Inleidend hoofdstuk: Geomorfologie

Inleiding

In de loop van miljoenen jaren heeft de Aarde vele veranderingen doorgemaakt die haar huidige vorm en structuur hebben gevormd. Van een stofbol volgens de nebulaire hypothese, tot de huidige vorm, heeft de Aarde heel wat veranderingen ondergaan. Ooit een bewoonbare plaats, tijdens de Hadeïsche tijd, heeft onze Aarde gedurende een lange tijd van meer dan 4 miljard jaar vele processen doorgemaakt. De ontwikkelingsstadia die de huidige bewoonbare wereld hebben gevormd, omvatten zowel interne als externe krachten. De meteorietinslagen, vulkanische activiteiten, erosie door rivieren, winden, gletsjers, oceanen, enz. hebben samen met de verspreiding van de zeebodem en plaattektoniek voortdurend gewerkt aan de vorming van de aarde zoals wij die nu zien. Veel van deze activiteiten vinden plaats in een kort tijdsbestek, terwijl sommige miljoenen jaren vergen om verschillende klimatologische, geologische en geomorfische regimes te creëren. Al deze nooit eindigende processen zijn nog steeds aan de gang en vormen onze aarde op dit moment. De meest opvallende van al deze processen zijn geomorfische processen, omdat zij de vorm en gedaante bepalen van de aarde zoals wij die nu zien. Vandaar dat de studie van deze geomorfische processen van cruciaal belang is om de verschijnselen en processen die zich in de natuur voordoen te begrijpen.

Het is afgeleid van de Griekse woorden γεω (Aarde), μορφη (morf/vorm), en λογοϛ (bespreken), en geomorfologie betekent letterlijk “een discussie over de vorm van de Aarde”. Het is dus de studie van de verschillende kenmerken die op aarde worden aangetroffen, zoals bergen, heuvels, vlakten, rivieren, morenen, keteldalen, zandduinen, stranden, spitsen, enz., en die door verschillende agentia zoals rivieren, gletsjers, wind, oceaan, enz. worden gecreëerd. Sinds de vierde eeuw voor Christus hebben veel mensen de vorming van de aarde bestudeerd aan de hand van verschillende waarnemingen in het veld. Oude Grieken en Romeinen zoals Aristoteles, Strabo, Herodotus, Xenophanes en vele anderen spraken over de oorsprong van de valleien, de vorming van delta’s, de aanwezigheid van zeeschelpen op bergen, enz. Na het zien van de zeeschelpen op de top van de bergen, speculeerde Xenophanes dat het oppervlak van de Aarde van tijd tot tijd moet zijn opgestegen en gedaald, waardoor riviervalleien en bergen zijn ontstaan (ca. 580-480 v.Chr.). Nadat hij zeeschelpen op bergtoppen en uitgestrekte zandvlakten had gezien, stelde Aristoteles (ca. 384-322 v.Chr.) voor dat de gebieden die nu droogland zijn in het verleden door de zee bedekt moeten zijn geweest en dat de gebieden waar nu zee is, ooit droogland moet zijn geweest. Hij stelde dus voor dat land en zee van plaats veranderen. Van oudsher werd de geschiedenis van de ontwikkeling van het landschap in kaart gebracht door de sedimentaire en morfologische kenmerken in kaart te brengen. Om de evolutie van het landschap te begrijpen, werd de gulden regel “het heden is de sleutel tot het verleden” gehanteerd. Deze regel gaat ervan uit dat de processen die vandaag zichtbaar zijn, zich ook in het verleden moeten hebben voorgedaan, waaruit de redenen voor de vorming van het landschap in het verleden kunnen worden afgeleid. Het woord “geomorfologie” werd echter voor het eerst bedacht en gebruikt tussen de jaren 1870 en 1880 om de morfologie van het aardoppervlak te beschrijven. Maar het werd populair gemaakt door William Morris Davis die de “geografische cyclus” voorstelde, ook bekend als “Davis cyclus” . Hij stelde voor dat de ontwikkeling van landschappen plaatsvindt als gevolg van de afwisselende werking van opheffing en denudatie. Hij veronderstelde dat de opwaartse beweging snel verloopt en dat de opgeheven landmassa vervolgens geleidelijk erodeert om de topografie van het gebied te vormen. Hij veronderstelde dat opheffing een snelle actie is, terwijl denudatie een tijdrovend proces is. Het ontstaan van hoge bergen en diepe valleien laat dus jeugdige, volwassen en oude stadia van landvormontwikkeling zien. Hoewel de Davis cyclus als een klassiek werk wordt beschouwd, mist zijn hypothese het basisbegrip dat zowel opheffing als denudatie gelijktijdig plaatsvinden. Beide verschijnselen gaan hand in hand en zijn niet noodzakelijkerwijs elkaars tegenpolen. Bijna 35 jaar later stelde Walther Penck dan ook een variant van het “Davis-model” voor, waarin hij aantoonde dat de interactie van zowel opheffing als denudatie gelijktijdig optreedt. Hij stelde voor dat als gevolg van gelijktijdige acties, de hellingen zich in drie hoofdvormen zullen ontwikkelen. Ten eerste een convexe helling wanneer de stijgsnelheid hoger is dan de denudatiesnelheid; vervolgens een stationaire fase waarin beide stijgsnelheden bijna gelijk zijn, waardoor een rechte helling ontstaat; en tenslotte een concave helling wanneer de stijgsnelheid lager is dan de denudatiesnelheid. In de loop der tijd hebben geomorfologen dus verschillende aspecten van landvormen bestudeerd. Sommige geomorfologen hebben het ontstaansproces van deze landvormen bestudeerd, terwijl anderen de oorsprong en de geschiedenis ervan hebben bestudeerd, en weer anderen de verschillende vormen van landvormen hebben geanalyseerd op hun kwantitatief belang. In een notendop richten moderne geomorfologen zich dus hoofdzakelijk op drie aspecten van landvormen: vorm, proces en geschiedenis. De studies van vorm en proces worden gewoonlijk functionele geomorfologie genoemd, terwijl de laatste wordt aangeduid als historische geomorfologie. De studie van de verschillende processen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van een landschap valt onder de functionele geomorfologie.

