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1. 礦物與岩石 – 地質的基礎材枓
2. 板塊運動 – 強大的力量
3. 測量景觀 – 地質調查導論
4. 風化與侵蝕 – 地貌過程導論
風化
侵蝕
表土沉積
山崩
河流營力
海岸營力
5. 香港地質研究史
6. 香港的地質歷史和岩石
7. 地質構造
8. 經濟地質學 – 香港的礦產與礦業
9. 香港地形與人為影響
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風化與侵蝕 – 地貌過程導論

地貌學是地貌性質和來源的研究,尤其是在大氣圈和水文圈中發生的風化和侵蝕作用。這些地貌過程不斷改變地球表面的形態,並產生在岩石循環中運行的沉積物。地貌是岩石圈、大氣圈和水文圈之間的相互作用的結果。

  • 風化
  • 侵蝕
  • 表土沉積
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  • 河流營力
  • 海岸營力

風化

風化是指岩石礦物及岩體暴露在大氣圈下的蝕變及分解作用。風化作用發生於原地,意即同一地點,並沒有涉及主要的岩石物質遷移。

風化是一項全球性的基本作用。風化作用將岩石從堅硬的狀態變為較軟及較脆弱,令它們更容易受到侵蝕。

風化作用

風化作用主要有兩大類別,而第三類別則為次要:

  • 物理風化:指岩石經過機械性干擾﹝例如粒狀崩解、鱗剝作用、節理岩塊拆解,或因溫度及壓力改變而成的碎裂﹞而產生的風化作用,例子有冰楔及礦物體積的改變。
  • 化學風化:指岩石中的礦物受水、氣溫、氧氣、氫氣及弱酸的作用 ﹝例如溶解、水合、氧化及碳酸化﹞,而導致的分解。
  • 生物風化:指由於植物的出現,或較小程度上動物的介入,而造成或協助的風化作用,當中包括樹根造成的楔劈及動植物產生的有機酸。

在任何特定地點發生的風化作用,其類別主要取決於氣候:

  • 物理風化:機械性作用,多出現於較寒冷及乾燥的氣候。
  • 化學風化:礦物分解作用,多出現於較溫暖及潮濕的氣候。
  • 生物風化:植物及動物普遍傾向出現於溫暖及潮濕的氣候。

控制風化的因素

風化的類別、速度與牽涉程度受多個控制因素影響:

  • 氣候主導風化作用的類別,大都根據風化作用時所存在的水量及氣溫來決定。化學反應在溫度較高的環境,有較快的反應,冰楔作用則發生於較寒冷的氣候。
  • 岩石種類決定岩石在特定環境中對抗風化的能力。每類岩石各自由一套獨特的礦物組成,礦物透過結晶,化學結合及膠結物連結起來。當地殼板塊營力將這些岩石移離其形成的環境,並暴露於太陽及雨水中,風化作用便於此時開始
  • 岩石構造:有強烈節理或斷裂的岩石呈現多個軟弱面,容許風化媒介﹝例如水﹞滲入岩體內﹝圖1及2﹞。
  • 地形:斜坡的傾斜角度控制水流途經岩體的速度,決定風化作用的力量。一般來說,位於較高或構造運動活躍地區的陡峭斜坡,風化作用較為活躍,而平原的風化作用則較緩慢。
  • 侵蝕:侵蝕作用的動力及效率控制風化物質被移離的速度、未風化岩石露出受風化的頻度、以及風化層能否得以保存。
  • 時間:同類型的風化作用維持的時段,期間風化作用未被氣候轉變、地質運動及其他因素干擾,決定岩石受風化影響的程度及深度。

風化的產物

風化作用逐漸使岩石變弱,最終形成於新環境更穩定的地質物質﹝岩石碎塊、沙粒、粉砂及黏土﹞。一般來說,風化作用產生較幼細及疏鬆的岩石物質,以及較弱和多孔滲水的岩體。

在熱帶及亞熱帶地區,由於受炎熱及潮濕氣候影響,劇烈的風化作用形成厚厚的風化層,其厚度可達100米或以上。

風化作用滲透至岩體的不連續面﹝軟弱面﹞,例如岩石的斷層及節理,並攻擊岩石面,滲入岩體﹝圖3﹞。

風化作用傾向侵襲岩石節理的角位及邊緣,使岩石變得渾圓。壓力釋放有利於風化作用,因為岩石減壓形成彎曲的片狀碎塊並且剝落,稱為鱗剝作用﹝圖4﹞。

風化石英二長岩中,渾圓的岩石核有彎曲的鱗剝外殼
圖4:風化石英二長岩中,渾圓的岩石核有彎曲的鱗剝外殼。

花崗岩中的垂直節理受風化而變寬
圖1:花崗岩中的垂直節理受風化而變寬。

風化作用使凝灰岩的節理更為明顯
圖2:風化作用使凝灰岩的節理更為明顯。

火山岩受到不均勻的風化,突顯其節理及成份
圖3:火山岩受到不均勻的風化,突顯其節理及成份。

 

