مواضيع المحاضرة: مقدمة في علم الجيومورفولوجي
background image

Geomorphology 

 (from Greek: geo,  "earth";  morph,  "form";  and logos,  "study")  is  the 
scientific  study  of landforms and  the  processes  that  shape  them. 
Geomorphologists  seek  to  understand  why landscapes look  the  way  they 
do,  to  understand  landform  history  and  dynamics  and  to  predict  changes 
through  a  combination  of  field  observations,  physical  experiments 
and numerical modeling. 

Geomorphologyis 

practiced 

within physical 

geography, geology, geodesy, engineeringgeology, archaeology and geote
chnical engineering.
 

This  broad  base  of  interest  contributes  to  many  research  styles  and 
interests within the field. 

 

Overview 

The  surface  of Earth is  modified  by  a  combination  of  surface  processes 
that  sculpt  landscapes,  and  geologic  processes  that  cause tectonic 
uplift 
and subsidence. 

Two processes:- 

-Exogenic processes, (Tectonic, Volcanic) 

-Endogenic  processes  (Surface  processes)  comprise  the  action 
of water, wind, ice, fire,  and  living  things  on  the  surface  of  the  Earth, 
along with chemical reactions that form soils and alter material properties, 
the  stability  and  rate  of  change  of  topography under  the  force  of gravity, 
and other factors, such as (in the very recent past) human alteration of the 
landscape (Fluvial, Glacial, Aeolian, Marine….).Many of these factors are 
strongly mediated by climate.  

Geologic  processes  include  the  uplift  of mountain  ranges,  the  growth 
of volcanoes, isostatic changes  in  land  surface  elevation  (sometimes  in 
response  to  surface  processes),  and  the  formation  of  deep  sedimentary 
basins 
where  the  surface  of  Earth  drops  and  is  filled  with 
material eroded from  other  parts  of  the  landscape.  The  Earth  surface  and 
its  topography  therefore  are  an  intersection  of  climatic, hydrologic, 
and biologic action with geologic processes. 

The broad-scale topographies of Earth illustrate this intersection of surface 
and  subsurface  action.  Mountain  belts  are uplifted due  to  geologic 
processes. Denudation of 

these 

high 

uplifted 

regions 

produces sediment that  is  transported  and deposited elsewhere  within  the 


background image

landscape  or  off  the  coast. On  progressively  smaller  scales,  similar  ideas 
apply,  where  individual  landforms  evolve  in  response  to  the  balance  of 
additive  processes  (uplift  and  deposition)  and  subtractive  processes 
(subsidence and erosion). Often, these processes directly affect each other: 
ice  sheets,  water,  and  sediment  are  all  loads  that  change  topography 
through flexural  isostasy.  Topography  can  modify  the  local  climate,  for 
example  through orographic  precipitation,  which  in  turn  modifies  the 
topography by changing the hydrologic regime in which it evolves. Many 
geomorphologists are particularly interested in the potential for feedbacks 
between climate and tectonics mediated by geomorphic processes.  

Fluvial geomorphologists 

focus 

on rivers, 

how 

they transport 

sediment, migrate  across  the  landscape, cut  into  bedrock,  respond  to 
environmental  and  tectonic  changes,  and  interact  with  humans.  Other 
geomorphologists  study  how hillslopes form  and  change.  Still  others 
investigate  the  relationships  between ecology and  geomorphology. 
Because  geomorphology  is  defined  to  comprise  everything  related  to  the 
surface of Earth and its modification, it is a broad field with many facets. 

Practical  applications  of  geomorphology  include hazard assessment  (such 
as landslide prediction 

and mitigation), 

river 

control 

and stream 

restoration,  and  coastal  protection.  Planetary  geomorphology  studies 
landforms on other terrestrial planets such as Mars. Indications of effects 
of wind, fluvial, glacial, mass 

wasting, 

meteor 

impact, tectonics and volcanic processes  are  studied.  This  effort  not  only 
helps  better  understand  the  geologic  and  atmospheric  history  of  those 
planets  but  also  extends  geomorphological  study  of  Earth.  Planetary 
geomorphologists  often  use  Earth  analogues  to  aid  in  their  study  of 
surfaces of other planets.  

