地貌界限
出处:按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第707页(2284字)
事物发展总是由量变的逐渐积累,达到某一界限以后,发生质的飞跃。
地貌系统的发展也不例外。在马金(J.H.Mackin,1948)所定义的均夷河流中,当流域输入任何控制性变量的改变,都会使平衡发生变位,最终又都可以完全吸收这种改变所带来的影响,从而使整个系统又逐步回到平衡。但是还必须看到,系统在吸收这种改变所带来的影响的过程中,孕育着新的变化,这种新的变化有时还会发生累积作用,整个系统在若干年以内便会发生充分的变化,以至达到某一界限以后,发生突变,系统就会分解,河型发生质变,河流将会根据外界环境的约束重新进行自组织过程。
如黄河下游,为了适应流域过量来沙输移的要求,河床长期处于加积状态,河床愈积愈高,潜伏的突变危机愈来愈大,这是不言而喻的。
因此,地貌界限(临界点)的概念是极其重要的。例如,在河曲发育的长途中,曾经历过顺直微弯的时期。虽然河道纵向输沙常常是平衡的,但由于弯道洪冲枯淤,凹岸冲、凸岸淤,两相邻弯道间的过渡段(直道)洪淤枯冲,致使河床向两侧、向下游蠕移。随着弯道曲率渐次增大,河床不稳定性逐渐加大,最后达到某一界限,弯道将由渐变转化为突变,发生自然裁直。河曲蠕移与裁直这种旋回发展表明,弯道平面位置的渐变因裁直而告终。
凹岸冲刷、凸岸淤积这种输沙平衡因裁直而破坏,这都完全是由河曲演变本身所固有的属性决定的,而与河曲系统以外的流域因素是否变化无关。
又如,黄河河口三角洲迅速淤长,河道不断向海域延伸,与之相应,河床坡度不断递减,河道水流阻力日趋增大,因而河道不稳定性随着这种渐变的积累而不断增加,达到某界限以后,出现突然分流改道,新河道又开始它的渐变过程。地貌景观某一部分的发展总是经历渐变与突变的过程,其间有一个数量界限被突破,这个界限常被称为地貌系统内部界限(intrinsic geomorphic thresholds)。
另一方面,外界因素往往是促成事物转化的条件。地貌系统的突变或质变往往是来自外界控制因素的突变(干扰)引起的。
如出现特大洪水,超出了河槽形态结构的承受能力,便会使系统分解,河型发生质变。又如,营造地貌的内动力-地壳运动对地貌系统的作用,从各国水库库区发震资料看,当大水库蓄水水深超过100m时,就有可能诱发4~6级地震,震源深度一般在20km以内,多半在5km左右。
似乎地壳受到10kg/cm2以上的区域压力就有可能达到地层弹性屈服强度。近代均衡论认为,在更高的区域压力下,有可能突破岩石圈深处物质的塑性强度,使物质外流。
大约50kg/cm2区域压力的变化就会引起均衡调整。地表剥蚀使地势降低,地下压力随之递减,当夷去岩体的厚度所引起的减荷超过地壳以下物质弹塑性强度时,就会出现地壳均衡上升运动。由于地壳上升的速率远过于剥蚀速率,地势逐渐加高,直到新的重力均衡,上升作用才会逐渐停顿下来。
而剥蚀作用仍以一定的速率进行着,直到超过地壳深处物质的强度,均衡上升又一次突然发生。
可见,地震因水库蓄水这个外界条件达到一个界限而诱发,地壳因地表剥蚀这个外界条件达到一定数量界限而均衡上升。另一方面,剥蚀作用使地势降低,起伏夷平,其强度随之逐渐减弱,而后又因地壳均衡上升,流域回春,剥蚀作用随地面升高、起伏加大而渐次加强,最后达到最大值。
这类对地貌系统突变起控制作用的外界条件数量界限,谓之地貌系统外部界限(extrinsic geomorphic thresholds)。
地貌界限的存在反映了地貌系统的突变性,地貌系统在外界环境的作用(输入)下所作出的反应(输出),总是从突变开始到渐变告终,不断地从一个旋回到另一个旋回步步向前发展的。
因此,在研究地貌发育过程中,分析和掌握从量变到质变的转化界限,就能抓住有利时机,加以因势利导,使之适应人们的需要。
另一方面,从量变到质变的飞跃是有条件的,地表侵蚀作用的性质和强度是由区域多种自然条件决定的。
识别引起地貌过程强度最大、地貌变形最快的条件界限,如坡面、沟谷和河流的坡度界限、植物覆盖度界限、气候水文界限、泥沙粒度界限、沟谷深切界限等,就能对不利的条件加以控制,达到因势利导的目的。此外,界限理论有可能用来预测地貌对自然和人为变化所作出的反应。
过去地理学家在考察冰川遗迹、河流阶地的分布和各种沉积物的特征中,发现在地质时期可能出现某种巨大的变化时,总是以为在当时不是地壳构造运动十分活跃,便是气候有急剧的波动;自舒姆(S.A.Schumm,1973)提出地貌临界点理论以后,人们对这样的变化,就有可能归结为体系内部的产物,不一定必然伴随着外界条件的明显改变。所以,舒姆的学说一提出来,就受到地貌研究者的普遍重视。
1980年还专门召开了地貌界限方面的国际性学术讨论会,出版了论文集。
80年代以来,这方面的研究一直是地貌学领域的研究热点之一。
。【参考文献】:1 Coates D R,et al.Thresholds in Geomorphology.London:George Allen,Unwin.1980
2 尹国康.泥沙研究,1984,4∶25~36
(南京大学尹国康副教授撰;陈钦峦审)