序 發想寫這本書的念頭，已經超過 12 年。希望能對臺灣的地形學有點貢獻，也能 協助地形學的教學。這本書得以出版，要特別感恩過去教導、愛護我的老師們。從小 到大，各求學階段的師恩，銘記在心。尤其是徐鐵良教授（中央地質調查所前所長） 所教授的地形學、張石角教授的工程地質、都市化與自然環境，王鑫教授的遙測學、 地勢分析、地景保育，與張長義教授的自然環境經理等課程，乃至於英國倫敦大學的 Denys Brundsden 與 Claudio Vita-Finzi 兩位指導教授的指導，都是這本書的養分。 與地形學的結緣，要從 1976 年與師大地理學系的石再添、張瑞津教授結緣開始。 1977 年進入臺灣大學地理系就讀，就對野外調查、登山、攝影等工作有興趣，非常 熱中，也慢慢累積許多資料與經驗。隨後包括追隨張石角教授進行的寶山、東興水 庫、萬芳社區等工程地質調查、東部的治山防洪研究，王鑫教授的新中橫工程環境、 火炎山的調查、墾丁國家公園的前期地形調查等，受益良多。後來有機會登上臺灣 的玉山、雪山、南湖大山、奇萊山等五岳三尖一奇，近 50 座臺灣百岳，看到臺灣高 山之美。以及過去 40 年來的火炎山礫岩、臺東利吉泥岩、高雄的泥岩，乃至於參與 福山的長期生態研究。也有機會到西藏，越過喜馬拉雅山、青康藏高原、武夷山、 西伯利亞，加上過去海峽兩岸的地形學會議，內外蒙古高原、新疆天山、帕米爾高原、 長江源頭與河口、塔里木盆地、長白山、九寨溝、黃山、海南島、敦煌、貴林與陽 朔等等，點點滴滴都是豐富自己的經驗，也豐富了這本書的材料。非常感恩有這些 機緣，尤其是感恩所有協助成長的師長朋友們，包括王穎、朱大奎、唐川教授。 這本書也可說是作者個人的成長歷程。成長的過程中，特別感謝過去在英國博 士班的同學 Alexander Koh（高英瓈）在生活上、專業領域亦師亦友，多方的協助、 指導。也感謝英國的 Denys Brunsden、Claudio Vita-Finzi 及 Bernard Smith 教授、日本 金澤大學的 Kenji Kashiwaya 教授、德國自由大學的 Margot Bose 教授、GFZ 的 Niels Hovius 教授、波蘭的 Piotr Migon 教授、法國雷恩大學的 Herve Regnauld 教授、荷蘭的 Herman Verstappen 教授、南非開普敦大學的 Michael Meadows 教授的協助，得以瞭解 法國、英國、德國、義大利、愛爾蘭、日本、南非許多特殊地形與地理、地質區以及 野外調查、研究訓練的機會。這些機緣，也豐富了這本書的內容。非常感謝他們。 這本書分成 13 章，嘗試將地形學的諸多概念與發展整理如下： 第 1 章介紹地形學的主要概念與基本概念。 第 2 章介紹地表組成的物質特性。地質特性影響地形特徵，也是地形演育的基礎。 第 3 章介紹構造運動與構造地形。臺灣是構造運動的現場，許多構造地形是臺灣 所獨有的特色，特別安排在第 3 章說明來自內營力的作用現象。
第 4 章介紹風化與侵蝕作用。探討岩石風化成土壤的概念與相關的研究方法。 第 5 章介紹海岸地形。對海島臺灣而言，海岸地形的瞭解，也相對重要。 第 6 章介紹河川地形。河川受到地殼擠壓、隆起、下切作用明顯，許多河川地形 與輸沙現象具有特色與區域代表性。 第 7 章介紹石灰岩地形，說明臺灣的石灰岩、變質石灰岩等各種特色與利用。 第 8 章說明乾燥地形與風成地形的作用與氣候的關連。風力發電是另一個應用風 成作用的課題。 第 9 章介紹第四紀與冰河地形。第四紀的研究愈來愈重要，也凸顯與氣候變遷與 各種外營力作用的關連。許多定年的方法日新月異，需要有更多的瞭解。 第 10 章介紹火山作用與火山地形。火山作用與構造運動息息相關。 第 11 章應用地形的概念與地形災害的問題，也慢慢凸顯地形學應用的重要性。 第 12 章則以地形調查與分析為主。從過去的等高線地形圖的判讀、地形分析，到 今日利用遙測、航測的判讀分析，可看見有關技術的進展。 第 13 章是以地景保育與相關的概念為主。在人類世的時代裡，如何面對各種氣候 變遷、開發衝擊等，本書嘗試去整理概念與可能的應用。 多年地形學的撰寫過程中，有許多的耽誤。拜疫情之賜，得以專注，讓這本書能 以更完整的內容呈現。除了地形學的基本內容外，也嘗試盡量將新的研究方法、概念 與領域加入。撰寫過程中，益發覺得每個單元都可以更深入的研究，本書僅止於階段 性成果介紹。限於篇幅與個人的學養，只能整合眾多概念，期待讀者可以藉此整體瞭 解。然而匆促之間完成，如有謬誤，尚請指正。 這本書得以完成，要謝謝許多幫忙的朋友、學生們。王文誠、林銘郎、朱傚祖、 李錦發、簡龍祥、王春洋、楊士芳諸位教授與老師的協助，銘感在心。許多當年參與 臺灣地形研究室的同學，包括任家弘、鄭遠昌、林慧宜、陳毅青、楊嵐雅、王翠華、 林建偉、張祖達、劉時宏、陳宣安、楊啟見、林穎東等同學幫忙協助蒐集、整理初稿， 成為課程講義的資料。沒有他們，這本書無法順利完成，非常感謝他們。協助編輯作 業的臺大出版中心的李協芳先生，以及臺灣地形研究室的簡明柔，繪圖的葉力瑋與隨 時提供技術支援的鄭遠昌、陳以秤，要特別感謝。 這本書得以完成，若有點貢獻，要特別謝謝家人長年的支持，包括父母親、太太 與兩個孩子，謝謝他們長年的支持、照顧與容忍。最後謹以這本書獻臺大地理環境資 源學系，感謝結緣一輩子。
謹具
2022 年 5 月 1 日
目錄
第 1 章 簡介 1.1 問題...................................................................................................................................... 2 1.2 前言...................................................................................................................................... 3 1.3 地形學的基本特質.............................................................................................................. 4 1.3.1 地形學的基本概念 ..................................................................................................... 4 1.3.2 地質年代 ..................................................................................................................... 6 1.3.3 地形學的基本要素 ..................................................................................................... 8 1.3.4 時間與地形演育 ....................................................................................................... 10 1.4 地形學的發展.................................................................................................................... 12 1.4.1 地形學演進過程 ....................................................................................................... 12 1.4.2 地形的演育 ............................................................................................................... 14 1.4.3 閾值 ........................................................................................................................... 17 1.4.4 地形學的動態平衡概念 ........................................................................................... 18 1.5 地形學研究的近代發展.................................................................................................... 22 1.5.1 地形學的應用 ........................................................................................................... 22 1.5.2 研究的發展 ............................................................................................................... 23 1.5.3 研究的方法與技能 ................................................................................................... 25 習作.......................................................................................................................................... 28 專有名詞.................................................................................................................................. 28 參考文獻.................................................................................................................................. 29 延伸閱讀.................................................................................................................................. 30
第 2 章 地表組成物質 2.1 問題.................................................................................................................................... 34 2.2 前言.................................................................................................................................... 35 2.3 礦物.................................................................................................................................... 36 2.3.1 礦物的特性 ............................................................................................................... 36 2.3.2 造岩礦物 ................................................................................................................... 40 2.4 岩石.................................................................................................................................... 45 2.4.1 火成岩與岩漿 ........................................................................................................... 46 2.4.2 沉積岩 ....................................................................................................................... 56 2.4.3 變質岩 ....................................................................................................................... 61 2.4.4 辨識岩石 ................................................................................................................... 65 2.5 礦產資源............................................................................................................................ 68
2.5.1 礦產 ........................................................................................................................... 68 2.5.2 能源資源與化石燃料 ............................................................................................... 69 習作.......................................................................................................................................... 72 專有名詞.................................................................................................................................. 72 參考文獻.................................................................................................................................. 73 延伸閱讀.................................................................................................................................. 73