History 

With some notable exceptions (see below), geomorphology is a relatively 
young  science,  growing  along  with  interest  in  other  aspects  of  the earth 
sciences 
in the mid-19th century. This section provides a very brief outline 
of some of the major figures and events in its development. 

Ancient geomorphology[edit] 

The  first  theory  of  geomorphology  was  arguably  devised  by  the 
polymath Chinese scientist  and  statesman Shen  Kuo (1031-1095  AD). 
This  was  based  on  his  observation  of marine fossil shells  in  a geological 
stratum 
of a mountain hundreds of miles from the Pacific Ocean.  

Early modern geomorphology 

The term geomorphology seems to have been first used by Laumann in an 
1858 work written in German. Keith Tinkler has suggested that the word 


background image

came  into  general  use  in  English,  German  and  French  after John  Wesley 
Powell 
and W.  J.  McGee used  it  during  the  International  Geological 
Conference of 1891.  

An  early  popular  geomorphic  model  was  the geographical  cycle or cycle 
of  erosion
 
model  of  broad-scale  landscape  evolution  developed 
by William Morris Davis between 1884 and 1899. It was an elaboration of 
the uniformitarianism theory  that  had  first  been  proposed  by James 
Hutton 
(1726–1797). 

With 

regard 

to valley forms, 

for 

example, 

uniformitarianism posited a sequence in which a river runs through a flat 
terrain,  gradually  carving  an  increasingly  deep  valley,  until  the side 
valleys 
eventually  erode,  flattening  the  terrain  again,  though  at  a  lower 
elevation. It was thought that tectonic uplift could then start the cycle over. 
In the decades following Davis's development of this idea, many of those 
studying  geomorphology  sought  to  fit  their  findings  into  this  framework, 
known today as "Davisian". Davis's ideas are of historical importance, but 
have been largely superseded today, mainly due to their lack of predictive 
power and qualitative nature. 

In  the  1920s, Walther  Penck developed  an  alternative  model  to  Davis's. 
Penck  thought  that  landform  evolution  was  better  described  as  an 
alternation  between  ongoing  processes  of  uplift  and  denudation,  as 
opposed  to  Davis's  model  of  a  single  uplift  followed  by  decay.  Penck's 
ideas  were  not  recognised  until  many  years  after  his  death,  perhaps 
because  his  work  was  not  translated  into  English,  he  was  involved  in 
disputes with Davis, and he died young. 

During the early 1900s, the study of regional-scale geomorphology was 
termed "physiography". Physiography later was considered to be a 
contraction of "physical" and "geography", and therefore synonymous 
with physical geography, and the concept became embroiled in 
controversy surrounding the appropriate concerns of that discipline. Some 
geomorphologists held to a geological basis for physiography and 
emphasized a concept of physiographic regions while a conflicting trend 
among geographers was to equate physiography with "pure morphology," 
separated from its geological heritage. In the period following World War 
II, the emergence of process, climatic, and quantitative studies led to a 
preference by many Earth scientists for the term "geomorphology" in 
order to suggest an analytical approach to landscapes rather than a 
descriptive one.  

 

 

 

 


background image

Quantitative geomorphology 

Following  the  early  trail  blazing  work  of Grove  Karl  Gilbert around  the 
turn 

of 

the 

20th 

century, 

group 

of 

natural 

scientists, geologists and hydraulic 

engineers 

including Ralph 

Alger 

Bagnold, John 

Hack, Luna 

Leopold, Thomas 

Maddock and Arthur 

Strahler began  to  research  the  form  of  landscape  elements  such 
as rivers and hillslopes by 

taking 

systematic, 

direct, 

quantitative 

measurements  of  aspects  of  them  and  investigating  the scaling of  these 
measurements.  These  methods  began  to  allow  prediction  of  the  past  and 
future behavior of landscapes from present observations, and were later to 
develop  into  what  the  modern  trend  of  a  highly  quantitative  approach  to 
geomorphic problems.  

Qualitative geomorphology 

It's describe the morphology of the landforms in description way with no 
need for systematic measurements or digital analysis. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Processes 

Modern  geomorphology  focuses  on  the  quantitative  analysis  of 
interconnected  processes.  Modern  advances  in geochronology,  in 
particular cosmogenic 

radionuclide 

dating, optically 

stimulated 

luminescence dating and low-temperature thermochronology have enabled 
us  for  the  first  time  to  measure  the  rates  at  which  geomorphic  processes 
occur on geological timescales. At the same time, the use of more precise 
physical  measurement  techniques,  including differential  GPS,  remotely 
sensed digital terrain models and laser scanning techniques, have allowed 
quantification 

and 

study 

of 

these 

processes 

as 

they 

Grand Canyon, Arizona, USA

  


background image

happen. Computer simulation and  modeling  may  then  be  used  to  test  our 
understanding of how these processes work together and through time. 

