祖國的奇山異水，都在這裡了！（多圖預警）

以下根據蘇德辰老師2020年5月23日在高山大學、更新學堂以及騰訊公益基金會聯合出品的「科學公益直播」的課程整理而成，經老師審核後公開發布。

※全文4223字丨5分鐘閱讀

※整理丨張明

※編輯丨朱珍

授課老師：蘇德辰，中國地質科學院地質研究所研究員、自然資源部首席科學傳播專家，丹霞山世界地質公園科學顧問。

蘇德辰

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一、什麼是地球科學

人類賴以生存的地球已經46億歲了。在漫長的演化過程中，大自然鬼斧神工般創造了無數奇美的風景，大到巍峨的高山、奔騰的江河、浩瀚的海洋和無垠的沙漠，小到一沙一石、一草一木。

常言說，知其然，更要知其所以然。在欣賞遍布地球各個角落奇美的風景時，如果知道美的原因無疑會極大地提升我們發現和鑑賞自然之美的能力。

大自然的美有很多因素，在欣賞自然美的過程中，地質學知識無疑應是現代社會公眾最基本的科學基礎之一。

地質學是研究地球物質成分、結構構造和演化歷史的科學。山脈、高原、沙漠、戈壁、江、河、湖、海都是地質學的研究對象。

二、板塊運動與地質現象

地球半徑為6371千米，迄今人類最先進的鑽探設備只達到了12千米，12千米到6371千米之間的信息基本是靠地球物理方法間接推測出來的。

地球的外殼叫巖石圈，巖石圈下面是軟流圈，軟流圈有巖漿活動能夠推動巖石圈進行水平方向或垂直方向的運動。巖石圈板塊的運動包括相互分離、碰撞、俯衝，產生了千變萬化的地質現象。

地震、火山等自然現象都是因為巖石圈的板塊活動造成的。

中國南邊有印度板塊向北運動，東邊有太平洋板塊向西運動，北邊是歐亞板塊在向南運動。總之，四面都有很強的推擠力。

在板塊互相碰撞擠壓的環境下，中國大陸內部的斷裂縱橫交錯，容易引起地震活動。

印度板塊正在向喜馬拉雅山、青藏高原俯衝。青藏高原受到印度板塊的擠壓向四川盆地成都龍門山運動的過程中，龍門山一帶受到強烈的推擠，從而形成了龍門山，並且經常發生地震。

三、經典地貌欣賞與成因分析

1、冰川侵蝕形成的地貌

在板塊運動下，青藏高原成為了世界第三極，平均海拔有5000多米，最高的珠穆朗瑪峰有8848米。

珠穆朗瑪峰周邊有很多冰川，都是由山上的積雪匯集形成的。

四川境內的貢嘎山主峰周邊也有很多冰川，最著名的就是海螺溝。

海螺溝對面的1號和2號區域能看到冰川匯合的痕跡和冰川帶的沉積物，裡面還能形成湖泊。

在新疆天山的安吉海大峽谷，能夠看到一個非常平緩的大的衝積扇，衝積扇下大量強烈的衝溝又把比較平緩的衝積扇撕開，形成很多的峽谷。

天山有些地方的形成也是如此。以前是比較平緩的高原，強烈的侵蝕作用把高原分成千溝萬壑。

巖石圈板塊在經歷億萬年的地質運動過程中，非常堅硬的巖石實際上就像豆腐塊一樣一塊一塊地拼接在一起，中間有很多的裂隙。

格陵蘭島冰川衛星照片

格陵蘭島上面幾乎是一塊完整的冰川，但是接近海面的時候，冰川已經像棋盤格一樣分成條條框框。為什麼會這樣呢？

因為冰川也在運動。在重力作用下，冰川每年會從高處向低處蠕動。每年蠕動的速度與各地的溫度、地勢情況相關，可以達到幾米，最快達到幾十米。

棋盤格就是巖石的裂隙和節理，是在地殼作用下被切割形成的。冰沿著裂隙行進的過程中會對周圍的山體產生侵蝕作用，像巨型的推土機一樣，對周圍的巖石產生強烈的刮削。

如果溝谷裡的冰都融化了，那溝谷就會變成非常狹窄而深的峽谷。北歐的峽灣就是這樣形成的。

上圖是北歐的峽灣，裡面的兩個白點是兩艘巨大的遊輪，通過遊輪的大小與周圍山體大小的比例可以知道峽灣的規模，並且可以想像冰川運動的氣勢有多麼的強大。

上圖是加拿大附近的班夫地質公園，有典型的冰川作用所形成的地貌。兩個白色的區域是殘留的冰雪，叫冰鬥。下面的湖是冰川融化形成的冰川湖。

這裡的巖石非常酥脆，是怎麼形成的呢？

有一個非常重要的概念叫「凍脹作用」，水在結冰的時候體積會膨脹，巖石縫隙裡的水在溫度降低的時候因為體積膨脹會把周圍的巖石擠破，裂隙進一步擴大，融化的水向更深處發展，裂隙就會越來越大，巖石就會越來越破碎。