第 3 章 構造地形 3.1 問題.................................................................................................................................... 76 3.2 前言.................................................................................................................................... 77 3.3 地球的內營力作用............................................................................................................ 78 3.3.1 地球內部構造 ........................................................................................................... 78 3.3.2 內營力作用 ............................................................................................................... 79 3.3.3 大陸漂移學說 ........................................................................................................... 84 3.3.4 海底擴張學說 ........................................................................................................... 85 3.3.5 造山與碰撞運動 ....................................................................................................... 85 3.3.6 板塊運動 ................................................................................................................... 85 3.4 褶皺、斷層與節理............................................................................................................ 87 3.4.1 褶皺地形 ................................................................................................................... 87 3.4.2 斷層的分類 ............................................................................................................... 88 3.4.3 活動斷層 ................................................................................................................... 92 3.4.4 活動斷層的分類 ....................................................................................................... 93 3.4.5 斷層地形 ................................................................................................................... 97 3.4.6 構造地形演育 ........................................................................................................... 99 3.4.7 節理與線型 ............................................................................................................. 100 3.5 構造運動現象.................................................................................................................. 104 3.6 臺灣的構造地形.............................................................................................................. 107 3.6.1 臺灣的大地構造背景 ............................................................................................. 107 3.6.2 構造地形 ................................................................................................................. 110 3.6.3 臺灣的地形分區 ..................................................................................................... 118 習作........................................................................................................................................ 120 專有名詞................................................................................................................................ 120 參考文獻................................................................................................................................ 122 延伸閱讀................................................................................................................................ 122
第 4 章 風化與侵蝕 4.1 問題.................................................................................................................................. 126 4.2 前言.................................................................................................................................. 127
4.3 風化作用.......................................................................................................................... 128 4.3.1 物理（機械）風化作用 ......................................................................................... 128 4.3.2 化學風化作用 ......................................................................................................... 131 4.3.3 風化產物 ................................................................................................................. 133 4.3.4 風化速率 ................................................................................................................. 134 4.3.5 成土作用 ................................................................................................................. 136 4.3.6 土壤的特性 ............................................................................................................. 140 4.4 侵蝕作用.......................................................................................................................... 149 4.4.1 侵蝕 ......................................................................................................................... 149 4.4.2 土壤侵蝕與萬用土壤沖蝕公式 ............................................................................. 152 4.5 邊坡地形.......................................................................................................................... 155 4.5.1 邊坡系統 ................................................................................................................. 155 4.5.2 邊坡發育 ................................................................................................................. 156 4.6 臺灣的風化與侵蝕個案.................................................................................................. 157 4.6.1 野柳 ......................................................................................................................... 157 4.6.2 泥岩惡地地形 ......................................................................................................... 162 4.6.3 礫岩惡地地形 ......................................................................................................... 168 4.6.4 季風帶的風化、侵蝕 ............................................................................................. 170 習作........................................................................................................................................ 171 專有名詞................................................................................................................................ 171 參考文獻................................................................................................................................ 172 延伸閱讀................................................................................................................................ 172
第 5 章 海岸地形 5.1 問題.................................................................................................................................. 176 5.2 前言.................................................................................................................................. 177 5.3 海岸地帶.......................................................................................................................... 178 5.4 海水作用.......................................................................................................................... 180 5.4.1 波浪 ......................................................................................................................... 181 5.4.2 潮汐 ......................................................................................................................... 182 5.4.3 海流 ......................................................................................................................... 182 5.5 海水面變遷...................................................................................................................... 183 5.6 海岸的侵蝕地形.............................................................................................................. 185 5.7 海岸的堆積地形.............................................................................................................. 189 5.8 生物性海岸...................................................................................................................... 197 5.8.1 珊瑚礁海岸 ............................................................................................................. 197 5.8.2 藻礁海岸 ................................................................................................................. 199 5.9 世界典型的海岸.............................................................................................................. 200 5.9.1 構造性海岸 ............................................................................................................. 200