Geomorphologically relevant processes generally fall into:- 

 (1) the production of regolith by weathering and erosion. 

 (2) the transport of that material. 

 (3) its eventual deposition. 

Although  there  is  a  general  movement  of  material  from  uplands  to 
lowlands, erosion, transport, and deposition often occur in closely spaced 
tandem all across the landscape. 

The  nature  of  the  processes  investigated  by  geomorphologists  is  strongly 
dependent on the landscape or landform under investigation and the time 
and  length  scales  of  interest.  However,  the  following  non-exhaustive  list 
provides a flavor of the landscape elements associated with some of these. 

Primary  surface  processes  responsible  for  most  topographic  features 
include wind, waves, chemical 

dissolution, mass 

wasting, groundwater movement, 

surface 

water flow, glacial 

action, tectonism, and volcanism.  

Fluvial processes 

Main article: Fluvial 

Rivers  and  streams  are  not  only 
conduits of water, but also of sediment. 
The water, as it  flows over the channel 
bed,  is  able  to  mobilize  sediment  and 
transport  it  downstream,  either  as bed 
load,
  suspended  load or dissolved  load. 
The  rate  of  sediment  transport  depends 
on  the  availability  of  sediment  itself 
and on the river's discharge.  

 

Rivers  are  also  capable  of  eroding  into 
rock  and  creating  new  sediment,  both 
from  their  own  beds  and  also  by 
coupling  to  the  surrounding  hillslopes. 
In  this  way,  rivers  are  thought  of  as 
setting  the  base  level  for  large  scale 
landscape  evolution  in  non-glacial 
environments. Rivers  are  key  links  in 


background image

the connectivity of different landscape elements. 

 

 

As  rivers  flow  across  the  landscape,  they  generally  increase  in  size, 
merging with other rivers. The network of rivers thus formed is a drainage 
system 
and  is  often  dendritic  (tree-like),  but  may  adopt  other  patterns 
depending on the regional topography and underlying geology. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aeolian processes 

Aeolian  processes pertain  to  the  activity  of  the winds and  more 
specifically, to the winds' ability to shape the surface of the Earth. Winds 
may  erode,  transport,  and  deposit  materials,  and  are  effective  agents  in 
regions 

with 

sparse vegetation and 

large 

supply 

of 

fine, 

unconsolidated sediments. Although water and mass flow tend to mobilize 
more  material  than  wind  in  most  environments,  aeolian  processes  are 
important in arid environments such as deserts.  


background image

 

 

 

Hillslope processes 

 

 

Soil, regolith, 

and rock move 

downslope 

under 

the 

force 

of gravity via creep, slides, 

flows, 

topples, 

and 

falls. 

Such mass 

wasting occurs  on  both  terrestrial  and  submarine  slopes,  and  has  been 
observed on Earth, Mars, Venus, Titan and Iapetus. 

Ongoing  hillslope  processes  can  change  the  topology  of  the  hillslope 
surface, which in turn can change the rates of those processes. Hillslopes 
that  steepen  up  to  certain  critical  thresholds  are  capable  of  shedding 
extremely  large  volumes  of  material  very  quickly,  making  hillslope 
processes  an  extremely  important  element  of  landscapes  in  tectonically 
active areas.  

On  Earth,  biological  processes  such  as burrowing or tree  throw may  play 
important roles in setting the rates of some hillslope processes.

[18]

 

Glacial processes 

Glaciers, while geographically restricted, are effective agents of landscape 
change.  The  gradual  movement  of ice down  a  valley  causes abrasion and 
plucking of  the  underlying rock.  Abrasion  produces  fine  sediment, 
termed glacial  flour.  The  debris  transported  by  the  glacier,  when  the 
glacier recedes, is termed a moraine. Glacial erosion is responsible for U-
shaped valleys, as opposed to the V-shaped valleys of fluvial origin.  