在寒冷的地方，凍脹作用強烈，巖石也就非常細碎。

2、水流侵蝕形成的地貌

水對地形地勢的侵蝕作用僅次於冰川。

上圖是黃河壺口瀑布，奔騰不息的黃河水對河底的巖石產生強烈的侵蝕，河床就逐漸地加深，氣勢非常宏偉。

尼亞加拉瀑布衛星照片（注意圖中的馬蹄瀑布）

美國和加拿大邊界的尼亞加拉瀑布形成於12,000年前，冰川期結束之後。

12,000年前地球覆蓋著大量的冰雪，氣候非常寒冷。冰雪融化之後，在北美洲形成了五大湖群，這些湖彼此連通，水流向大洋。在這個過程中，水對流經的巖石產生強烈的侵蝕作用，形成了瀑布。

尼亞加拉瀑布每年都在後退，即向源頭方向靠近。因為有很大的落差，水勢非常兇猛，往下落的水對瀑布底下的巖石產生強烈的侵蝕作用，上部的巖石會在重力的作用下崩塌。因此，瀑布每年都會後退，這種現象叫做向源侵蝕。

為了旅遊需要，美國和加拿大兩國的科學家和工程人員對尼亞加拉瀑布進行了人工加固，使瀑布後退的速度比自然後退的速度小了很多。

雅魯藏布江在西藏的林芝地區。林芝地區風和日麗，沒有沙塵暴，沒有強烈的風沙，但在雅魯藏布江卻可以看到大量的沙丘，是怎麼形成的呢？

雅魯藏布江有很多支流，這些水系把周邊巖石風化物帶到江裡。在洪水期，泥沙淤積在河床裡。在枯水期，水位降低，淤積的泥沙暴露出來，風就把暴露出來的泥沙吹向兩岸。所以雅魯藏布江的周邊堆積了很多沙丘。

通過雅魯藏布江的實例，可以知道風成和水成的沉積物可以共生在一起。

黃河源，攝影：吳樹成

上圖是黃河比較靠近上遊的地方，在四川紅原縣的黃河的河區，是典型的河流地貌。

黃河源衛星照片

通過衛星照片可以看到綠色為主的深色河床是現代的河，周邊很多若隱若現的是以前河流的河道。由此可以知道，平原一樣的地貌是在河流的反覆決口和反覆衝擊之下形成的。

華北平原就是在以黃河為主的多個水系反覆決口和衝擊下形成的。

上圖是澳大利亞的十三聖徒海岸。

千條大河歸大海，海水日夜不停地拍擊海岸，對海岸有強烈的衝擊作用和侵蝕作用。

海水侵蝕海岸使海岸崩塌，之後就形成了大量的斷崖，叫做海蝕崖。海蝕崖後退的過程中，殘留下來的柱狀體叫海蝕柱。

3、鹽風化形成的地貌

臺灣野柳公園海岸地貌，攝影：蘇祺

上圖是臺灣非常著名的野柳公園裡的「女王頭像」。頭像上部有很多密密麻麻的蜂窩狀的小洞穴。

這些小洞穴是怎麼形成的呢？有的人認為是水的作用。

這個地方之所以被稱作「黃河水蝕浮雕」，就是因為有人認為是水造成了這種奇特的景象。但其實僅用水流侵蝕是解釋不清楚的，黃河水是不能夠向上侵蝕的。

還有人猜測是風的作用，但究竟是什麼原因造成的的？

廣東丹霞山錦石巖寺大雄寶殿

上圖拍自廣東丹霞山一個由大型山洞開闢成的大雄寶殿，幾座佛像後邊有一條像龍一樣盤旋的帶狀的密集的蜂窩洞穴分布的區域。

這個地方雨水根本不可能侵蝕到，風的作用也不明顯。從側面證明，與「女王頭像」一樣用水流侵蝕是解釋不清楚的，風也不能夠解釋。

但是用鹽風化可以解釋。

在沙漠地帶的戈壁灘經常可以看到風蝕的產物——風凌石。巖石的表面被風吹得光光的，不可能形成蜂窩狀的洞穴。但在巖石的顆粒之間有極細小的孔隙，這些孔隙可以是礦物顆粒的孔隙，也可以是因為構造作用產生的微裂隙。