5.9.2 進夷、退夷海岸 ..................................................................................................... 200 5.9.3 岬灣海岸 ................................................................................................................. 201 5.9.4 峽灣海岸 ................................................................................................................. 201 5.9.5 其他主要特殊海岸 ................................................................................................. 202 5.10 臺灣的海岸地形............................................................................................................ 207 5.10.1 北部岬灣海岸 ....................................................................................................... 210 5.10.2 東部斷層海岸 ....................................................................................................... 212 5.10.3 南部珊瑚礁海岸 ................................................................................................... 216 5.10.4 西部隆起海岸 ....................................................................................................... 217 5.11 島嶼 ................................................................................................................................ 222 5.11.1 島嶼 ....................................................................................................................... 222 5.11.2 火山島、構造運動島 ........................................................................................... 223 5.11.3 大陸島 ................................................................................................................... 226 5.11.4 珊瑚礁島 ............................................................................................................... 226 習作........................................................................................................................................ 228 專有名詞................................................................................................................................ 228 參考文獻................................................................................................................................ 229 延伸閱讀................................................................................................................................ 229
第 6 章 河流地形 6.1 問題.................................................................................................................................. 234 6.2 前言.................................................................................................................................. 235 6.3 河川水文的特徵.............................................................................................................. 236 6.3.1 河流作用過程 ........................................................................................................ 236 6.3.2 河流侵蝕與搬運 ..................................................................................................... 239 6.3.3 水流動的類型 ......................................................................................................... 243 6.3.4 河川襲奪 ................................................................................................................. 244 6.3.5 河川的均夷剖面 ..................................................................................................... 245 6.4 水循環與河川的作用...................................................................................................... 248 6.4.1 侵蝕 ......................................................................................................................... 248 6.4.2 河谷之發育 ............................................................................................................. 250 6.4.3 河谷之類型 ............................................................................................................. 250 6.5 河川輸沙.......................................................................................................................... 254 6.6 河流侵蝕循環.................................................................................................................. 256 6.6.1 河流演育模式 ......................................................................................................... 256 6.6.2 河流侵蝕模式 ......................................................................................................... 257 6.7 河川計測.......................................................................................................................... 260 6.7.1 流域與集水區 ......................................................................................................... 260 6.7.2 水系型態 ................................................................................................................. 260
6.7.3 河川級序 ................................................................................................................. 262 6.7.4 地形參數 ................................................................................................................. 262 6.8 河流地形.......................................................................................................................... 264 6.8.1 侵蝕地形 ................................................................................................................. 264 6.8.2 堆積地形 ................................................................................................................. 268 6.9 臺灣的河流地形.............................................................................................................. 270 6.9.1 臺灣的水文特徵 ..................................................................................................... 270 6.9.2 臺灣的河川輸沙 ..................................................................................................... 270 習作........................................................................................................................................ 274 專有名詞................................................................................................................................ 274 參考文獻................................................................................................................................ 276 延伸閱讀................................................................................................................................ 276
