補充資料：「板塊構造與長時期、大尺度之地景演育」的研究概況

Global tectonic phenomena and long-term, large-scale 
landscape development

Ø          在1960年代末和1970年代初板塊構造模式(plate tectonics model)的發展，幾乎對所有的地球科學分科都有某種程度的立即衝擊，但是地形學的反應很有限。雖然，照理說地形學長久以來對地景演育(landscape evolution)問題的關心，應該能實質受惠於這個模式。

Ø          其主要原因根植於1950年代末期以來對(Davisian)地景演育研究取向的逐漸覺醒，特別是英、美地形學者。由於欠缺地表地形營力之機制與速率的資料，加上地景發展的「古典」模式缺乏精確性與可驗證性，促使地形學研究焦點在此時期有戲劇性的改變。新的「典範」是地表營力地形學(surface process geomorphology)，但是幾乎全面性的（誤導的）被營力地形學所替代。這幾乎是對此學科的再界定，使得多數研究趨向於短時期、小空間尺度，以及相當的排除內營力和長期地景變遷的問題。

Ø          過去十年來地球科學各分科學者（包括地形學者）對「地形學和全球板塊之關係」興趣突增的情形並不容易解釋，它不是因為任何明顯的技術或觀念進步所造成，可能的解釋是由於地球科學研究重點的根本改變。

Ø          以十九世紀發展的實驗、測量技術以及學科架構為基礎，地球科學的研究愈趨向對地質營力和地球歷史的量化了解，而有關地球的大架構研究問題(broadly framed research questions) 顯著減少（雖然有板塊構造革命）。而且從二十世紀初以來，學科的專業化也使地形研究不再是地質研究的主流。

Ø          相對的，過去十年隨著研究議程(research agenda)的「全球化」（部分是由於政治目的的關注和經費補助的優先序的驅使），鼓勵了從更全面和跨學科的研究取向(holistic and multidisciplinary approach)來了解地球。而全球尺度遙測影像的出現和數值模擬更複雜（區域或全球）現象之能力的增加，愈鼓勵了岩石圈（地質學者的傳統地盤）和大氣圈、水圈、生物圈之連結(link)的整合研究。此一改變如此深刻，在那些熱衷於宣告一個新的、更昂貴的和整合的研究議程的機構，甚至「地質學」的標籤都開始被「地球科學」(earth sciences)甚至「地球系統科學」(earth system science)所取代。

Ø          目前對「地形學和板塊構造學之關連」的研究興趣，從這種交互相關的內外營力的架構中，能有最好的認識。以下回顧過去對內、外營力交互作用之研究的重要發展。

Early ideas (早期的概念)

Ø          早期在缺乏對了解地表之下構造的方法時，地表形態(topographic features)在了解地球內部營力上扮演更中心的角色。如在十九世紀初期有關地球定向性(directionality)或地球歷史的爭議，與在Charles Lyell之關鍵性的分析（始於1827年，發揚於1830-1833的Principles一書中；Lyell considered that change is 'continuous but leads nowhere'）。Lyell對地球表面隆升區和沈降區的'平衡'概念，顯然對Charles Darwin早年的科學生涯有顯著的影響，也就是隆升的性質和原因的問題（「大陸高程」的問題）。

Ø          Darwin隨小獵犬號航行時，其主要的興趣是在地質學，而且他唯一有文字記載稱呼自己的是地質學者(geologist)(Darwin 1855)。其在文章中曾以沈降與隆升來比較印度洋和太平洋島嶼的差異，討論火山和陸地抬升與安地斯山地的成因。Darwin雖然不是第一位強調陸地隆升、地震和火山之關連的學者，但是他的概念的全球性尺度，在當代則是獨特的。

Davisian dogma (戴維斯教條)

Ø          雖然Davis在其晚年對於地景變化之性質的看法多所修正，但是他那些早於1905年所寫的文章以及弟子們（尤其是Douglas Wilson Johnson）所寫的文章，才是對建立當代對Davis學說之了解最重要的。

Ø          Davis的地景演育模式簡單易懂，廣受歡迎。其學說最大的爭議在於他假設地殼是在快速隆升階段完成後，再進入幼、壯、老年期的發展階段。Davis做如此假設只是為了方便，並且認為從最簡單的狀態開始，之後再加入討論緩慢隆升的情形（即需要考慮erosion during uplift）。而且他也認為隆升率通常比剝蝕率高。