我們經常可以看到在巖石的表面有一種白霜，農民把它刮下來，加上木炭、硫磺，做成傳統的火藥。這個過程叫做熬硝。這種硝就是化學上的鹽。

鹽在礦物顆粒孔隙裡生長、結晶，空間不夠了就會把周邊的沙礫擠下來、推掉，形成了小小的孔洞。日久天長，孔洞由小變大、由淺變深，就形成了蜂窩洞穴。

風化下來的沙子堆積到河谷、湖底或是海裡就會形成類似下圖中的狀態。

它們經過長時間的埋藏、壓實，反過來又會形成新的巖石。

4、丹霞地貌

廣東丹霞山就是堆積在湖裡面的泥沙和礫石經過億萬年的演化形成的壯觀的、紅色的砂礫巖。

砂礫巖一層一層的，有的凸出，有的凹進。凸出來的一般是堅硬抗風化能力強的，凹進去的是比較軟容易風化的。

自然界的巖石軟巖凹進、硬巖凸出，就形成了規律性的、一深一淺的韻律。

丹霞山以前只是一座山的山名，後來變成了景區。山的名字讓給了景區，而山以其中一座山峰的名字命名，叫長老峰。

丹霞山景區總共300平方公裡，有600多座大小不等的山峰。這些山峰有一個特點都是紅色的赤壁丹崖，都是因為斷裂的切割和流水的侵蝕形成的。

上圖是丹霞山裡的陽元山。

陽元山左側的小石柱是著名的陽元石，垂直方向的一條一條的小溝都是流水長期侵蝕作用形成的小型的流水衝溝。遠看像南方曬布場曬出的一條一條的布，所以當地人稱為曬布巖。

上圖中像茶壺一樣的山實際是由幾個不同的圓柱構成的，組合起來的形態正好像一把茶壺，所以叫茶壺峰。

丹霞山景區的景色非常漂亮。上圖中左邊的山特別像過去皇家出行的那種傘，所以叫傘石。右邊的畫面是兩個山體之間有一個很窄的峽谷，最窄的地方可能只有幾十公分，這種地貌一般稱為一線天。

廣東的丹霞山非常出名，因此所有類似丹霞山地貌的都被稱為丹霞地貌。浙江的江郎山、福建的武夷山、湖南的崀山、江西龜峰都是丹霞地貌。

丹霞地貌的特徵可以概括為「頂平、身陡、麓緩」。

「頂平」指的是巖層基本是平的，非常平緩。

「身陡」指的是山周邊都是懸崖峭壁，因為斷裂切割造成的。

「麓緩」指的是山下邊的巖石比較軟，並且有上面巖石崩裂的崩積裙，所以山麓比較緩。

丹霞地貌的科學定義是：以流水侵蝕形成，有陡崖的陸相紅層地貌。

陸相是地質學中劃分巖石形成環境的術語，在大陸的湖泊河流中形成的叫陸相，在海洋裡面形成的叫海相。陸相還可以進一步分成河流相和湖相。

在甘肅張掖冰溝丹霞景區，可以看到大量紅色的砂礫巖，赤壁丹崖，巖層都比較平緩，也符合丹霞地貌特點。

平常看得比較多的張掖景區都是上圖中的風格，非常震撼。在地質學中已經有了共識，叫做七彩丘陵。它跟丹霞地貌的特徵是不一樣的。

因為推廣的原因或人為的原因，故意把七彩丘陵當成丹霞地貌。現在正式的地圖上可能已經標註了七彩丹霞。

5、巖漿噴發形成的地貌

平常看到的山除了褶皺山、斷塊山，還有很多是巖漿噴出以後形成的火山。最著名的例子是日本的富士山。

上圖是中國香港的流紋巖，流紋巖是巖漿在冷凝過程中形成的柱狀節理，是非常難得的景觀。

全世界由巖漿冷凝而成的柱狀節理還有山東的馬山石林、吉林的十五道溝、美國的「魔鬼之塔」、英國的「巨人之路」等。

上圖中左和右都是火山口。

左邊的火山口因為已經長時間沒有巖漿噴發，所以積雪和降雨在火山口堆積形成了著名的火山湖——長白山天池。

右邊的火山口也積累了一點點水，但巖漿活動會瞬間把這些水汽化。

四、總結

經典的地貌學景觀可以說無窮無盡，因為大自然所有的地質現象都可以納入到地貌學裡面去。但是現在還沒有一個公認的統一的分類。

做科學、做學問，經常說的一句話是「知其然，要知其所以然」。最近幾年做科普的時候，我倡導的一句話是「知其美，要知其所以美」，前一句話講的是「做科學」，後一句話講的是「科學美」。

一沙一世界，一石一天堂。希望大家在參觀自然美景的時候，想一想它可能的科學成因。這樣我們就不會被表面的神怪故事、愛情故事等蒙蔽，我們要知道它真正的成因，增加對地球科學的興趣。

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「現在，西方原本最接近理性的美國政治體制，居然淪入如此困境！中國將來的途徑應是如何？我願意在檢討美國歷史之時，向臺海兩岸的中國人，一抒個人的感想。」

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