以流水地貌和岩溶地貌为例,说明戴维斯地貌发育循环理论

以流水地貌和岩溶地貌为例,说明戴维斯地貌发育循环理论
以流水地貌和岩溶地貌为例,说明戴维斯地貌发育循环理论

以流水地貌和岩溶地貌为例,说明戴维斯地貌发育循环理论
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