Ø          即便如此，Choley(1965)仍相信Davis排除氣候變遷或侵蝕基準面持續移動的效應，他不是要簡化「解釋」而是要使其循環方案「可行」。相對的，Walther Penck正是"permitted the possible effects of continuous movements of base level to have been superimposed upon those associated with the progressive subaerial degradation of the landmass"。由於Penck看到地景發展無數的可能（因為各種隆升和剝蝕速率的組合），這也是為何他的模式相當混淆，而較不受歡迎之故。

Erosion surfaces, denudation chronology and tectonics (侵蝕面、剝蝕年代學和板塊構造)

Ø          建構地景的歷史是Davis研究取向中原本就具有的，此一取向逐漸在二十世紀前半期取得地形學中的優勢地位，至少在英國、美國、法國是如此。

Ø          Davis的侵蝕循環和剝蝕年代學（破解關於基準面變化之侵蝕形態的相繼發展）很快的合而為一，後來又因Eduard Suess的海準變動理論(eustatic theory)而進一步增強。後者宣稱，從全球各地造山帶之外的地點所記錄的大陸海進與海退，指出海準面波動有相當高度的同時性(synchroneity)，因而也暗示了大陸在地質時期的穩定性(Suess 1906)。此模式在二十世紀前30年不但對地層研究有立即而深刻的衝擊，也對剝蝕年代學有重要含意，「if one accepts the view that the geometry of landscape features is fashioned under the important control of base-level … then the eustatic theory provided a tempting key to a chronological correlation of landforms on a world scale」(Chorley 1963)。

Ø          欲發展有全球關連性之上新世和第四紀海準面變動的嘗試，其問題到1930年代時就已經很明顯了，而這也促使學者逐漸認識了local isostatic, epeirogenic and orogenic control的重要性。

Ø          應用Suess海準變動理論來做地景解讀的最高峰是Baulig (1928)的Le plateau central de la France，他辨識出侵蝕面大致在相同高度的證據。到1935年Baulig除了維持晚第三紀同時性海準變動的重要性外，也認同地方性構造運動(local tectonic movements)之影響的重要性。雖然此模式在其他地方逐漸沒落，但是英國仍用之作為建立區域剝蝕年代學的架構，例如Wooldridge and Linton (1955)。

Ø          剝蝕年代學對探索最近期地球歷史的重要性在於「It is not too much to claim that, in its contribution to earth-history, geomorphology seems within grasping distance of a great unifying generalization. Just at the point where the stratigraphic record fails or becomes incomplete, an alternative principle of inter-regional correlation is offered in the fact that old sea-levels have engraved their mark on the margins of the lands and that the same levels are recognizable inland as 'terraces' or 'platforms' … Here, in one of its major fields of advance, geomorphology coverges on geophysics」(Wooldridge 1951)。除了對地球歷史的興趣，過去十年間的一些研究曾引用這些傳統的區域剝蝕年代學的結果，用來支持特定的地球物理上對板塊構造和地景發展之交互作用的解讀。

Ø          剝蝕年代學的基本假設（或信仰條款'articles of faith'）可以總結為：(Chorley 1965ab)

"areas of low slope are probably erosional surfaces related to appropriate baselevels"

"topographic flat means stillstand; higher is older and lower is younger; uplift is generally discontinuous"

傳統的剝蝕年代學是依賴「高度含糊不清的證據」，而且是「分析方法的產物而非物理事實」("more a product of the means of analysis rather than a physical reality" ) (Chorley 1965a)；此種研究的主要限制之一是不能只有形態面(morphological plane)的證據，多數研究非常依賴相關堆積物(deposits)的定年(Chorley 1965b)。

Ø          「峰頂高度一致」(accordant summits)的問題特別能突顯從剝蝕年代學的架構來解讀遭受長期侵蝕之地景的問題。Davis及其門徒視之為抬升的準平原面，而且認為可作為建立與侵蝕基準面有關之地景構造變動(tectonic displacement of  landscape)的方法。最初，「抬升的準平原面」模式只限於解釋像高原的地形(plateau-like terrain)，但是不久就延伸應用到Alpine地形(Beckinsale & Chorley 1991)。

