡原理,认为在自由面和直坡受到强烈风化、物质从岩屑坡上被搬运走的地方,整个坡地将会向后移动,即后退,没有使其坡度发生很大程度的改变。这个概念 19 世纪 50 年代首先在湿润的英国被提了出来,彭克就北欧情况对此作了精确的表述。这个概念在干旱和半干旱区的应用要晚得多,这大大有助于解释岛山和山前侵蚀平原的存在,已经引起争论的问题是,在湿润中纬度景观是否可能符合实际。一个问题是,能否足够快地把岩屑从坡麓搬走。坡地麓部的河流或强烈喷溢的泉流也许能做到这一点;在冰缘条件下,解冻泥流也许足以能如此做到。但是,有些权威认为, 在潮湿中纬度气候下,平行后退是不易说得通的假说。

侵蚀面一词一直被广泛地用来指景观某些基本平坦的地区;也许用夷平面更好一些,因为大部分陆地地区是侵蚀面,而这个术语仅仅是想指近

乎水平的地段。上面已经提到,准平原是地形和缓的地区,但它并非绝对平坦,因为必须有一定的最小坡度,水才能流入大海。

准平原不一定高度就低,因为在一个侵蚀序列的任何阶段都可能发生抬升。如果被抬升的地表面足够大,它就可以称为“山顶平原”或“高平原”。在有些地区,可以区分出若干个这种侵蚀面,形成多循环地形,每一侵蚀面都是与一定的海平面相应的长期剥蚀作用的结果。通过野外工作和地图分析以区别这些地形,是地貌学的一个重要部分。遭受切割的残体常常是非常之破碎的,以致对它们的解释有极其尖锐的争论。然而无疑的是,有些较年轻的面(多半属晚新生代)可以很清楚地加以确定。虽然苏格兰的准平原现在可能仅表现为不同高度的平齐峰顶(提出了 1200 米、900 米和 600 米(4000、3000 和 2000 英尺)等),但无疑在高尔和滕比区有 55 米(180 英尺)面,

伦敦盆地有 120 米(400 英尺)面,威尔德南部有 170—200 米(550—650 英尺)面。除去重建遭到切割的准平原问题以外,抬升也决非是一致的,有时既有倾斜,也有翘曲。

除了准平原作用以外,平坦表面还可能以其他方式产生。泛准平原一词是 C.H.克里克迈(Crickmay)于 1933 年创造的,它是指几个相邻泛滥平原合并而形成的平原,每一个平原都是各有关河流的侧蚀形成的;这与相邻河流间的分水岭受减削作用而形成的准平原显然不同。山麓侵蚀面平原与平行后退有关,是几个相邻麓原合并而成的多凹形(multi-concave)表面。据认为,非洲广泛分布的表面是山麓侵蚀面作用形成的;1200 米(4000 英尺) 的“冈瓦纳山麓侵蚀面平原”可能要追溯到早白垩纪,而 600 米(2000 英尺) 的“非洲山麓侵蚀面平原”可能属于晚白垩纪到早新生代。

还应提一下海洋均夷作用——海的作用,例如现代发育的挪威沿海台地。过去的长期海侵可能曾侵蚀过这个现已被地壳运动抬升起来的表面。有些人认为,在极狭窄的海蚀平台被切割以后,由于在浅水区浪的作用减弱, 以这种方式产生广阔的表面是不可能的。他们把海洋活动仅仅局限于后来被海侵所淹没的现存陆地准平原的蚀余残体。但是,人们一致认为,威尔德南部 170-200 米(550-650 英尺)的上新世台地是在漫长的广泛海侵时期由海洋均夷作用形成的。

法国地貌学家,气候地貌学的主要倡导人 P.比罗特(Birot)对整个问题作了很好的概括:“⋯⋯不同气候下侵蚀循环的演化取决于引起热烈争论的准平原作用和山麓侵蚀面作用之间的冲突。”