Al deze landvormen die zichtbaar zijn op aarde variëren in grootte van microscopisch zoals kuilen, fluiten, rimpelingen, enz. tot megaschaal zoals bergketens, rivierbekkens, enz. Daarom varieert de tijd die nodig is om deze kenmerken te vormen ook van tientallen jaren tot miljoenen jaren. Er is ook waargenomen dat bepaalde kenmerken inheems zijn in bepaalde klimaatzones; vandaar dat de ontwikkeling van klimaatzones zoals dor, tropisch, enz. een cruciale rol speelt in de vorming en evolutie van deze geomorfische kenmerken. Zo vertonen de landvormen die op hogere breedtegraden worden waargenomen de signatuur van glaciatie- en degradatiecycli, hetgeen wijst op een quartaire klimaatomgeving, terwijl in andere delen van de wereld, zoals de Grand Canyon van de Colorado River Valley in de Verenigde Staten, de signatuur van verschillende activiteiten die honderden miljoenen jaren geleden plaatsvonden, in de verschillende landvormen bewaard is gebleven. De meeste landvormen worden gevormd en vervormd door twee processen, namelijk endogene, die zich binnenin de aardkorst afspelen, zoals convectieve warmtecycli, stijgende pluimen en magmakamers, en exogene processen die de kenmerken van het aardoppervlak vorm geven met behulp van verschillende verweringsagentia zoals water, wind, gletsjers, zeeën, enz. Al deze verschijnselen van landschapsevolutie met betrekking tot levensduur, klimaatzones en processen zijn weergegeven in figuur 1.