 

 

 

Features of a glacial landscape 

 


background image

The  way  glacial  processes  interact  with  other  landscape  elements, 
particularly hillslope and fluvial processes, is an important aspect of Plio-
Pleistocene  
landscape  evolution  and  its  sedimentary  record  in  many  high 
mountain  environments.  Environments  that  have  been  relatively  recently 
glaciated but are no longer may still show elevated landscape change rates 
compared to those that have never been glaciated. Non-glacial geomorphic 
processes which nevertheless have been conditioned by past glaciation are 
termed para-glacial processes. 

This 

concept 

contrasts 

with peri-

glacial processes, which are directly driven by formation or melting of ice 
or frost.  

Tectonic processes 

Tectonic effects  on  geomorphology  can  range  from  scales  of  millions  of 
years to minutes or less. The effects of tectonics on landscape are heavily 
dependent  on  the  nature  of  the  underlying bedrock fabric  that  more  less 
controls 

what 

kind 

of 

local 

morphology 

tectonics 

can 

shape. Earthquakes can, in terms of minutes, submerge large areas of land 
creating  new  wetlands. Isostatic  rebound can  account  for  significant 
changes  over  thousand  or  hundreds  of  years,  and  allows  erosion  of  a 
mountain  belt  to  promote  further  erosion  as  mass  is  removed  from  the 
chain  and  the  belt  uplifts.  Long-term  plate  tectonic  dynamics  give  rise 
to orogenic  belts,  large  mountain  chains  with  typical  lifetimes  of  many 
tens of millions of years, which form focal points for high rates of fluvial 
and hillslope processes and thus long-term sediment production. 

Features  of  deeper mantle dynamics  such  as plumes and delamination of 
the lower lithosphere have also been hypothesised to play important roles 
in the long term (> million year), large scale (thousands of km) evolution 
of  the  Earth's  topography  (see dynamic  topography).  Both  can  promote 
surface uplift through isostasy as hotter, less dense, mantle rocks displace 
cooler, denser, mantle rocks at depth in the Earth.  


background image

Igneous processes (Volcanic) 

Both volcanic (eruptive)  and plutonic (intrusive)  igneous  processes  can 
have important impacts on geomorphology. The action of volcanoes tends 
to 

rejuvenises 

landscapes, 

covering 

the 

old 

land 

surface 

with lava and tephra,  releasing pyroclastic material  and  forcing  rivers 
through new paths. The cones built by eruptions also build substantial new 
topography, which can be acted upon by other surface processes. Plutonic 
rocks  intruding  then  solidifying  at  depth  can  cause  both  uplift  or 
subsidence  of  the  surface,  depending  on  whether  the  new  material  is 
denser or less dense than the rock it displaces. 

 

Constructional vs. Destructional Processes 

A. Constructional Landforms: those land units that have been or are being 
built (i.e. increasing in mass, height, or area) 

1. Constructional Landforms created by mass redistribution 

2. Examples 

a. Tectonic 

(1) Volcanic Accumulation/Mountain Building (Orogeny) 

(2) Fold/Fault Block Mountains (Orogeny) 

(3) Epeirogenic Uplift of land areas 

(4) Isotactic Uplift of Land areas  

B. Destructive and/or Erosionally-Derived Landforms: those landforms 
that are derived by weathering and erosion (destruction) 

1. Includes erosion of rock material and deposition of sediment 

2. Examples 

a. Glacial rock scouring and depositional landforms 

b. Fluvial erosion and depositional landforms 

c. Aeolian Landforms 

d. Coastal Landforms 


background image

Mass Balance: Endogenic vs. Exogenic Processes 

1. Thus exists a balance between crustal uplift (endogenic) and crustal 
denudation (exogenic) in the form of "dynamic equilibrium" 

2. If rates of uplift far exceed rates of denudation, equilibrium threshold 
will be crossed and the geomorphic/landscape system will be thrown into 
disequilibrium 

3. e.g. climatic conditions could be such to trigger extensive erosion and 

denudation of the landscape, resulting in "de-loading" of the crust, thus 

promoting regional epeirogenic uplift. 

4. Equilibrium System: based on principles of mass balance and mass 
distribution 

a. uplift: addition of mass to crustal region 

b. denudation: redistribution of mass out of region 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Medoo Chan
المشاهدات: لقد قام عضوان و 135 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل