Indledende kapitel: Geomorfologi

Indledning

Igennem millioner af år har jorden gennemgået mange forandringer, som har formet dens nuværende form og struktur. Fra en støvkugle i henhold til nebulær hypotese til den nuværende form har Jorden forandret sig meget. Engang et beboeligt sted, i Hadeantiden, har vores Jord oplevet mange processer over en lang periode på mere end 4 milliarder år. De udviklingsfaser, der har dannet den nuværende beboelige verden, omfatter både indre og ydre kræfter. Meteoritnedslag, vulkanske aktiviteter og erosionsaktiviteter fra floder, vinde, gletsjere, oceaner osv. sammen med spredningen af havbunden og pladetektoniske aktiviteter har konstant arbejdet på at forme Jorden, som vi ser den nu. Mange af disse aktiviteter finder sted i løbet af et kort tidsrum, mens nogle tager millioner af år for at skabe forskellige klimatiske, geologiske og geomorfiske regimer. Alle disse uendelige processer er stadig i gang og former vores jord i dag. Den mest bemærkelsesværdige af alle disse processer er de geomorfiske processer, da de skaber jordens form og udformning, som vi ser den nu. Derfor er studiet af disse geomorfiske processer afgørende for at forstå de fænomener og processer, der forekommer i naturen.

Med sin afledning af de græske ord γεω (jord), μορφη (morf/form) og λογοϛ (diskutere) betyder geomorfologi bogstaveligt talt “en diskussion om Jordens form”. Det er således studiet af de forskellige træk, der findes på Jorden, såsom bjerge, bakker, sletter, floder, moræneler, krat, sandklitter, strande, spidser osv., som er skabt af forskellige faktorer såsom floder, gletsjere, vind, hav osv. Siden det fjerde århundrede f.Kr. har mange mennesker studeret Jordens dannelse på grundlag af forskellige observationer i felten. Gamle grækere og romere som Aristoteles, Strabo, Herodot, Xenophanes og mange andre har diskuteret dalenes oprindelse, dannelsen af deltaer, tilstedeværelsen af muslingeskaller på bjerge osv. Efter at have observeret muslingeskaller på toppen af bjergene spekulerede Xenophanes i, at jordens overflade må have hævet og sænket sig fra tid til anden og derved skabt floddale og bjerge (ca. 580-480 f.Kr.). Efter at have observeret muslingeskaller på bjergtoppene og store sandflader foreslog Aristoteles (ca. 384-322 f.Kr.), at de områder, der nu er tørt land, må have været dækket af hav i fortiden, og at de områder, hvor der nu er hav, må have været tørt land engang. Han foreslog derfor, at land og hav skifter plads. Traditionelt set blev landskabets udviklingshistorie beskrevet ved at kortlægge de sedimentære og morfologiske træk. For at forstå landskabets udvikling har man fulgt den gyldne regel om, at “nutiden er nøglen til fortiden”. Denne regel går ud fra, at de processer, der er synlige i dag, også må have fundet sted i fortiden, hvilket kan bruges til at udlede årsagerne til landskabets dannelse i fortiden. Derfor var fortidens dannelse hovedsageligt afhængig af den relative information og aldringsmetoden.

Det er dog sådan, at ordet “geomorfologi” først blev opfundet og brugt mellem 1870’erne og 1880’erne til at beskrive morfologien af jordens overflade. Men det blev populariseret af William Morris Davis, der foreslog den “geografiske cyklus”, også kendt som “Davis-cyklus” . Han foreslog, at udviklingen af landskaber sker som følge af en vekselvirkning mellem hævning og afskalning. Han antog, at opløftning sker hurtigt, hvorefter den opløftede landmasse eroderes gradvist for at danne regionens topografi. Han antog, at opvækst er en hurtig handling, mens denudation er en tidskrævende proces. Således viser skabelsen af høje bjerge og dybe dale ungdoms-, modne- og alderdomsstadier af landformsudviklingen. Selv om Davis’ cyklus betragtes som et klassisk værk, mangler hans hypotese en grundlæggende forståelse af, at både opstuvning og denudation sker samtidig. Begge disse fænomener går hånd i hånd og er ikke nødvendigvis alternative. Næsten 35 år senere foreslog Walther Penck derfor en variant af “Davis-modellen”, hvor han viste, at samspillet mellem både opstuvning og denudation finder sted samtidig. Han foreslog, at skråningerne på grund af de samtidige virkninger vil udvikle sig i tre hovedformer. For det første en konveks hældning, hvor opstigningshastigheden er højere end denudationshastigheden; dernæst en stationær fase, hvor begge hastigheder er næsten lige store, hvilket skaber en lige hældning; og endelig konkave hældninger, hvor opstigningshastigheden er mindre end denudationshastigheden. Geomorfologer har således i tidens løb undersøgt forskellige aspekter af landformer. Nogle geomorfologer har studeret dannelsesprocessen for disse landformer, mens andre har studeret deres oprindelse og historie, og andre igen har analyseret forskellige former for landformer med henblik på deres kvantitativitet. Kort sagt fokuserer moderne geomorfologer derfor primært på tre aspekter af landformer: form, proces og historie. Form- og processtudier betegnes almindeligvis som funktionel geomorfologi, mens den sidste betegnes som historisk geomorfologi . Undersøgelsen af de forskellige processer, der er ansvarlige for dannelsen af et landskab, hører under den funktionelle geomorfologi.

Alle disse landformer, der er synlige på jorden, varierer i størrelse fra mikroskala såsom huller, flutes, krusninger osv. til megaskala såsom bjergkæder, flodbassiner osv. Derfor varierer den tid, der er nødvendig for at danne disse træk, også fra nogle få ti år til millioner af år. Det er også blevet observeret, at visse træk er hjemmehørende i visse klimazoner; derfor spiller udviklingen af klimazoner som tørre, tropiske osv. en afgørende rolle for dannelsen og udviklingen af disse geomorfiske træk. F.eks. viser de landformer, der er observeret på højere breddegrader, tegn på istids- og nedisningscyklusen, som er et tegn på det kvartære klimatiske miljø, mens andre dele af verden, f.eks. Grand Canyon i Colorado-flodens dal i USA, har bevaret signaturen af forskellige aktiviteter, der fandt sted for hundreder af millioner af år siden, i deres forskellige landformer. De fleste landformer er dannet og deformeret på grund af to processer, nemlig endogene processer, der finder sted i jordskorpen, såsom konvektive varmecyklusser, opstigende plamager og magmakamre, og exogene processer, der former træk på jordens overflade ved hjælp af forskellige forvitringsmidler som vand, vind, gletsjere, have osv. Alle disse fænomener i landskabets udvikling med hensyn til levetid, klimazoner og processer er vist i figur 1.

Der er udført mange arbejder inden for funktionel og historisk geomorfologi. Nu er der blevet undersøgt mange andre områder eller former for geomorfologi som f.eks. tektonisk geomorfologi, undersøisk geomorfologi, planetarisk geomorfologi, klimatisk geomorfologi og modelleringsgeomorfologi. Samspillet mellem tektoniske kræfter og geomorfologiske processer deformerer jævnligt jordskorpen, og dette førte til udviklingen af tektonisk geomorfologi. Den anvender teknikker og data fra andre geologiske områder, især strukturel geologi, geokemi, geokronologi i forbindelse med geomorfologi og klimaændringer. Som navnet antyder, fokuserer submarin geomorfologi på oprindelsen, dannelsen og udviklingen af submarine landformer, der er udviklet i både lavvandede og dybe havmiljøer. Planetarisk geomorfologi beskæftiger sig med anvendelsen af forståelsen af dannelsen af landformer på Jorden på udenjordiske objekter som f.eks. måner, planeter, exoplaneter osv. Dette er den forholdsvis nyeste gren, og den udvikler sig meget hurtigt. Geomorfologiske undersøgelser af Venus, Mars, Jupiter, Titan og andre planeter er en varm sag i disse dage. Klimaet spiller en afgørende rolle for udviklingen af forskellige landformer, der er hjemmehørende i de enkelte klimazoner som f.eks. tørre, tropiske, tempererede områder osv. Denne forståelse er grundlaget for udviklingen af klimatisk geomorfologi som en strøm. Effekten af klimatiske fænomener sammen med tektoniske aktiviteter skaber en ny tværgående strøm af geomorfologi, som kaldes klimato-tektonisk geomorfologi. I dag anvendes tvær- og tværfaglige tilgange inden for forskellige videnskabelige områder, og geomorfologi er et af dem, hvor krydsninger er meget tydelige. Indtil nu er der udviklet forskellige grene og udløbere af geomorfologien, og der er gennemført mange undersøgelser inden for disse tværfaglige områder.

Af alle de eksogene agenter, der er med til at forme landskabet, er vand det mest lovende og effektive. Derfor er fluvial geomorfologi blevet undersøgt meget detaljeret. Med disse aspekter i tankerne er denne bog blevet udarbejdet, hvor hovedvægten er lagt på geomorfologiske træk, der udvikles som følge af vandets indvirkning. Derfor præsenteres her to kapitler om fluvial geomorfologi og et kapitel om kystgeomorfologi. Det sidste kapitel omhandler de seneste tendenser inden for digital højdemodel (DEM), som kan bruges meget effektivt til morfometrisk analyse af forskellige vandløb.