Er is veel werk verricht op het gebied van functionele en historische geomorfologie. Nu zijn er veel andere gebieden of soorten geomorfologie bestudeerd, zoals tektonische geomorfologie, onderzeese geomorfologie, planetaire geomorfologie, klimatologische geomorfologie en modellerende geomorfologie. De wisselwerking tussen tektonische krachten en geomorfische processen vervormen de aardkorst regelmatig, en dit heeft geleid tot de ontwikkeling van de tektonische geomorfologie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de technieken en gegevens van andere gebieden van de geologie, met name structurele, geochemische, geochronologische in samenhang met geomorfologie, en klimaatverandering. Zoals de naam al aangeeft, richt de submariene geomorfologie zich op de oorsprong, vorming en ontwikkeling van submariene landvormen die zich zowel in ondiepe als diepe mariene milieus ontwikkelen. De planetaire geomorfologie houdt zich bezig met de toepassing van het inzicht in de vorming van landvormen op aarde op buitenaardse objecten zoals de maan, planeten, exoplaneten, enz. Dit is naar verhouding de nieuwste tak en deze tak ontwikkelt zich zeer snel. Geomorfische studies van Venus, Mars, Jupiter, Titan, en andere planeten zijn een hot cake deze dagen. Het klimaat speelt een cruciale rol bij de ontwikkeling van verschillende landvormen die eigen zijn aan elke klimaatzone, zoals dor, tropisch, gematigd, enz. Dit inzicht vormt de basis voor de ontwikkeling van klimatologische geomorfologie als stroming. Het effect van klimatologische fenomenen samen met tektonische activiteiten plaatst een nieuwe dwarsstroom in de geomorfologie die bekend staat als klimato-tektonische geomorfologie. Tegenwoordig worden inter- en multidisciplinaire benaderingen gebruikt in verschillende gebieden van wetenschap, en geomorfologie is één van hen waar kruisbestuiving zeer evident is. Tot nu toe zijn er verschillende takken en uitlopers van de geomorfologie ontwikkeld, en er is veel onderzoek verricht op deze interdisciplinaire gebieden.

Van alle exogene agentia die aan het werk zijn om het landschap te vormen, is water de meest veelbelovende en effectieve. Vandaar dat de fluviatiele geomorfologie veel in detail is bestudeerd. Met deze aspecten in het achterhoofd is dit boek samengesteld waarin de nadruk ligt op geomorfische kenmerken die ontstaan door de werking van water. Daarom worden hier twee hoofdstukken over fluviatiele geomorfologie en één hoofdstuk over kustgeomorfologie voorgesteld. Terwijl het laatste hoofdstuk handelt over de recente trends van digitale hoogtemodellen (DEM) die zeer effectief kunnen worden gebruikt voor morfometrische analyse van verschillende stromen.

Hydrogeomorfologie, de studie van hydrologische processen, omvat oppervlakteafvloeiing, basisafvloeiing, beekafvoer, en de bodem en beekbed erosie processen, die voortdurend beitelen het geomorfologische profiel van een bekken. De levensduur van dergelijke processen varieert van enkele honderden jaren tot zelfs miljoenen jaren. Naast de kwantificering van de hydrologische processen, alsmede de bodem- en stroombederosieprocessen, levert de continue hydro-geomorfologische modellering waardevolle informatie op voor de toekomstige trend van deze fysische processen. Er is een grote verscheidenheid aan geïntegreerde modellen beschikbaar die continu de afspoeling, bodemerosie en sedimenttransportprocessen simuleren. In hoofdstuk 2 wordt een samengesteld wiskundig model gepresenteerd dat gericht is op continue simulaties van hydro-geomorfologische processen, alsmede op continue simulaties van bodem- en stroombederosieprocessen in het stroomgebied van de Kosynthos (district Xanthi, Thracië, Noordoost-Griekenland) en het stroomgebied van de Nestos (grens Macedonië-Thracië, Noordoost-Griekenland), de twee aan elkaar grenzende stroomgebieden in Noordoost-Griekenland. Hun model genereert continue hydrografen en sedimentgrafieken aan de monding van de twee bekkens op fijne temporele schalen, waarvan de statistische efficiëntie met de gemeten hoeveelheden aan de monding van het bekken zeer significant is en bevredigende resultaten oplevert. De correlatiecoëfficiënt van de gemodelleerde waarden met de gemeten waarden is meer dan 80% voor beide bekkens voor water- en sedimentafvoer.

