地形學

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。

【關於臺灣地形研究室】

成立於1992年的「臺灣地形研究室」，過去30年來致力於臺灣地景的保育工作，從概念的推廣到推動地質公園的入法，都是我們努力的方向。研究室持續提供相關政府部門地景保育研習與環境教育的課程，並協助相關國家公園、國家風景區、地質公園等調查與規劃研究。研究室每年出版兩期《地景保育通訊》，並陸續進行合作出版《Geoparks of Taiwan》（Springer）、《臺灣的國土監測報告》、《地形圖中的福爾摩沙》、《氣候變遷中的國家發展藍圖》、《臺灣的天然災害》、《臺灣的十大地理議題》等書。近年研究室除了持續沖蝕監測、高精度航空攝影等相關地形變遷研究外，並致力於推動臺灣地質公園與國際地質公園及保育運動接軌、解說員的培訓與認證、讀景運動等地景保育工作。

林俊全

臺灣大學地理學系學士、地理研究所碩士、英國倫敦大學博士（1991）。主要專長：自然地理學、地形學、地形災害、地景保育等領域。

現任國立臺灣大學地理環境資源學系特聘教授，曾任臺大地理學系系主任、副總務長、全球變遷中心主任、校園規劃小組召集人等行政職，並擔任中國地理學會、工程環境學會、國家公園學會、地質公園學會理事長。

現任行政院永續發展委員會委員、教育部顧問、農業委員會自然地景審議委員會委員、內政部國家公園委員會委員、中央研究院未來地球委員會中華民國委員會委員。曾任科技部地理及區域學門召集人及教育部高中地理科課程標準委員會主任委員。

1992年起，推動成立臺灣地形研究室。主要研究為臺灣的海岸地殼變遷運動、泥岩與礫岩的沖蝕等。1992年起開始推動地景保育、國土監測、地質公園等工作。

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。

序
圖目錄
表目錄

第1章　簡介
1.1問題
1.2前言
1.3地形學的基本特質
1.4地形學的發展
1.5地形學研究的近代發展
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第2章　地表組成物質
2.1問題
2.2前言
2.3礦物
2.4岩石
2.5礦產資源
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第3章　構造地形
3.1問題
3.2前言
3.3地球的內營力作用
3.4褶皺、斷層與節理
3.5構造運動現象
3.6臺灣的構造地形
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第4章　風化與侵蝕
4.1問題
4.2前言
4.3風化作用
4.4侵蝕作用
4.5邊坡地形
4.6臺灣的風化與侵蝕個案
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第5章　海岸地形
5.1問題
5.2前言
5.3海岸地帶
5.4海水作用
5.5海水面變遷
5.6海岸的侵蝕地形
5.7海岸的堆積地形
5.8生物性海岸
5.9世界典型的海岸
5.10臺灣的海岸地形
5.11島嶼
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第6章　河流地形
6.1問題
6.2前言
6.3河川水文的特徵
6.4水循環與河川的作用
6.5河川輸沙
6.6河流侵蝕循環
6.7河川計測
6.8河流地形
6.9臺灣的河流地形
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第7章　石灰岩地形
7.1問題
7.2前言
7.3石灰岩的特色
7.4石灰岩地形
7.5石灰岩地形的演育
7.6世界的石灰岩區
7.7臺灣的石灰岩地形
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第8章　乾燥與風成地形
8.1問題
8.2前言
8.3乾燥地形
8.4典型的乾旱區
8.5風成地形
8.6臺灣的風成地形
8.7防風治沙
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第9章　第四紀與冰河地形
9.1問題
9.2前言
9.3第四紀
9.4第四紀與冰河期
9.5冰河地形與環境
9.6冰河的運動
9.7冰河的侵蝕作用與地形
9.8冰河的堆積作用與地形
9.9冰緣地形
9.10臺灣的冰河地形
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第10章　火山地形
10.1問題
10.2前言
10.3火山作用
10.4火山與人類的關係
10.5臺灣的火山地形
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第11章　應用地形
11.1問題
11.2前言
11.3應用地形學的概念
11.4地形學的應用
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第12章　地勢分析
12.1問題
12.2前言
12.3地形單元
12.4地形圖與地形判讀
12.5地貌製圖
12.6數值地形模型
12.7地形判釋
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀
第13章　地景保育
13.1問題
13.2前言
13.3地景
13.4臺灣地景保育歷程
13.5人類世地形學
13.6關鍵帶的保育
13.7小結
習作
專有名詞
參考文獻
延伸閱讀

專有名詞索引
圖片來源

第一章　簡介（摘錄）

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。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，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、斷層），以及地形的各種物理化學特徵，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（endogenetic process）。另一方面能量來自太陽輻射的，如風化作用、崩壞作用、侵蝕作用等，稱為外營力（exogenetic process）。

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（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。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。

1.3.3 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。

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、改變與平衡的過程。是複雜而不連貫的。

要素六：地形特徵因特殊事件，如劇烈構造運動造成的現象而變化，這些事件稱構造事件（formative event）。

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，這些事件我們稱之為地質災變（geocatastrophes）。

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。

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。

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。