Hydrogeomorfologi, som er studiet af hydrologiske processer, omfatter overfladeafstrømning, grundvandføring, vandløbsafstrømning og erosionsprocesser i jordbunden og vandløbsbunden, som løbende mejseler den geomorfologiske profil i et vandområde. Disse processers levetid varierer fra nogle få hundrede år til millioner af år. Ud over kvantificeringen af de hydrologiske processer og erosionsprocesserne af jordbunden og vandløbsbunden giver den kontinuerlige hydrogeomorfologiske modellering værdifulde oplysninger om den fremtidige udvikling af disse fysiske processer. Der findes en lang række integrerede modeller, som kontinuerligt simulerer afstrømning, jorderosion og sedimenttransportprocesser. I kapitel 2 præsenteres en sammensat matematisk model, der sigter mod kontinuerlige simuleringer af hydrogeomorfologiske processer samt kontinuerlige simuleringer af erosionsprocesser af jordbund og vandløb i Kosynthos-flodens afvandingsområde (Xanthi-distriktet, Thrakien, det nordøstlige Grækenland) og Nestos-flodens afvandingsområde (grænsen mellem Makedonien og Thrakien, det nordøstlige Grækenland), som er to nabobassiner i det nordøstlige Grækenland. Deres model genererer kontinuerlige hydrografer og sedimentgrafer ved de to bassiners udløb på fine tidsskalaer, hvis statistiske effektivitet i forhold til de målte mængder ved bassinets udløb er meget signifikant og giver tilfredsstillende resultater. Korrelationskoefficienten mellem de modellerede værdier og de målte værdier er over 80 % for begge bassiner for vand- og sedimentudstrømning.

Anthropogene aktiviteter har påvirket de fluviale geomorfologiske regimer betydeligt inden for et meget kort tidsrum. Fra opførelsen af dæmninger, som øger sedimentationen i reservoiret og dermed ændrer flodbundsprofilen, til skovrydning og urbanisering, som øger erosionshastigheden i flodbækkenet, har antropogene aktiviteter sat sine aftryk på naturfænomenet. Lawrence Lowlands i Quebec-regionen i det canadiske skjold, hvor opførelsen af dæmninger har ført til en forøgelse af bredden af bredden af bredderne, hvilket har mindsket kanalens sinuositet og ændret flodregimerne. Yderligere ændringer i arealanvendelsesmønstret har også ført til øget erosion og sedimentation. Rydning af skove til landbrugsformål har ført til skovrydning, og senere skovrejsning i den pågældende region (landbrugsområder) på grund af nedgang i arbejdsstyrken i landbruget har påvirket den morfologiske udvikling af kanalerne i Quebec-regionen i Canada. Kapitel 3 forsøger således at begrænse virkningerne af skovrejsning og hydroklimatiske variationer på morfologien (bredde og sinuositet) af Matambin-flodens kanal i Quebec, Canada. De observerede et fald på 21 % i den gennemsnitlige bredden af kanalens bredder fra 1935 til 1964, som var kendetegnet ved en lav hyppighed af kraftige oversvømmelser i regionen. Efter 1964 blev der observeret en tendens til stigende gennemsnitlig bredden af kanalens bredder, hvilket hænger sammen med den øgede hyppighed af kraftige oversvømmelser og et fald i mængden af suspenderede sedimenter fra jorderosion.

Højere erosionshastigheder observeres, når forvitringsmidlet er vand. Og i betragtning af havenes enorme udstrækning og den erosion, der sker ved kysterne, indtager den første plads. Denne effekt er tydeligt synlig i kystlinjeændringer og stigninger i havniveauet. De fleste befolkede byer i hele verden ligger tæt på kysterne, og størstedelen af verdens befolkning bor således inden for få kilometer fra kysten. Der er således behov for en ordentlig kystlandforvaltning for at imødekomme den stadigt voksende befolknings behov. Ændringer i kystlinjen (klippeerosion) er blevet undersøgt ved hjælp af forudsigelsesmodeller, der er baseret på historiske optegnelser og geomorfologiske data for et bestemt område. De nuværende historiske ekstrapolationsmodeller anvender historiske tilbagetrækningsdata, men forskellige miljøer med de samme historiske værdier kan give identiske årlige tilbagetrækningskarakteristika, selv om de potentielle reaktioner på et miljø i forandring er ulige. Derfor forklares proces-responsmodeller i kapitel 4 på grundlag af virkelige data ved Holderness-kysten (UK) for at give kvantitative forudsigelser af virkningerne af naturlige og menneskeskabte ændringer, som ikke kan forudsiges ved hjælp af andre modeller.

Med fremkomsten af satellitteknologi har det været absolut let at studere jordens overflade ud fra satellitdata. Når det drejer sig om at identificere forskellige landformer og beskrive de fysiske udseende, er satellitbilleder eller luftfotos meget praktiske. Denne tilgang er imidlertid mere kvalitativ end kvantitativ og defineres som morfografi, hvor de ydre former beskrives uden at give oplysninger om, hvordan disse træk er blevet skabt. Der anvendes forskellige metoder til at definere oprindelsen af træk og mekanismen for udviklingen af disse træk. Dette hører under morfogenese, mens morfokronologi beskæftiger sig med vurdering af formenes alder i absolutte såvel som relative termer. Endelig er den kvantitative vurdering, der foretages ved hjælp af målinger af landformernes geometriske træk, kendt som morfometri. Der anvendes forskellige morfometriske parametre og morfometriske indeks i geomorfometrien til at definere landskabsanalysen og -klassificeringen. Kapitel 5 indeholder en detaljeret gennemgang med en forklaring af forskellige geomorfometriske indekser og parametre og viser anvendelsen af DEM til udtrækning af disse oplysninger. Han forklarer disse værktøjer med forskellige eksempler, der er tilgængelige i forskellige GIS-pakker.