Anthropogene activiteiten hebben de fluviatiele geomorfologische regimes binnen een zeer korte tijdspanne aanzienlijk beïnvloed. Van de bouw van dammen, waardoor de sedimentatie in het reservoir toeneemt en het profiel van de rivierbedding verandert, tot ontbossing en verstedelijking, waardoor de erosiesnelheid in het stroomgebied toeneemt, hebben antropogene activiteiten hun sporen nagelaten in het natuurlijke verschijnsel. Hetzelfde is het geval in de St. Lawrence Lowlands van Quebec, een regio van het Canadees Schild waar de bouw van dammen heeft geleid tot een toename van de oeverbreedte, waardoor de kanaalhelling is verminderd en de fluviatiele regimes zijn veranderd. Verdere veranderingen in het landgebruikpatroon hebben ook tot meer erosie en sedimentatie geleid. Het kappen van bossen voor landbouwpraktijken heeft geleid tot ontbossing, en latere bebossing in die regio (landbouwgebieden) als gevolg van de afname van het aantal arbeidskrachten in de landbouw, heeft de morfologische ontwikkeling van kanalen in de regio Quebec in Canada beïnvloed. In hoofdstuk 3 wordt getracht de invloed van herbebossing en hydroklimatologische variabiliteit op de morfologie (breedte en sinuositeit) van het kanaal van de Matambin rivier in Quebec, Canada, te bepalen. Zij stelden een afname vast van 21% in de gemiddelde oeverbreedte van het kanaal tussen 1935 en 1964, een periode die gekenmerkt werd door een lage frequentie van sterke overstromingen in de regio. Na 1964 werd een trend van toenemende gemiddelde oeverbreedte waargenomen, die samenhangt met de toename van de frequentie van sterke overstromingen en de afname van de hoeveelheid door bodemerosie geproduceerde sedimenten in suspensie.

Hogere erosiesnelheden worden waargenomen wanneer het verweringsmiddel water is. En, gezien de enorme uitgestrektheid van oceanen en de erosie die optreedt aan de kusten komt dit op de eerste plaats. Dit effect is duidelijk zichtbaar in de verandering van de kustlijn en de stijging van het zeeniveau. De meeste dichtbevolkte steden over de hele wereld liggen dicht bij de kusten; het merendeel van de wereldbevolking woont dus binnen enkele kilometers van de kust. Een goed beheer van de kustgebieden is dus noodzakelijk om tegemoet te komen aan de behoeften van de steeds groeiende bevolking. Kustlijnverandering (kliferosie) is bestudeerd met behulp van voorspellingsmodellen die gebaseerd zijn op historische gegevens en de geomorfologische gegevens van een bepaalde regio. De huidige historische extrapolatiemodellen maken gebruik van historische terugtrekkingsgegevens, maar verschillende omgevingen met dezelfde historische waarden kunnen identieke jaarlijkse terugtrekkingskenmerken opleveren, hoewel de potentiële reacties op een veranderend milieu ongelijk zijn. Daarom worden in hoofdstuk 4 proces-responsmodellen toegelicht op basis van reële gegevens aan de kust van Holderness (VK), om kwantitatieve voorspellingen te kunnen doen van de effecten van natuurlijke en door de mens veroorzaakte veranderingen die met andere modellen niet kunnen worden voorspeld.

Met de komst van satelliettechnologie is het absoluut gemakkelijk geworden om het aardoppervlak te bestuderen aan de hand van satellietgegevens. Voor het identificeren van verschillende landvormen en het beschrijven van de fysieke verschijningsvormen komen satellietbeelden of luchtfoto’s zeer goed van pas. Deze benadering is echter eerder kwalitatief dan kwantitatief en wordt gedefinieerd als morfografie, waarbij de uiterlijke vormen worden beschreven zonder informatie te geven over de wijze waarop deze kenmerken zijn ontstaan. Er worden verschillende methoden gebruikt om de oorsprong van kenmerken en het mechanisme van de ontwikkeling van deze kenmerken te bepalen. Dit valt onder morfogenese, terwijl morfochronologie zich bezighoudt met de schatting van de ouderdom van de vormen, zowel in absolute als relatieve zin. De kwantitatieve schatting door metingen van de geometrische kenmerken van de landvormen, ten slotte, wordt morfometrie genoemd. Er zijn verschillende morfometrische parameters en morfometrische indices die in de geomorfometrie worden gebruikt om de analyse en classificatie van landvormen te bepalen. Hoofdstuk 5 geeft een gedetailleerd overzicht door de verschillende geomorfometrische indices en parameters uit te leggen en toont het gebruik van DEM voor de extractie van deze informatie. Hij legt deze hulpmiddelen uit met verschillende voorbeelden die beschikbaar zijn in verschillende GIS-pakketten.