第 7 章 石灰岩地形 7.1 問題.................................................................................................................................. 280 7.2 前言.................................................................................................................................. 281 7.3 石灰岩的特色.................................................................................................................. 282 7.3.1 石灰岩的形成 ......................................................................................................... 282 7.3.2 石灰岩地形的形成條件 ......................................................................................... 282 7.3.3 溶蝕作用與沉澱、堆積作用 ................................................................................. 284 7.3.4 石灰岩的分類 ......................................................................................................... 286 7.4 石灰岩地形...................................................................................................................... 287 7.4.1 石灰岩地下地形 ..................................................................................................... 287 7.4.2 石灰岩地表地形 ..................................................................................................... 288 7.4.3 溶蝕地形與氣候關係 ............................................................................................. 291 7.5 石灰岩地形的演育.......................................................................................................... 293 7.5.1 石灰岩的地形循環 ................................................................................................. 293 7.6 世界的石灰岩區.............................................................................................................. 294 7.7 臺灣的石灰岩地形.......................................................................................................... 297 7.7.1 西南部的石灰岩 ..................................................................................................... 297 7.7.2 墾丁高位珊瑚礁 ..................................................................................................... 298 7.7.3 太魯閣峽谷的變質石灰岩 ..................................................................................... 300 7.7.4 藻礁 ......................................................................................................................... 302 7.7.5 燕巢雞冠山 ............................................................................................................. 303 7.7.6 壽山 ......................................................................................................................... 303 7.7.7 石灰岩的開採 ......................................................................................................... 304 習作........................................................................................................................................ 305 專有名詞................................................................................................................................ 305 參考文獻................................................................................................................................ 306 延伸閱讀................................................................................................................................ 306
第 8 章 乾燥與風成地形 8.1 問題.................................................................................................................................. 310 8.2 前言.................................................................................................................................. 311 8.3 乾燥地形.......................................................................................................................... 312 8.3.1 乾燥地形的形成因子 ............................................................................................. 312 8.3.2 乾燥地形之特性 ..................................................................................................... 314 8.3.3 乾燥地形之發育 ..................................................................................................... 315 8.4 典型的乾旱區.................................................................................................................. 317 8.4.1 撒哈拉沙漠 ............................................................................................................. 317 8.4.2 阿拉伯沙漠 ............................................................................................................. 317 8.4.3 智利 ......................................................................................................................... 318 8.5 風成地形.......................................................................................................................... 319 8.5.1 風的作用力 ............................................................................................................. 319 8.5.2 風蝕地形 ................................................................................................................. 321 8.5.3 風積地形 ................................................................................................................. 323 8.6 臺灣的風成地形.............................................................................................................. 330 8.6.1 海岸沙丘 ................................................................................................................. 330 8.6.2 河口沙丘 ................................................................................................................. 334 8.6.3 富貴角的風蝕岩塊－風稜石 ................................................................................. 334 8.7 防風治沙.......................................................................................................................... 335 習作........................................................................................................................................ 336 專有名詞................................................................................................................................ 336 參考文獻................................................................................................................................ 337 延伸閱讀................................................................................................................................ 337
第 9 章 第四紀與冰河地形 9.1 問題.................................................................................................................................. 340 9.2 前言.................................................................................................................................. 341 9.3 第四紀.............................................................................................................................. 342 9.4 第四紀與冰河期.............................................................................................................. 344 9.4.1 冰河期 ..................................................................................................................... 346 9.4.2 海水面變遷 ............................................................................................................. 346 9.4.3 氣候變遷的影響 ..................................................................................................... 347 9.4.4 年表與校準 ............................................................................................................. 349 9.4.5 岩層層序與紋層法 ................................................................................................. 349 9.4.6 定年的方法 ............................................................................................................. 350 9.5 冰河地形與環境.............................................................................................................. 359 9.5.1 冰河的分類 ............................................................................................................. 360
9.6 冰河的運動...................................................................................................................... 363 9.6.1 冰川的平衡 ............................................................................................................. 363 9.6.2 冰河的移動 ............................................................................................................. 364 9.7 冰河的侵蝕作用與地形.................................................................................................. 366 9.7.1 冰河的侵蝕作用 ..................................................................................................... 366 9.7.2 冰河的侵蝕地形 ..................................................................................................... 367 9.8 冰河的堆積作用與地形.................................................................................................. 370 9.8.1 冰河的堆積作用 ..................................................................................................... 370 9.8.2 冰河的堆積地形 ..................................................................................................... 371 9.9 冰緣地形.......................................................................................................................... 374 9.9.1 冰緣的定義 ............................................................................................................. 374 9.9.2 冰緣的特性 ............................................................................................................. 374 9.9.3 主要的冰緣地形 ..................................................................................................... 375 9.9.4 冰緣地區的地形作用 ............................................................................................. 377 9.10 臺灣的冰河地形............................................................................................................ 378 習作........................................................................................................................................ 381 專有名詞................................................................................................................................ 382 參考文獻................................................................................................................................ 383 延伸閱讀................................................................................................................................ 383
第 10 章 火山地形 10.1 問題................................................................................................................................ 388 10.2 前言................................................................................................................................ 389 10.3 火山作用........................................................................................................................ 390 10.3.1 火山的形成 ........................................................................................................... 390 10.3.2 岩漿與火山 ........................................................................................................... 391 10.3.3 火山的分類 ........................................................................................................... 392 10.3.4 火山伴生現象及地形 ........................................................................................... 396 10.4 火山與人類的關係........................................................................................................ 402 10.4.1 後火山活動 ........................................................................................................... 402 10.4.2 火山對人類的影響 ............................................................................................... 406 10.5 臺灣的火山地形............................................................................................................ 408 10.5.1 陽明山火山 ........................................................................................................... 408 10.5.2 澎湖的火山 ........................................................................................................... 410 習作........................................................................................................................................ 412 專有名詞................................................................................................................................ 412 參考文獻................................................................................................................................ 413 延伸閱讀................................................................................................................................ 413
第 11 章 應用地形 11.1 問題 ................................................................................................................................ 416 11.2 前言 ................................................................................................................................ 417 11.3 應用地形學的概念 ........................................................................................................ 418 11.3.1 應用地形學的內涵與分支 ................................................................................... 418 11.3.2 應用地形學的研究方法 ....................................................................................... 420 11.4 地形學的應用 ................................................................................................................ 424 11.4.1 地形學應用的方向 ............................................................................................... 424 11.4.2 天然災害 ............................................................................................................... 429 11.4.2 環境監測 ............................................................................................................... 450 11.4.3 環境模擬 ............................................................................................................... 451 11.4.4 環境影響評估 ....................................................................................................... 452 習作........................................................................................................................................ 456 專有名詞................................................................................................................................ 457 參考文獻................................................................................................................................ 457 延伸閱讀................................................................................................................................ 458