某些岩石﹝例如花崗岩及粗粒凝灰岩﹞經過風化後,會形成厚厚的風化層,其特色是在含有粉砂、黏土及沙粒物質結集成的弱風化土中,出現圓形的巨礫﹝岩石核﹞。這含有岩石核的風化層是香港島及九龍市區多個削坡的顯著特徵﹝圖5﹞。

風化的下限界線可能呈不規則及分散,但在多個個案中,風化的下限均終止於一個鮮明的水平界線上﹝圖6﹞。地形學家稱這界線為風化基面,而工程師則稱之為基岩﹝圖7﹞。

圖7:典型具有岩石核的花崗岩類的風化層。
圖7:典型具有岩石核的花崗岩類的風化層。

圖5:中粒花崗岩的風化層中,板長狀的岩石核。
圖5:中粒花崗岩的風化層中,板長狀的岩石核。

 

圖6:火山岩中截然而呈平面的風化基面。
圖6:火山岩中截然而呈平面的風化基面。

侵蝕

侵蝕是指把風化後的岩石物質移離﹝搬運﹞其風化形成的地方。侵蝕作用主要由重力推動,並由流動媒體輔助,包括水﹝例如河流﹞和冰﹝例如冰川﹞,又或是單單由重力推動﹝例如落石﹞,風也可以移走風化物質﹝例如風蝕﹞。

在運送過程中,流動的角形的粒子會磨滑﹝磨擦或沖涮﹞經過的表面,並磨蝕岩石。因此,山崩的碎石可能會侵蝕沿途的斜坡或河道,河流的沉積物會侵蝕河床的岩石部分,而冰川中的岩石碎塊會侵蝕山谷底部。

侵蝕作用

侵蝕作用通常分為下列四大類別:

  • 塊體崩移:指受重力影響在山坡發生的侵蝕作用,水可能有部份的影響,但並非主要的運輸媒介。塊體崩移或山崩是香港非常重要侵蝕作用﹝圖8﹞。
  • 河流:指涉及水流的侵蝕作用,可發生在土壤中﹝例如泥土管涌﹞,地面﹝例如細溝及沖溝,圖9﹞,或於季節性或常流河道。河流作用在香港非常重要。
  • 風力:指於乾燥地方涉及氣流迅速移動的侵蝕作用,地點可以是寒冷或炎熱的沙漠。風力侵蝕在香港影響不大。
  • 冰川:指涉及冰的侵蝕作用,冰或是存在於泥土中﹝例如土石緩滑﹞,或作為搬運媒體﹝例如冰川﹞。冰川作用並沒有直接影響香港。

控制侵蝕的因素

侵蝕的類別及程度決定於多個因素,包括:

  • 氣候:氣候基本上控制地區內的侵蝕類別及速度,因為氣候決定水量﹝雨量﹞及其季節性分佈、溫度﹝熱帶、寒帶及兩極﹞,以及日照時數、風力及風向等。
  • 地形:高山地區的地勢較高,潛在力量較低地為高。結合陡峭的斜坡,高地侵蝕作用的動力較周邊平原大。
  • 岩石類別:岩石的類別決定地區內受侵蝕影響的程度。在同一氣候環境,每種岩石對風化及侵蝕作用的反應各異。根據當時情況,各種岩石展示其獨特的抵抗能力或弱點。抵抗力較強的岩石形成高地,而相對較弱的則形成山谷及低地。
  • 岩石結構:風化作用沿節理或受斷層影響的岩石的弱線,通常較嚴重。由於這些風化後的物質較易被侵蝕,河流山谷大多出現於主要斷層或節理沿線。

沿溝泥石流只於陡斜而狹窄的季節性河流出現
圖8:沿溝泥石流只於陡斜而狹窄的季節性河流出現。

深的蝕溝切割着受深度風化的花崗岩的山脊
圖9:深的蝕溝切割着受深度風化的花崗岩的山脊。

 

侵蝕的產物

經侵蝕作用而剝落的岩石物質,最終將沉積於海底,儘管途中可能短暫停留於其他地方,如懸崖之下的山石堆、山邊的坡積物﹝圖10﹞、河道兩旁的氾濫平原、湖泊的三角洲,或沙漠﹝例如沙丘﹞。

過去千億年間,一個地區的地形經由侵蝕作用雕刻而成,由原來被抬升的岩體,變成複雜的山峰、交錯的山谷及圍繞的平原。

重力造成山崩、流水侵蝕水溝及河道﹝圖11﹞,岩塊從懸崖剝落形成山石堆。在下游地帶,河流勾劃出山谷,沉積物堆積形成氾濫平原。而在地面以下,可溶解的岩石﹝例如石灰岩﹞經過水的侵蝕,形成通道、洞穴及豎井。

蚺蛇尖陡斜的山坡受河流侵蝕
圖11:蚺蛇尖陡斜的山坡受河流侵蝕。

侵蝕的最終結果是將高山、山脊及高地變為平原﹝稱為準平原﹞,從陸地逐步傾斜伸延至大海。

在天然山坡上常見受侵蝕的岩石碎屑層﹝坡積物﹞
圖10:在天然山坡上常見受侵蝕的岩石碎屑層﹝坡積物﹞。

表土沉積

岩石經過風化後,被分解成鬆散的岩石碎屑及礦物顆粒,並經侵蝕過程轉移至另一地點。這些沉積物可能由水力、風力或地心吸力推動,最終堆積至不同的沉積環境。表土沉積是指未被整固在地表上的沉積物。

表土沉積的分類

表土沉積物一般按其沉積環境分為三大類:陸上﹝土地﹞、海岸及海洋沉積環境﹝圖12及表1﹞。沉積環境受各不同因素相互影響,包括該地點的板塊構造環境、地理位置、沉積物輸送媒體、可影響沉積物的生物、以及氣候系統等。沉積環境可能隨著時間,因海平面變化或河道變更等因素,而作出相應改變。


表1:各類沉積環境的例子

表1:各類沉積環境的例子。


沉積環境
圖12:沉積環境。

山崩

山崩,或稱邊坡坍塌,一般是指由重力操控的塊體崩移過程,影響全球山坡。

天然斜坡

在正常情況下,天然斜坡﹝指未被人類活動大量改造的斜坡﹞達到準平衡狀態。即是說,就岩石的種類、結構、泥土種類及厚度、植被的範圍及類別,地表及地下水文,以及當時的氣候情況而言,山坡被侵蝕至一個相對穩定的角度。

風化作用持續在山坡進行,削弱埋藏的岩石。地下水將部分風化物質從岩石節理或覆蓋的泥土中沖走,而山旁的溪水將山澗加深。

山坡上的岩石和泥土不斷被削弱而變得不穩定,導致山坡定期透過塌毀﹝山崩﹞重新調節至一個較穩定的狀態﹝圖13﹞。

重要的是,若其中一個或其他山坡相關因素有所改變,例如當地的樹木被燒毀或伐木所移走,又或遇到反常豪雨,則大規模山坡可能遭侵蝕以致發生塌毀﹝山崩﹞。

此外,陡峭的溪道在豪雨期間會帶走大量表層物質,這些水份連同土石嚴重地侵蝕河道,令溪流兩岸邊坡不穩,引至斜坡塌毀。

在極端的情況下,地震可能會搖動整個地區,令大量土地鬆脫,造成山崩。

由淺層滑坡聚合而成的沿溝泥石崩瀉
圖13:由淺層滑坡聚合而成的沿溝泥石崩瀉。

人造斜坡

許多在香港市區週圍的山邊,都已遭改動為築建樓房的平台以及公路的台階。此過程造成陡峭的人造削坡,改變了原來斜坡的形態,影響地下水水系,並將岩石中不利的節理面或其他軟弱線暴露出來〔圖14﹞。

人造斜坡一般較大多數的天然斜坡陡峭。它們經過挖掘,失去了原來山坡的天然平衡特質,因此通常需要進行一些穩固工程。

工程師在策劃及設計這些人造削坡時,需引用以下技術以盡量令斜坡安全:

  • 支撐斜坡:例如岩層錨杆、裝設土釘及擋土牆 。
  • 表面保護:例如砌石護坡及噴射混凝土。
  • 斜坡疏水渠道:例如排水孔、排水斜管、U 型渠道及梯級渠 。

部分被削至岩石部份的人造斜坡,當發生山崩時,基本上會沿着岩石的節理面塌毀。在香港,這些節理面常見有黏土填充,形成了在岩石中的弱線。當節理面的磨擦力降低或本來支撐斜坡的物料被移走時,泥石便沿着節理脫落。

人造斜坡塌毀的後果比天然斜坡崩塌的較明顯,因為它們直接影響道路及人口稠密的地區。

 

 

 

 

 

斜坡的類別
圖14:斜坡的類別。

河流營力

河流一般發展成明顯的樹枝狀系統,從地圖上可看見有如樹幹及樹枝的圖案。小溪漸漸在下流集合一起,形成較大的河流,直至最後流進主河。這主要河道匯集沿途各方支流,通常流進大海。

溪流源頭的特色是其陡峭斜幅所造成的龐大力量,因此溪流會向下侵蝕河道﹝破壞性營力﹞。當山坡的斜度遞減,溪流的侵蝕能力亦相應減弱,沉積作用(建設性營力)則轉趨重要。

河流的垂直剖面受基準面控制,一般與海平面相同。湖泊及水塘也會暫時充當局部地區的基準面。隨著海平面的升降,河流的剖面亦會透過侵蝕﹝當水位下降﹞或沉積﹝當水位上升﹞,調整至新基準面。因此,基準面的改動會導致河流沿途的破壞性及建設性營力的界線有所變動。

具破壞性營力的河流地形

地形的種類及例子 闡釋
山谷
﹝例子:林村河谷﹞
由於水流侵蝕及被河流佔據的線狀低地。 由於水流侵蝕及被河流佔據的線狀低地。
瀑布
﹝例子:新娘潭瀑布﹞
河流縱面的台階,通常為堅硬及抗力強的岩石,通過此處的流水因而有落差,亦稱為坡折點。  

 

具建設性營力的河流地形

地形的種類及例子 闡釋
曲流河
﹝例子:錦田河﹞

於平原上,河道發展成彎曲的路線,過程稱為曲流作用。在河道上出現個別的彎位或圈,稱為曲流。曲流河一般較接近基準面,斜幅較小,流速緩慢,並一般含較少的粗粒的床載。

於平原上,河道發展成彎曲的路線,過程稱為曲流作用。在河道上出現個別的彎位或圈,稱為曲流。曲流河一般較接近基準面,斜幅較小,流速緩慢,並一般含較少的粗粒的床載。
氾濫平原
﹝例子:元朗平原﹞

曲流河向下流動,一邊侵蝕外彎,另一邊在內彎堆積沉積物,形成曲流沙洲,慢慢將堆積成氾濫平原。

曲流河向下流動,一邊侵蝕外彎,另一邊在內彎堆積沉積物,形成曲流沙洲,慢慢將堆積成氾濫平原。
河階
﹝例子:林村河谷﹞

當河流不斷侵蝕其河床,如海水平下降或陸地抬升,河道會低於原有的氾濫平原。這些較高及已被荒廢的氾濫平原稱為河階。一連串發生的海水平下降或陸地抬升,會形成一系列的河階。

 
自然河堤
﹝例子:錦田河﹞

河堤是河流兩旁的堤圍。當週期性河水氾濫時,導致沙質沉積物積聚於河道附近,而粉砂則沉積越過氾濫平原。由於河堤使河道兩側升高,形成自然抗洪的堤圍。

 
沼澤

出現在氾濫平原的低窪地,它可能是已廢棄的曲流。由於沼澤水位高而排水差,因而形成一個長滿植物的濕地。

 

海岸營力

海浪營力是影響海岸線的主要營力。海灘會根據其形態,以及相對於水平位及海浪活動的位置﹝圖15﹞,而分為多個區域帶。

 
沙灘詞彙
圖15:沙灘詞彙。

風在海面掠過形成波浪,因此波浪的類別和強度需視乎海岸線與盛行波相對的方向﹝朝向﹞,以及風吹過海面的距離﹝風距﹞。

海浪根據其造成的侵蝕或沉積作用,大致上劃分為破壞性及建設性。

破壞性海浪通常與高能量的環境和陡斜的海岸帶有關。岩石嶙峋的海岸線暴露於巨浪及高潮而受到侵蝕。

在沙岸,破壞性海浪令沙灘退減﹝降級﹞,因為回流﹝向海﹞較沖流﹝向陸﹞更有力,能運送更多物質回到海中。

建設性海浪會建成海灘,因為沖流在運送物質時比回流更有效。建設性波浪通常與平坦的海岸帶和低能量的海岸有關。

值得注意的是,海岸地形不但受地貌營力控制,同時亦受到地質情況影響﹝如岩石類別及地質構造﹞。地質構造加上岩石不同的抗風化及侵蝕能力,令海岸出現不規則的形態,例如岬角、港灣、海蝕柱及海蝕拱。

具破壞性營力的海岸地形

地形的種類及例子 闡釋
岬角
﹝例子:伙頭墳洲﹞

屹立在岸邊受到猛烈波浪沖擊的石岬。

屹立在岸邊受到猛烈波浪沖擊的石岬。
海蝕洞
﹝例子:吉澳﹞

岩石的節理受海浪沖擊而擴大,形成沿海崖的洞穴。

岩石的節理受海浪沖擊而擴大,形成沿海崖的洞穴。
海蝕拱
﹝例子:鴨洲﹞

當狹窄的岬角或山脊受來自兩方的侵蝕,形成橋狀地貌。通常是從海蝕洞的兩邊,在同一線較弱的地方開始侵蝕而發展。海蝕拱可在水面或以上的地方出現。

當狹窄的岬角或山脊受來自兩方的侵蝕,形成橋狀地貌。通常是從海蝕洞的兩邊,在同一線較弱的地方開始侵蝕而發展。海蝕拱可在水面或以上的地方出現。
海蝕柱
﹝例子:平洲﹞

經由海浪沖擊而形成的塔狀或石柱殘骸。通常是海蝕拱崩塌後的殘骸。海蝕柱可以在接近、或現今海平面之上出現。

經由海浪沖擊而形成的塔狀或石柱殘骸。通常是海蝕拱崩塌後的殘骸。海蝕柱可以在接近、或現今海平面之上出現。
浪蝕平台
﹝例子:平洲﹞

通常出現於懸崖底部的岩架,由海浪磨蝕而成。浪蝕平台可位於高潮水位之上或之下。

通常出現於懸崖底部的岩架,由海浪磨蝕而成。浪蝕平台可位於高潮水位之上或之下。<
浪蝕龕
﹝例子:平洲﹞

由海浪侵蝕懸崖底部而成的切口,通常出現於浪蝕平台的後面。

由海浪侵蝕懸崖底部而成的切口,通常出現於浪蝕平台的後面。

 

具建設性營力的海岸地形

地形的種類及例子 闡釋
沙灘
﹝例子:大浪灣﹞

土地經風化及侵蝕後形成的沉積物,被河流運送至海岸。較細微的沉積物通常會被帶入海中,而較粗糙的沉積物﹝如沙﹞則留在近岸。建設性海浪及水流將沿岸的沉積物重新分佈,形成不同類形的沙灘。

 
沙壩
﹝例子:往灣洲﹞

呈山脊狀的沉積物,一般為沙及含泥質的沙,受建設性海浪送到岸上,形成與海岸線平行的長堤,於潮退時暴露出來。

呈山脊狀的沉積物,一般為沙及含泥質的沙,受建設性海浪送到岸上,形成與海岸線平行的長堤,於潮退時暴露出來。
灘脊
﹝例子:大浪灣﹞

通常乾燥而位處較高的內灘,處於春潮最高位與海岸營力高位之間的地區。灘脊只受強烈風暴或不尋常的高潮影響。

 
抬升沙灘

舊有而不再活躍的沙灘,位於現今海岸線之上,與目前的海灘分開。於海平面較高時形成,或因地殼運動而遭抬升。

 
三角洲

呈葉狀的沉積物,一般為沙及泥,從河流運送,積聚在湖或海的入口。

 
沙咀

呈手指形的狹長沉積物,由建設性海浪及水流重新分佈沿岸的沉積物,這過程稱為沿岸漂沙。

 
連島沙洲
﹝例子:長洲﹞

狹長沙脊將小島與大陸,又或兩個小島連成一起。

狹長沙脊將小島與大陸,又或兩個小島連成一起。
潮區
﹝例子:后海灣﹞

為寬闊的河口,此處淡水流進海水,混成一體。潮區的特點是清水與鹹水混合,以及廣闊的潮汐灘。在香港的潮汐灘地常見被紅樹林覆蓋,有助於沉積作用。

為寬闊的河口,此處淡水流進海水,混成一體。潮區的特點是清水與鹹水混合,以及廣闊的潮汐灘。在香港的潮汐灘地常見被紅樹林覆蓋,有助於沉積作用。<
潟湖
﹝例子:谷埔﹞

位於河谷下游地帶的一個被沙咀或沙洲分隔的岸邊水體。

位於河谷下游地帶的一個被沙咀或沙洲分隔的岸邊水體。