Ø          對「峰頂高度一致」的不同解釋中最有力的一個，是由Davis在哈佛的一位老師Nathaniel Southgate Shaler (1899)所提出。Shaler觀察到肯塔基(Kentucky)之河流所展現的高度等間隔性(highly regular spacing)，並提到Albrecht Penck先前曾報導過阿爾卑斯山和北美Cordillera有類似情形。他認為河流的等間隔發育可以解釋「峰頂高度一致」，即「the emergence of an integrated stream network pattern, whose regularly spaced components would show a tendency to be separated by divides with accordant summit levels」。「河谷間距和谷壁坡度二者一起決定河谷深度，也因而決定分水嶺的高程」這個簡單的幾何的論點，意味著在像阿帕拉契山或阿爾卑斯山的地區，「峰頂高度一致」的情形可以在沒有抬升準平原之參考面的狀況下透過正常的河流侵蝕作用形成。Davis對此看法的反應是，只接受其為「峰頂高度一致」的一個可能解釋"initiated by dissection after peneplanation"。

Ø          A. Penck (1919)受其子Walther Penck的影響，在其重要的文章 Die Gipfelflur der Alpen 中提出類似Shaler的看法。他認為在Alpine地帶山嶺隨著河谷的加深而持續尖銳，所以沒有理由認為這些尖銳化山嶺的形態是承繼自一個抬升的準平原，相反的，它們是一個隆升山脈逐漸侵蝕的產物。  

Current issues (當前的議題)

Ø          過去二十年來在地形測量、地層、地質年代資料上的顯著成長，配合上對複雜地景系統數值模擬之能力的進展，提供了探求地景演育問題的新機會。但是有些根本的議題和困難將是未來的挑戰。首先要強調的是「地形學者與構造地質學者、地質年代學者、地球物理學者之間缺乏交流的情形」並未真正的改善。以Koons (1995)所言為例：「回顧起來，很難了解板塊聚合帶(collision zones)的模式怎麼可能在不參考地形(topography)的情況下建立」。

Ø          從分析地方尺度(local scale)構造運動對地形的衝擊，到分析區域和大陸尺度(regional and continental scale)時構造運動對地景發展所扮演的角色，有一項必須要做的調整是—相對高度和絕對高度之變化的改變 (the change between relative and absolute elevation changes)。例如，在分析山地前緣(mountain front)斷層作用對沖積扇發展的影響時，只需考慮基準面的相對變化，與整個系統的絕對高程無關。但是當討論到構造運動對塑造整個山地帶這種大地景單元的角色時，就必須關心高程對於海準面（更嚴格的說是象地體）的改變。不幸的是高程隨時間的變化很難掌握，尤其是大規模地景的發展涉及很長的時間，還有在剝蝕作用旺盛之地區能提供古海準面的資料不易保留。

Ø          像thermochronologic data只能提供有關剝蝕的直接資訊，任何有關地形變化(topographic changes)的推論都必須仰賴額外的假設或資料。This limitation restricts the testing of numerical coupled tectonic-surface process models aiming to replicate long-term landscape development.我們可以獲得剝蝕之時空模式的合理經驗推估值，計算denudation unloading所導致的地殼均衡反應，但是除一處地景的初始高程（剝蝕階段開始之前的高程）已知，不然就不可能量化所發生的板塊隆升量。

Ø          模式化長期地景發展不僅需要納入板塊運動機制以及岩石圈對負荷改變的反應，還有如何處理地表營力的問題。要整合某些作用到大尺度的"構造—地表作用"數值模式，最可能成功的方式是專注於地景系統中的關鍵要素。遷急點後退所表示之基準面改變的propagation，以及底岩河道下切的廣泛問題，都是明顯的地景要素，它們都提供了構造運動和剝蝕系統反應之間最直接和最普遍的連結(Howard et al. 1994; Summerfield 1996)。可惜我們對底岩河道的行為所知有限，而底岩河道的侵蝕的調查研究也有很大的技術上和實際的困難。

from: Summerfield, M.A. (2000) Geomorphology and global tectonics: introduction, Geomorphology and Global Tectonics, edited by M.A. Summerfield, Chichester: John Wiley & Sons, 3-12.      [以下為上文中提及的參考文獻]

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Chorley, R.J. (1965b) The application of quantitative methods to geomorphology, Frontiers in Geographical Teaching, edited by R.J. Chorley & P. Haggett, London: Methuen,  147-163.

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Shaler, N.S. (1899) Spacing of rivers with reference to hypothesis of baseleveling, Bull. Geol. Soc. Amer., 10, 262-276.

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Summerfield, M.A. (1996) Understanding landscape development: the evolving interface between geomorphology and other earth sciences, Area, 28, 211-220.

Wooldridge, S.W. (1951) The progress of geomorphology, Geography in the Twentieth Century, edited by G. Taylor, London: Methuen, 165-177.