第 12 章 地勢分析 12.1 問題................................................................................................................................ 462 12.2 前言................................................................................................................................ 463 12.3 地形單元........................................................................................................................ 464 12.4 地形圖與地形判讀........................................................................................................ 469 12.5 地貌製圖........................................................................................................................ 477 12.5.1 地貌圖的內涵 ....................................................................................................... 477 12.5.2 地貌圖的繪製 ....................................................................................................... 478 12.5.3 地貌圖的讀圖 ....................................................................................................... 479 12.6 數值地形模型..................................... .......................................................................... 481 12.6.1 測量方法與工具 ................................................................................................... 482 12.7 地形判釋........................................................................................................................ 491 12.7.1 地形圖的應用 ....................................................................................................... 491 12.7.2 工程環境與潛在災害之評估 ............................................................................... 493 習作........................................................................................................................................ 499 專有名詞................................................................................................................................ 499 參考文獻................................................................................................................................ 500 延伸閱讀................................................................................................................................ 500
第 13 章 地景保育 13.1 問題................................................................................................................................ 504 13.2 前言................................................................................................................................ 505 13.3 地景................................................................................................................................ 506 13.3.1 地景的特性 ........................................................................................................... 506 13.3.2 地景的組成 ........................................................................................................... 506 13.3.3 地景多樣性 ........................................................................................................... 508 13.3.4 地景的分級 ........................................................................................................... 510 13.4 臺灣地景保育歷程........................................................................................................ 520 13.5 人類世地形學................................................................................................................ 530 13.6 關鍵帶的保育................................................................................................................ 542 13.7 小結................................................................................................................................ 545 習作........................................................................................................................................ 547 專有名詞................................................................................................................................ 547 參考文獻................................................................................................................................ 548 延伸閱讀................................................................................................................................ 548
專有名詞索引........................................................................................................................ 551 圖片來源................................................................................................................................ 565
CHAPTER
1
簡 介
泥岩地區學地形 泥岩地區學 地形
xli
2
地形學
1.1 問題 地形學被稱為地質學的最後一章，也是地理學的第一章，是探討地表的起伏、成 因與人們如何利用的學門。地形學對自然地理而言，是主要的知識架構之一，提供我 們系統研究地球科學與人地互動的基礎概念。 地表的地形作用改變了地形，產生變遷。這是地表的自然作用，然而也對人類社 會有許多的影響。當超過人們可以承擔的限度時，就形成災害，因此人們需要面對地 形災害的成因與如何減少災害的損失。 過去地形學的發展經過一、兩百年，在 1960 年代，有所謂的計量革命。許多地表 的形態，慢慢以量化資料統計呈現，如集水區的面積、形狀、坡度、水系形狀與長度等。 以地形圖為基礎的資料，在各項工程計畫中被廣泛應用，諸如水資源規劃等。隨後由 於需要面對災害的衝擊，許多地形、地質資料，成為基本參考資料，也慢慢受到重視。 尤其是巨大作用，如地震災害、超級颱風的影響，使包括地形作用與災害的監測等工 作，在 1980 年代以後，慢慢有更多的研究。之後，由於保育的聲浪，助長了地景美學 的研究，包括地景的保育、評估，以及地勢分析的工作，都慢慢成為地形學的工具與 應用範圍。2000 年以後，有關遙測與地理資訊系統的應用，乃至於小型無人飛機的發 展，都直接讓地形學的研究，不管在時間、空間的尺幅下，有更多的成長。人類世地 形學的概念，也因此有愈來愈多的探討。 臺灣是個島嶼，地形演育受到地殼的內營力作用與地表的外營力作用，形塑出許 多的地形特色，是公認的地球科學大實驗室。當然這也代表著多樣的地形特徵後面， 有許多獨特或巨大的作用，因此對於山坡地、河川地、海埔地等利用，都需要我們對 地表的作用與地形演變有更多的認識。我們如何瞭解地表的作用力，以及地表地形的 演變，乃至於人們如何利用地形學，是本書的挑戰（圖 1-1）。
圖 1-1
高雄泥岩惡地地質公園泥火山
簡介
1.2 前言 地形學是研究地表形貌與作用的科學，包含了形成歷史與塑造歷程。研究範疇包 含了地表物質風化侵蝕、搬運堆積等一系列過程。 地質學、土壤學 土壤學、水文學 水文學、氣候學 氣候學關係密切。由於第四紀以來（見 地形學與地理學、地質學 1.3.2 節），有許多地表作用塑造許多地形特徵，地形學主要的研究是以第四紀為主， 也就是約 200 萬年地表特性、組成、演變，與對人們的活動影響為主。探討不同尺度 的水文、地殼運動等內外營力的作用影響（圖 1-2）。 地球表面具有高低起伏的特色，這種起伏的差異，稱之為地勢 地勢（topography）。除 了起伏的差異，還有外形特徵的不同，因此對於這種「地表起伏」常有許多不同的名 形 地 表 形 態（landshape）、 態 形 貌（morphology）、 貌 地勢 稱， 例 如 地 形（landform）、 （terrain），中文常用「地形」或「地貌」稱之。另外現在常用的地景 地景（landscape）， 則是指各種地表地形的組合，形成該地形區的一種景觀。這些地景，通常還包括了地 表的人文活動與自然特色。本文中「地形」一詞，主要是指各種地形作用形成之形態。 「地貌」一詞則是指小的地形景觀，例如野柳的女王頭，是海岸地形，但也是蕈狀岩 的地貌。然而有時候，仍會混用。相同的地形，有不同的用語，本書嘗試將其比較， 並置於書後，提供讀者參考。 地 形 學（geomorphology） 學 這 個 名 詞 第 一 次 被 使 用 來 描 述 地 表 形 貌 是 在 1870 到 1880 年 代。 源 自 於 希 臘 字「geo」， 意 思 是 地 球， 或 是 與 大 地 有 關 的 稱 呼， 而 「morph」，意思是形狀，「logos」，意思為一種論述、學說，合起來就是關於地球 外形的學說。地形學研究地表特徵的起源與演育，這些特徵是在地表經由各種物理及 化學作用，即所謂的內營力、外營力所產生的現象。在不同的時間、空間尺度下，產 生不同的大小地形、空間研究尺度的研究課題，例如小山丘到山脈到各大板塊，時間 研究尺度可以從數天至數千、數億 年。 國 際 地 形 學 者 協 會 在 其 網 頁 開 端， 就 昭 示：Geomorphology is the Interdisciplinary and Systematic Study of Landforms, their Landscapes and the Earth Surface Processes that Create and Change them.
圖 1-2
地震後的雙冬九九峰礫岩
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地形學
1.3 地形學的基本特質 1.3.1 地形學的基本概念 Thornbury（1969）曾提出地形學的十大基本特質，成為後來研究地形學重要的依 據與概念。經過 50 年後，重新檢視，當時的許多概念，仍可以適用於今日的地形演育 概念。其概念說明如下： 概念一：古今同一律 古今同一律。過去地質時代進行的地質作用、自然法則與今日基本上是相同 的，只是強度不一定相同。 此觀念於 1787 年時由 Hutton 首先提出。Hutton 指出「現在是通往過去的一 把鑰匙」，但他認為地質作用過程，從古迄今，具有相同的強度與作用，但 作用頻率與規模應是不相同的。例如在地質時代的冰河，比起今日的冰河範 圍，可能要大得多。世界氣候的分布，也具有很大的不同，但冰河作用 冰河作用或河 流的侵蝕堆積方式，大致是相同的，只是其規模與頻率可能有些不同。 概念二：重視地質因素。在地形發育的 過程中，地質構造是一個主要 的控制因子。今日所見的地形， 反映著當地的地質構造。 戴維斯認為地形發育中，地質 構造與地表作用 地表作用，是主要影響 地形演育的步驟與階段因素， 「構造」又為其首要因素。構 造 包 括 地 質 構 造（ 褶 皺、 皺 斷 層 ），以及地形的各種物理化
圖 1-3
差異侵蝕及風化：蕈狀岩及節理
學特徵，如岩石組成礦物的種 類、節理、岩層的排列形態等。軟岩、硬岩、抗蝕力的強弱，也常被拿來做 為形容岩石在形塑地形的重要因子。軟、硬岩與抗蝕力的強弱，常是相對性 而非絕對性的。比方說，砂岩之於頁岩，砂岩為抗蝕力較強的硬岩，因此當 軟硬岩相間排列時，軟岩較易被風化侵蝕，硬岩則抗蝕力較強，則會留下來 或凸出來（如圖 1-3）。 概念三：差異 差異侵蝕 侵蝕是造成地表高低起伏的結果。地質構造不同，如軟硬岩的差異，以 及是否有斷層與節理的影響，地表受侵蝕力大小的差異，對地表形成差異侵 蝕，造成地表的起伏。 地表許多起伏的地貌，常是因作用速率（process rate）的不同而導致的。 作用過程中，如地殼變動和火山，其力量來自地殼內部，潘克稱為內營力 內營力 （endogenetic process）。另一方面能量來自太陽輻射的，如風化作用、崩壞
簡介 外營力 力（exogenetic process）。 作用、侵蝕作用等，稱為外營 概念四：不同地形作用的過程與方式，都可以發展出具有不同特性的地形組合；不同 地形作用，也可能形成同類似的地形。例如海岸地帶與乾燥地帶的沙丘，就 有不同的環境。 概念五：地形的發育是有不同規模及順序的。不同的侵蝕作用，發生在地表上，會先 後發育出新的地形。 戴維斯所提出之地形循環 地形循環（geomorphic cycle）概念，對於地表形態在發育過 程中，十分重視不同時期的代表性特徵。所謂的地形循環，即地表形狀因受 外營力的影響，而產生了各種變化。在地形循環之中，「時間」僅具有相對 的意義，因為影響地形變化的原因太多。 概念六︰任何一種地形幾乎不可能只有一種地形作用就可以形成，也無法用一次地形 發育的循環就解釋清楚。地形的演育過程其實是極複雜的。在長時間演育過 程中，一次的地形循環中，不可能只產生一種地形，常是各種地形交疊其他 的地形作用，一次次演育出新的地形。 侯伯格（Horberg, 1952）將地形作用歸為幾大類：（1）單純地形，意即有一 種主要優勢（非絕對）的地形作用力量所形成。（2）複合地形，由二種或以 上的地形作用，共同影響而成。幾乎所有的地形都是複合地形，只能說是主要 的地形作用形成，例如河流侵蝕地形。但自然界常並非如此，例如冰河的外洗 平原，就是冰蝕與風積共同作用而成；火山頸地形是火 火山作用 山作用與風化侵蝕作用 共同形成的複合地形。（3）單循環，表示此地形僅受到一次侵蝕循環。（4） 複循環為受到一次以上的侵蝕循環作用。大多數的地形都是複循環，例如在板 塊活動旺盛的地區，地形尚未侵蝕至老年期，就再一次經歷隆起等抬升作用。 在古老的岩層上，也可能會有新的外來堆積物，之後繼續被侵蝕。 概念七：今日地表的形態，大多形成於第四紀以後（表 1-1）。只有古老大陸核心地區， 才可能保留一些地質年代古老的地貌。 中新世後的地形區，僅少數形成於中新世之前。 一般地質構造形成的時間，均遠較其發育地形的時間更老，例如喜馬拉雅山 可能先後在白堊紀或始新世、中新世發生褶皺，但它現在的高度是上新世時 所形成、所發育的地形。 概念八：由於地形的形成是受到多重因素影響，因此要正確解釋今日的地景，必須充 分瞭解第四紀的地質作用及氣候變化造成的影響。 一般認為第四紀的地質和氣候變化，深刻影響今日的地形。因當時的冰河作 用，直接影響的面積很大，間接受影響的範圍更大，氣候變遷所影響的尺度 往往是全球性的。
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地形學 第四紀的地質與氣候變化，是研究今日地表地形時，很重要的參考佐證資料。 概念九：正確暸解不同地形作用過程，才能對世界氣候，有深度的瞭解。 氣候為長時間的天氣變化，包括溫度與降水量。溫度會影響風化速率的強弱， 如土壤化育、抗蝕力強弱等，影響地表起伏的情形。降水量還包括雨量多寡、 降雨強度與降雨變率。其他如蒸發散量、風向、風速、迎背風、向背陽、高 度差異等，也是影響風化速率的因子。氣候條件會影響植被生長與分布，以 及物理與化學風化的方式，進而影響地形的演育。 概念十：如果能從過去的氣候資料、地形資料與模式，來看地形發育與歷史演育，與 今日地形的變遷方式，會更有幫助。 Thornbury 認為地形學最大用處在於歷史的延伸。從現今的現象，瞭解未來可 能的演變。地形學若欲獲得最大的應用，必須在研究方向上更趨向地史方面 的研究，包括沉積學和岩層學兩方面的地質概念應用，並瞭解土壤學和氣候 學。如此，地形學的原理，才能在地質學的實地應用上，變成真正有用的工具。
1.3.2 地質年代 地球形成至今約有 46 億年，期間曾經在地球上演化出許多的生命，並經歷無數次 的地殼變動、火山爆發等地質事件。大約從 19 世紀開始，許多國家開始了地層對比、 地層柱及地質圖製作的工作，同時也進行地質年代表的排列與命名。地質年代的概念 提供我們對岩層形成的年代、方式，有更深入的瞭解與比對參考（表 1-1）。 地質年代的特性 地質年代的界定與命名，依據地質年代具有階層性，例如元、代、紀、 世等。每個地質年代的時距長短不同，並非依據時間的長短有規律地分隔每 一段時間。以下藉分階層，說明該時期有何特色。 1. 隱生元 （Cryptozoic eon）或前寒武紀 （Precambrian）：隱生元就是 前寒武紀以前的時代，為地球形成的 46 億年前至 541 百萬年前的這 一段時間。隱生元原來是指這個時代沒有生物的意思。 2. 顯生元 （Phanerozoic eon）：是生命大量出現的意思，因生命在 541 百萬年前時迅速地展開 （稱寒武紀大爆發），包含了自 541 百萬年前 至今的這一段時間，因而得名顯生元。 （1） 古生代 （Paleozoic era）：是古代生物生活的時期，時間自 541 百 萬年前至 252 百萬年前，古生代早期，包括寒武紀、奧陶紀和志 留紀，古生代晚期則為泥盆紀、石炭紀和二疊紀。
簡介
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（2） 中生代 （Mesozoic era）：這一段時間內，恐龍出現並大量繁衍， 成為主宰地球的脊椎動物。末期，哺乳動物首度出現。白堊紀末 期發生了隕星或慧星撞地球的毀滅性事件，導致大部分的生物死 亡，同時結束了恐龍統治地球的時代。 （3） 新生代 （Cenozoic era）：包括中生代末期直到現在的這段時間。 新生代雖然時間短，在地球歷史上，造山運動達到最高峰。 第 四 紀 （Quaternary period） 由 更 新 世 （Pleistocene） 和 全 新 世 （Holocene）二個世所組成。更新世約自 2.6 百萬年前開始，全新世則由 1 萬年前開始至今的這一段時間，是地質時代中最晚的時期。人類進化並成為 地球上優勢的族群。
表 1-1 地質年代表 代 （Era）
新生代 (Cenozoic)
紀/世 （Period/Epoch）
距今年代 （百萬年）
全新世 (Holocene) 第四紀 (Quaternary) 更新世 (Pleistocene)
0.01
現代人類
2.6
石器時代人類
新近紀 (Neogene) 古近紀 (Paleogene)
特徵說明
上新世 (Pliocene)
5.3
中新世 (Miocene)
23
開花植物普及
33.9
遠古豬及人猿
漸新世 (Oligocene) 始新世 (Eocene)
56
古新世 (Paleocene)
66
遠古馬及牛
145
恐龍開始滅絕，開花植物出現。中國在白堊紀中期至末 期，發生燕山造山運動。
中生代 侏羅紀 (Jurassic) (Mesozoic)
201
鳥類、哺乳類出現。由法國與瑞士間的侏儸山 (Jura Mt.) 命名。此時恐龍與爬蟲類廣泛分布，原始鳥類征服天空。
三疊紀 (Triassic)
252
恐龍和巨大的海上爬蟲普遍出現，同時小型原始哺乳動物 進化出現。現代珊瑚也出現於此時。
二疊紀 (Permian)
298
爬蟲類與兩棲類生物大量繁衍，因此二疊紀亦稱為兩棲類 的時代。
石炭紀 (Carboniferous)
359
此時期形成的岩層中含有豐富的煤炭，因此又可稱為煤炭 的時代。煤炭森林、第一種爬蟲類、有翅膀的昆蟲皆出現 於此時。
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為古生代中造山運動的顛峰期，同時因魚類繁衍，故泥盆 紀又稱為魚的時代。第一種兩棲動物、樹也出現於此時期。
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早古生代的末期，此時魚類出現了，成為第一個脊椎動 物，陸生植物、珊瑚礁亦出現。
奧陶紀 (Ordovician)
485
此時期地球大部分為溫和的氣候，在海中大多數還覆蓋了 生物建造之沉積物。
寒武紀 (Cambrian)
541
為古生代中最老的紀，這一段時間內重要的事件為生物的 「寒武紀大爆發」，單細胞生物繁多，三葉蟲普遍存在。
白堊紀 (Cretaceous)
泥盆紀 (Devonian) 古生代 (Paleozoic) 志留紀 (Silurian)
原生代 無生代
前寒武紀 (Precambrian)
2,500 4,600
菌藻類
資料來源：International Commission on Stratigraphy（2021）International chronostratigraphic chart
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地形學
1.3.3 地形學的基本要素 英國地形學者 Denys Brunsden（1990）於第一屆國際地形學大會（法蘭克福， 1989）演講時，提出了地形學十大基本要素的概念，可與 Thornbury 的十大基本概念 合併參考。 要素一：地形的型態常受地質岩性的種類、分布位置、構造運動，加上空間及時間的 綜合因素影響。 要素二：地形受構造與剝蝕作用影響而演育。這些作用持續進行著，並且反映著作用 的速率。 要素三：地形發育以海平面為最終的侵蝕基準，但海平面卻是常變動的。 要素四：一連串的環境狀態經過地表作用交互作用，會產生屬於這個地區的特徵。 擾動、改變與平衡的過程。 要素五：地形的發展過程與整個系統，是一種持續不斷的擾動 是複雜而不連貫的。 構造運動造成的現象而變化，這些事件稱構造 構造 要素六：地形特徵因特殊事件，如劇烈構造運動 事件（formative event）。 事件 要素七：規模大而頻率小的構造運動或氣候變遷事件，常會大規模地改變地貌形態， 地質災變（geocatastrophes）（圖 1-6）。 這些事件我們稱之為地質災變 要素八：當對自然界的干擾超過其系統能夠承受的閾值時，自然界會形成一個新的平 衡，成為這個新的地貌特徵。 要 素 九： 地 形 對 於 環 境 的 改 變， 有 一 個 程 度 範 圍 的 承 受 力， 我 們 稱 之 為 敏 感 度 （sensitivity），這些承受力，在不同時空上具有多樣性、複雜性及改變地形， 例如泥岩對降雨事件的敏感度，就遠高於砂岩（圖 1-4）。 要素十：地景抵抗變化的能力，會隨著時間而變化。許多岩石因為風化作用而減少強 度，易受風化作用，同時也容易改變地貌（圖 1-5）。
圖 1-4
月世界泥岩沖蝕現象
圖 1-5
高雄十八羅漢山
簡介 上述十大要素說明要認識地形學的內容與特性，需要瞭解地表的組成物質、構造 運動的特色。其次，需要加強有關海水面變遷對低海拔地區影響的認識，包括承受各 種的地形變遷與能量及特性。再者，需瞭解各種地形的敏感性，與地景變遷與風化及 侵蝕作用的特性。
圖 1-6
不同時間尺度下的氣候變遷
圖片來源：改繪自 Goudie（1995）, p.12
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1.3.4 時間與地形演育 地形演育中，時間是一個重要因素。隨著時間過去，地形特徵也會因為地表作用 力的改變而改變。地表的組成物質，會因為其產狀與生成方式，加上構造運動等內外 營力的影響，以及風化、侵蝕速率不同，而有不同的演育方式。 頻率與規模不同，會造成地形演育，乃至形成地景多樣性。地形演育，有規模大小， 與作用時間長短的差異。有些地形的演育，可以在一天內進行，例如澎湖奎壁山的摩西 分海的陸連島，隨著海水潮位的變遷，每天重複的變遷（圖 5-37 ～ 5-38）。 以年為變遷單位的時間尺幅，有如墾丁國家公園的風吹沙地形：冬天東北季風可 以將沙灘上的沙粒，吹送揚起 70 公尺的高度，形成充滿沙的河溝；夏天則受颱風雨水 的沖刷，流回海灘，年復一年，形成特殊地景（圖 8-58）。和平島的海崖受到海水侵蝕、 風化與重力影響，每年都會崩落。在 2020 至 2021 年間，就崩落了 7 次（圖 1-7）。
圖 1-7
和平島海崖落石發生時間及分布圖
草嶺的地滑是另外一個例子，從 1870 年來，草嶺因為地震、颱風、豪雨，也持續 發生五次地滑現象。隨著時間過去，還沒有滑動的物質，慢慢風化，或因為節理發達， 或因為抗摩擦力減小，發生地滑（圖 11-51）。圖 1-8 及 1-9 說明草嶺的清水溪因為地滑 造成堰塞湖，埋積河床。
簡介
圖 1-8
草嶺清水溪
圖 1-9
草嶺峭壁雄風
野柳的女王頭蕈狀岩，也是一個典型的例子。隨著時間過去，估計每年會因為自 然風化、侵蝕的速率是 1 公釐。所以在有限的時間裡，許多野柳地區的蕈狀岩，都已 經演育成沒有蕈狀岩頭部的現象。這些都可能發生在數十年的時間尺度裡發生變化 （圖 1-10）。 上述的個案說明，時間的因素是瞭解地形演育的重要參考因子。地表組成物質抗 風化侵蝕的能力、地表作用力的能力、構造運動的抬升、擠壓是否造成岩層破碎等因 素，加上時間。是我們理解地形演育重要的入門點。
圖 1-10 蕈狀岩演育圖 說明：臺灣野柳的砂岩層裡，含有鈣質砂岩較多的岩層，比較不容易被侵蝕。相對的就容易凸出地表， 形成蕈狀岩。露出地表的時間愈長，受到海水等風化作用，岩石會被磨蝕掉，形成斷頭狀、細頸、粗頸 與無頸狀的外貌。
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1.4 地形學的發展 1.4.1 地形學演進過程 地形學在通論地理學中的劃分，屬於自然地理的範疇，說明地形學是描述和解釋 地球表面高低形狀的科學。地形學探討的範圍包括各種規模的地形，除了小規模的地 形，如河階、沙丘，也包括大規模如海洋板塊與陸地板塊的生成與現狀。 地形學的本質，可以從地表的形態、作用與演變來探討。由於地形學的研究對象 是「地表形態」，除了研究各種地形的組成物質、構造現象、規模大小，以及空間分布， 還有各種地形的成因、特徵、演育過程和機制。藉著瞭解地形演育的方式與在地球系 統演育的意義，是分析各種環境、資源、災害等相關領域的基礎與科學依據。 每一種地形作用，表現的特徵發展出一組特色集合體。這個地形的起源與演變方 式，可以被辨認出來，如同人有獨特的指紋，可以用來辨識出某一個人，而非其他人。 地形的獨特性就像指紋一樣，可以辨識出創造他們的作用為何，以及可能的演育過程。 地形學研究，在 1990 年代開始，國際地形學者協會出版了創會後的第一本介紹各 國的地形研究成果，世界各國又展開了新的一頁（Walker and Grabau, 1993）。 過去半世紀以來，國際地形學界的發展，在各國都有長足的進展。以非常具有地 球科學傳統的英國而言，地形學的研究為地理系重要的課程。從早期的野外調查、量 測，到 1980 年代，開始完成全英國的崩塌調查，也開始有關特殊地景的調查，並完成 一系列的叢書，奠定英國對特殊地景保育的基礎。 1990 年 代 更 由 於 電 子 儀 器 等 設 備 的 精 進， 野 外 自 動 化 收 取 資 料， 也 愈 來 愈 精 密。 其 中 英 國 地 形 學 會（British Geomorphology Society, BGS； 前 身 為 British Geomorphological Research Group, BGRG）扮演引領的功勞不可磨滅。其每年於溫莎堡 為研習地形學的碩博士生辦理的課程，至今甚至已經延續超過 40 多年。其出版的期 刊 Earth Surface Processes and Landforms（ESPL）仍是當代重要的地形學相關期刊。其 歷任的主席，也成了引領國際地形學研究的重要成員。日本地形學聯合會 （Japanese Geomorphological Union, JGU）也是具有非常悠久的歷史。 1989 年成立的國際地形學者協會（International Association of Geomorphologists, IAG）由英國倫敦大學國王學院的 Denys Brunsden 教授擔任第一任主席。30 多年來， 扮演非常多推動的角色，至今仍是國際地形學界主要推動地形學研究的國際組織。 其他如法國、德國、波蘭、中國、義大利、西班牙、澳洲與紐西蘭、南非等國， 都有相關的組織，推動地形學的研究。半個世紀以來，也慢慢產生具有許多傳統研究 領域的國家，像義大利便以地形製圖頗負盛名。中國以冰川凍土、黃土、海岸與海洋 研究，有許多成果。日本也以第四紀湖泊、地形災害的研究著稱。
簡介 永續發展議題的 過去十多年來，地形與社會的議題，隨著氣候變遷、地景保育與永續發展 重要性日益增加。國際地理學會成立了地形與社會委員會，也與國際地形學者協會合 作成立委員會，希望能讓地形學有更多的貢獻。 地形學的發展，可以由人們對於地形，或說是對大自然特徵的關注。西元前 15 世 紀，古希臘學者便開始記錄或描述這些自然現象。早期的地形學主要分成二大主軸， 一是氣候地形學，討論不同氣候區對地形演育的影響，包括今日氣候與古氣候如何影 響地形的形成。另外一主軸是構造地形學，主要討論內營力如何影響地形的發展與特 色，如造山運動、斷層、褶曲等構造運動。面對氣候變遷的影響，地形與社會發展的 關係，也愈來愈明顯。社會發展過程中，也需要地形學的概念及協助。 地形描述學（morphography）為主。地形描述學是一種以文字方 過去地形學以地形描述學 式對地表進行描述，記錄各種地形的特徵。對瞭解各區域間的地形特徵，幫助極 大。隨著地形學的發展，地形描述漸漸無法滿足學術上的需求；二次世界大戰後， 地形計量學（landshape 逐漸興起以研究地形的量化特色，將地形資料量化，被稱為地形計量學 morphometry）；包括了邊坡的坡度與穩定性的關係、岩層的組成物質抗風化侵蝕研究、 磨蝕作用、風化與剝蝕速率、河流的流量及負載量等。隨後引用了各種動力學的概念， 地形動力學（morphodynamics）或理論地形學，成為發展快速的領域。利用電腦， 讓地形動力學 無人航空載具（unmanned aerial vehicle, UAV）等飛行器，從事地形模擬等 乃至於利用無人航空載具 實驗，近年來成為地形學研究中很重要的一環。可見的未來，引用地形模擬的影像， 發展人工智慧加值，仍有許多發展空間。 有關臺灣地形的研究裡，師大地理學系的石再添教授與張瑞津教授說明了臺灣的 地形研究，從日本時代富田芳郎（1972）的《臺灣地形發達史》與鹿野忠雄（1934） 對臺灣高山冰河地形的研究，到戰後的林朝棨（1957）的《臺灣地形》及鄒豹君（1976） 有系統的介紹臺灣地形，還有在師大地理學系的海岸地形計量研究，以及濁大計畫等， 都是那個時代的成果。之後，有關地形學有關的著作出版，主要是王鑫（1988）的《地 形學》、石再添等（1996）《重修臺灣省通志》地形篇，齊士崢、林俊全（2007）的《臺 灣地表型態特徵》，楊貴山、沈淑敏（2010）的《臺灣全志》與楊貴三、葉志杰（2020） 的《福爾摩沙地形誌》等。還有許多有關地形的期刊論文發表，慢慢鋪陳著臺灣的地 形學領域研究。 臺灣的地質界也對地形學的研究，有許多階段性的成果發表。例如林朝棨與周瑞 敦的《臺灣地質》的出版，與隨後的何春蓀（1975, 1990）的《臺灣地質概論》與《普 通地質學》、陳培源（1982）的《野外及礦業地質學》，都提供瞭解臺灣地形特色的 基礎。 過去地形學的研究領域，有從自然地理學切入（Strahler and Strahler, 2006；Clark, et al. 1988；Huggett, 2011；Press and Siever, 2001），有從地形學課程切入（Chorley et
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地形學 al. 1984；Ahnert, 1998；Cooke, 1985；Rhoads, 2006）， 有 從 其 本 質 探 討（Thornbury, 1969；Thornes and Brunsden, 1977；Schumm, 1991；Summerfield, 1991）， 有 從 各 國 家、區域整理其地形特色（Ahnert, 1989；Holmes and Meadows, 2012），也有從電腦 模式模擬研究（Kirkby et al., 1993；Jackman et al., 1995），或對整個地形發展的反省 （Brunsden, 1990, 2001, 2002；Bracken and Wainwright, 2006），這些都奠定了地形學 研究的基礎。
1.4.2 地形的演育 地形演育（evolution of landform）是指地形的變遷與演變。地形受到不同地質的 地形演育 組成與構造，與加諸於地表的各種作用力影響，隨著時間慢慢演育，地形隨著時間逐 步形成。經過一系列連續的發展階段，如同人的一生，體貌持續變化，地形的演育在 每個階段，都有其典型特徵。見圖 1-11 及 1-12，野柳女王頭歷經 56 年的時間洗禮。
圖 1-11 攝於 1965 年的野柳女王頭
圖 1-12 攝於 2021 年的野柳女王頭
最早關於地形演育的模式理論，是由戴維斯（William Morris Davis, 1850-1934）提出 侵蝕循環理論（cycle of erosion）。其基本假定為地殼快速上升後，經過各種地形作用， 侵蝕循環理論 使高度、坡度減少等變化，將地形特徵分為幼年期（youth）、壯年期（maturity）、老年 邊坡發育（slope development）， 期（old age）。潘克（Walther Penck, 1888-1923）提出邊坡發育 認為地形不一定符合戴維斯的循環理論。侵蝕循環理論認為地形的形狀取決於陸地上升 的相對速率，及以侵蝕搬運營力的作用力。潘克認為邊坡上移除風化物質的速率，需依 坡的傾角而定，以及物質被搬運的速率而定，並非完全受控於地表的地形作用。較陡的 邊坡後退較快，較緩邊坡後退較慢。
簡介 有關地形的演育，過去戴維斯與潘克的論述，最具有代表性。前者的論述是以一 個地形區受到外營力的侵蝕，慢慢從幼年期發育到老年期。而潘克的論述，則是加上 了地殼抬升的作用，在地形演育過程中，抬升也持續切割地塊（圖 1-13）。戴維斯論 述的地形演育過程大致如下： 1. 幼年期 幼年期：此階段的河流流動於不均勻的地表上，不斷向下和溯源侵蝕，形塑出 的地形包括瀑布、襲奪河、河谷等。 壯年期︰於此階段，開始發展出有系統性的集水區，開始有氾濫平原、曲流發 2. 壯年期 育。地形有方山、孤山、曲流、牛軛湖、氾濫平原以及沖積扇等。 老年期：此階段的地勢較緩且流速較慢，河流幾乎已無侵蝕力和搬運力，以沉 3. 老年期 積作用為主。主要地形為準平原、自然堤、三角洲等。 回春期：地殼由於繼續抬升，老年期低平的地形，受到區域的相對抬升作用， 4. 回春期 造成原有老年期的地形，因為河川下切，造成新的下切。原有低平的地形，重 新繼續被侵蝕。 有如上述，長時期的地形演育，是可以從較長的時間尺度來分析。然而中短期的 集水區地形的變遷，河道的變遷、海岸的變遷，乃至於 地形演育，包括地殼的擠壓、集水區 邊坡，或諸如野柳女王頭的變遷，等都有不同的空間尺度、規模的差異（圖 1-13）。 地質的岩性、構造的特性、作用力的頻率、規模的大小，以及時間的長短，形成 多樣的地形。不同地形的空間分布，通常與地理環境的特色，有很大的關連，例如大 規模山脈的形成與板塊運動等內營力，有很大的關係。許多地形演育，也與氣候特色， 具有高度相關，如乾燥氣候，並不容易造成侵蝕等作用。因此在討論地形的演育或特 色時，要考慮諸多因素。 地形演育與下列因子有密切關係： 1. 地質岩性軟硬與構造的斷層、節理的影響：岩性的軟硬，影響受作用力時的抗 節理的密度與大小，影響邊坡、水系的發育，也影響風 風化侵蝕能力。斷層與節理 化侵蝕的速率與方式。 2. 差異風化、侵蝕的影響：許多小地形受差異風化、侵蝕，產生多樣性的現象， 例如海岸地帶的蕈狀岩，就是差異侵蝕的結果。 3. 地表作用力的大小與速率：代表著刻劃地表的能力，也說明對地形演育的作用 力的影響。 4. 作用時間長短：長時期的作用，會造成地形的演育，但短期的作用，需要更多 的注意，因為地表的作用力的影響，尤其是超出各種地形變遷的閾值，常加速 地表的變遷。
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地形學
圖 1-13 地景演育理想模型（邊坡剖面角度） 說明：( a ) 戴維斯觀察北美大陸地形後認為，地表地形在岩石受到構造作用抬升後，開始受到外營力 的侵蝕，從幼年期高聳、起伏不定的地表，在久經侵蝕後，慢慢演變到壯年期與老年期，最終成為準 平原；( b ) 潘克在非洲大陸，也觀察到類似的外營力侵蝕作用，唯其觀察到方山地形，認為平坦的頂 部可能是過去的準平原面，啟發了地形演育過程中有循環的機會存在。（c）說明地形演育的可能演變 的地形與方式。 圖片來源：改繪自 Thornes and Brunsden（1977）, p.122
簡介
1.4.3 閾值 閾值（threshold）是地形學中重要的概念。過去 50 年來，許多定年技術的演進，讓我 閾值 們可以得知地表作用的方式、速率與年代，但地形作用如何引起地表的變化，啟動地表作 用與變遷的最低值，就是需要有閾值的觀念。各種地形，要產生變遷的閾值是不同的。 閾值代表著一地區受到地表作用的敏感性。岩性軟硬、地質構造的破碎狀況（斷 層通過、節理發達）、風化土壤特性、植生覆蓋率、氣候狀況（降雨量、降雨強度、 降雨延時）以及過去是否有崩塌等現象發生，都會影響到各地方的閾值差異。閾值做 為一地形演育的指標，說明其受地表內外營力作用的承受力。閾值愈低，代表地形特 徵產生變動、演變的機率愈高，很容易受到地表作用而改變。 例如臺灣的福山植物園，是一個森林覆蓋率百分之百的小集水區，下雨超過 100 公釐後，溪水才慢慢上漲，森林有很強的保水、涵養水分的功能。而同樣的降水量， 在苗栗的三義火炎山，已經開始引發河道上礫石流的流動。在月世界泥岩地區，已經 可以侵蝕掉厚度快 1 公分厚的泥岩。也就是說，各種岩石在不同的風化程度後，都有 不同啟動變遷的閾值。 閾值也代表著地形的敏感性（圖 1-14）。地形因為擠壓抬升而破碎，熱帶到亞熱 帶的氣候，造成化學風化程度高，因此原有的地質承受地表沖蝕能力較強，較不容易崩 塌（圖 1-14 (A) ），但隨時間過去，漸漸風化，會加快崩塌的時間（圖 1-14 (B) ）。如 果岩石風化，加上地表的作用力增加，更會加快崩塌的時間（圖 1-14 (C) ）。如果風化 作用更增加，又有極端氣候的影響，就更容易造成崩塌等現象（圖 1-14 (D) ）。因此閾 值也會呈現動態的變化。
圖 1-14 邊坡潛在崩塌動態示意圖 圖片來源：改繪自 Reynard et al.（2009）, 156-157
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1.4.4 地形學的動態平衡概念 我們所見到的地形現況，是經由許多地形作用，達到某個變遷的狀況。地形 地形作用 作用 （geomorphological process）的本質，其實便是地表組成物質由硬變軟、由高處向低處、 由大變小，趨向一種新平衡的過程。在侵蝕速率與堆積速率都很高的環境中，地形特 徵可以被迅速地改變。偶發的大規模但頻率低的事件，通常很快就會達到新的形態， 這樣的形態，又被稱為平衡態。 影響地形變遷的第一個因子是時間。改變地形的事件發生後，需要有一段適應時 期，才能成為是一種平衡的穩定狀態。此時地形的變遷，不斷在適應過程，慢慢趨向 動態平衡（dynamic equilibrium）。 新的穩定狀態，稱為動態平衡 第二個影響因子為物質抵抗侵蝕的程度。若是在膠結緊密、抗蝕力強的底岩上， 同樣大小的河道，必須要多年之後（假設流量的變化持續發生類似狀況）才會被改變。 第三個因子是地形作用規模的大小。例如沙丘上的波痕（ripple），比起它所處的 沙丘，對風向變化所做的調節要快得多，因為風搬運波痕的沉積物所需的能量，遠比 沙丘少。其反應地表變遷的作用力，相對容易達成地形演變的調整。 侵蝕基準面下移或河流流量減少，會在形態的改變過程反應，我們稱 因此，如果侵蝕基準面 適應時間（relaxation time）。時間有長有短，可以從 這段改變的期間，為地形系統的適應時間 一小段沖積河道變化的幾分鐘，到抬升山脈的數千萬年。 過去均變說、災變學說爭論的關鍵，在於表面是否變遷的問題。現今的地形作用 速率與地球表面，與過去的變遷方式是否一致呢？過去均變學者認為作用速率與過去 是一致的，跟現在相比沒有變化很大。災變學者則持相反意見，認為地形作用的速率 跟過去不一樣，且有時候會有忽然出現極端劇烈作用，例如大規模的火山噴發、小行 星或彗星的撞擊，甚至於整片山坡崩落入海。 均變說（uniformitarianism）與災變說 災變說（catastrophism），分屬地形可能 二分法的均變說 變遷的兩端。也就是說有漸變且溫和的變化，也有突然且劇烈的變化，因此系統受到 干擾時，會牽涉到控制系統的因素，與可能影響範圍、頻率與規模都有關係。 地形學的研究中，除了動態平衡的概念外，研究的空間尺度大小，與研究重點有 關。表 1-2 與圖 1-15 說明不同的研究尺度，不同的內外營力作用，有不同的研究對象。
簡介
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表 1-2 地形區的尺度 規模 空間大小 等級
例子
研究主題
大洲、海洋盆地 1
107 km2
地球物理
山脈（例如貫穿南北美洲的安地斯山到 阿拉斯加一系列山脈） 熱帶地區
構造運動 氣候
波羅的海 2
106 km2
山脈（落磯山脈） 熱帶雨林區
3
105 km2
黑海
4
104 km2
中央山脈
5
103 km2
山脈、岩性
構造學及岩石學的地殼均衡
6
102 km2
褶皺背斜與向斜、斷層地塊、火山
岩石、構造為重要一部分
7
10 km2
局部性抬升、河口
外營力作用為主
8
1 km2
泥流、蝕溝、新月丘、石山
外營力作用為主
9 10
2
構造單位裡最小的區域 地球物理作用
區塊、崖階
m
2
mm
地形單元與作用
風稜石、波紋
資料來源：Selby（1985）, p.3
外營力作用
外營力的例子 河流地形 冰河地形 風成地形 海岸地形
內營力的例子
• 微氣候及氣象事件 • 動、植物活動
• 當地氣候 • 短時距氣候變遷 • 當地植被變遷
• 區域氣候 • 中時距氣候變遷 （例如冰期－間冰期 循環）
• 世界氣候分區 • 長時距氣候變遷 （例如溫室效應狀態 與非溫室效應狀態） • 生物演化
• 微尺度地形 • 面積：＜0.25平方 公里 • 週期：10年 潭與瀑、小冰斗、沙 紋、灘頭、小型斷層 崖
• 中尺度地形 • 面積：0.25 – 100 平方公里 • 週期：1000年 曲流、谷冰河、沙丘 三角洲、小型火山
• 大尺度地形 • 面積：100 – 100萬 平方公里 • 週期：1千萬年 大型氾濫平原、冰帽、 沙漠、 岬角與灣澳、 斷層地形
• 巨尺度地形 • 面積：＞100萬平 方公里 • 週期：＞1千萬年 冰原、大型沙漠、大 陸邊緣的海岸線、主 要的山脈
• 單獨的地震或火山 噴發事件 • 當地的地質構造 • 底岩特性
• 地殼抬升 • 局部化的火山及地 殼活動 • 地質構造
• 地殼抬升 • 局部化的火山及地 殼活動 • 地質構造
• 地殼抬升 • 局部化的火山及地 殼活動 • 地質構造
內營力作用及作用因子 圖 1-15 各種不同尺度下的外營力與內營力作用 資料來源：改繪自 Huggett（2011）, p.5
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地形學
靜態平衡 靜態平衡：物體受力但沒有移動的狀 態，因為力平衡。
穩定平衡 穩定平衡：歷經微擾動後，系統逐漸 恢復至原始的平衡狀態。
非穩定平衡 非穩定平衡：微擾動驅動系統達到一 個新的平衡。
準穩定平衡 準穩定平衡：一系統內的閾值導致平 均狀態的變動。
穩定狀態平衡 穩定狀態平衡：當數個小尺度波動圍 繞一平均穩定狀態。
熱力學平衡 熱力學平衡：根據熱力學第二定律， 達到最大「熵」（entropy）的趨勢。
動態平衡 動態平衡：事件處於一個穩定狀態， 但可能朝一個方向演變。
動態準平衡 動態準平衡：事件處於一個穩定狀態， 但可能受到外來事件改變其穩定狀態。
圖 1-16 地形演育的反應時距 圖片來源：改繪自 Huggett（2011）, p.25
簡介 圖 1-16 說明各種平衡狀態。基本上，地表的地形作用都是讓地表的物體，慢慢達 成穩定狀態，如果有誘發外力，達到改變平衡狀態的閾值，便會朝另外一個平衡狀態 變化。各種的風化、侵蝕作用，都是不斷在改變平衡狀態的過程。 不同的研究尺幅也有不同的平衡狀態。整體而言，這些平衡狀態，常受到外力（內 外營力）作用，朝新的平衡狀態演變。圖 1-17 說明這樣的現象。在穩定狀態時，常受 到內外營力的作用下，形成一次改變地形的事件。改變後，隨著適應時期，朝向新的 平衡狀態。圖 1-18 說明改變這些平衡狀態的作用力，包括侵蝕、堆積、海水面上升、 下降、地殼抬升、火山作用等，都在朝平衡狀態變遷。
圖 1-17 動態平衡示意圖 圖片來源：改繪自 Selby（1989）, p.23
圖 1-18 地表高度與能量關係 圖片來源：改繪自 Summerfield（1991）, p.8
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地形學／林俊全著 -- 初版 . -- 臺北市 : 國立臺灣大學出版中心出版：國立臺灣大學發行 , 2022.06 面 ; 公分 . – ISBN 978-986-350-601-0 ( 精裝 ) 1.CST: 地形學 351.09
111006381
地形學 作
者
總 監 責任編輯 編輯協力 封面設計 內文編排
林俊全 張俊哲 李協芳 李炫逸 葉馥儀設計工作室 簡明柔、陳以秤
發 行 人 管中閔 發 行 所 國立臺灣大學 出 版 者 國立臺灣大學出版中心 法律顧問 賴文智律師 印 製 永登有限公司 出版年月 2022 年 6 月 版 次 初版 定 價 新臺幣 1600 元整 展 售 處 國立臺灣大學出版中心 106319 臺北市大安區羅斯福路四段 1 號 電話：(02) 23659286 傳真：(02) 2363-6905 100047 臺北市中正區思源街 18 號澄思樓 1 樓 電話：(02) 3366-3991~3 轉 18 傳真：(02) 3366-9986 http://www.press.ntu.edu.tw E-mail：ntuprs@ntu.edu.tw 國家書店松江門市 104472 臺北市中山區松江路 209 號 1 樓 國家網路書店 http://www.govbooks.com.tw 五南文化廣場 400002 臺中市中區中山路 6 號 http://www.wunanbooks.com.tw
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