地形學的演進史：從古代中國到現代定量研究的發展歷程

地形學的歷史源遠流長，最早的理論或許可追溯至中國科學家暨政治家沈括（1031-1095年）。他根據在距太平洋數百英里的山脈地層中觀察到的海洋化石，推導出這座懸崖曾經是史前海岸線的位置，並在數百萬年間位移了數百英里。當他在懸崖切面中發現水平延伸的雙殼貝化石時，便推測該地區曾是古代海岸。他透過觀察太行山與溫州附近雁蕩山的奇特自然侵蝕現象，推斷陸地是由山脈的土壤侵蝕與淤泥沉積所重新塑造而成。此外，當他在現今陝西省延安市（即古代延州）的乾燥北方氣候帶發現保存於地下的古代石化竹子時，他便提出了數百年來氣候逐漸變遷的理論。

早期現代地形學

「地形學」（Geomorphology）一詞似乎最早由勞曼（Laumann）於1858年在一部德文著作中使用。基思·廷克勒（Keith Tinkler）認為，該詞是在約翰·韋斯利·鮑威爾（John Wesley Powell）與W·J·麥基（W.J. McGee）於1891年國際地質大會中使用後，才開始在英語、德語與法語中普遍流通。約翰·愛德華·馬爾（John Edward Marr）在其著作《景觀的科學研究》（The Scientific Study of Scenery）中，將其書視為「地形學的入門論述」，認為這是一門從地質學與地理學結合中應運而生的學科。

早期廣為流行的地形模型是由威廉·莫里斯·戴維斯（William Morris Davis）於1884年至1899年間所發展的「地理循環」或「侵蝕循環」模型，用以解釋大尺度地貌演化。此模型是詹姆斯·赫頓（James Hutton，1726-1797）所首倡的均變說（uniformitarianism）理論的延伸闡述。以河谷地形為例，均變說主張一個序列：河流流經平坦地形，逐漸切割出越來越深的河谷，最終側谷侵蝕，使地形再度趨於平坦，但海拔降低。當時認為構造抬升可重新啟動這個循環。在戴維斯發展此概念後的數十年間，許多研究地形學的人都試圖將其發現納入此框架，即今日所稱的「戴維斯學派」。

1920年代，瓦爾特·彭克（Walther Penck）發展出戴維斯模型的替代版本。彭克認為，地形演化更適合描述為持續抬升與剝蝕作用的交替進行，而非戴維斯所主張的單次抬升後衰減的模式。他還強調，在許多地形中，坡面演化是透過岩石的後退式侵蝕（backwearing）而非戴維斯式的表面降低來發生，且其科學觀點傾向於強調地表過程，而非深入理解特定地點的地表歷史。彭克是德國人，在他生前，其理念有時受到英語系地形學界的強烈反對。他的早逝、戴維斯對其作品的不滿，以及他偶爾令人困惑的寫作風格，都可能助長了這種排斥。

戴維斯與彭克皆試圖將地球表面演化的研究建立在比以往更具普遍性、全球相關性的基礎上。在19世紀初期，歐洲等地的作者傾向於將地形歸因於當地氣候，特別是冰川作用與冰緣過程的特定影響。相比之下，戴維斯與彭克則試圖強調地形隨時間演化的重要性，以及地球表面過程在不同地形、不同條件下的普遍性，建立統一理論。

20世紀初期，區域尺度的地形研究被稱為「自然地理學」（physiography）。後來，「自然地理學」被視為「物理」與「地理學」的縮寫，因此與自然地理（physical geography）同義，該概念因而捲入了關於該學科適當關懷的爭議。部分地形學家堅持自然地理學的地質基礎，強調自然地理區域的概念，而地理學家中則存在一股相反的潮流，將自然地理學等同於「純粹形態學」，將其與地質學遺產分離。在第二次世界大戰後的時期中，過程研究、氣候研究與定量研究的興起，使得許多地球科學家更偏好使用「地形學」一詞，以暗示對地形的分析性而非描述性研究方法。

定量地形學

20世紀中葉，地形學開始建立在穩固的定量基礎上。繼20世紀初格羅夫·卡爾·吉爾伯特（Grove Karl Gilbert）的早期研究之後，一群自然科學家、地質學家與水利工程師——包括拉爾夫·阿爾及·巴格諾德（Ralph Alger Bagnold）、漢斯-阿爾伯特·愛因斯坦（Hans-Albert Einstein）、弗蘭克·阿納特（Frank Ahnert）、約翰·哈克（John Hack）、盧納·利奧波德（Luna Leopold）、A·希爾茲（A. Shields）、托馬斯·馬多克（Thomas Maddock）、亞瑟·斯特拉勒（Arthur Strahler）、斯坦利·舒姆（Stanley Schumm）以及羅納德·什里夫（Ronald Shreve）——開始透過對河流與山坡等地形要素進行系統性、直接、定量的測量，並研究這些測量的比例關係。這些方法開始使人們能夠根據現今觀察預測地形的過去與未來行為，後來更發展成為現代以高度定量方法解決地形問題的趨勢。定量地形學可能涉及流體力學與固體力學、地形學、實驗室研究、田野測量、理論工作，以及完整的地形演化建模。這些方法被用於理解風化作用與土壤形成、沉積物傳輸、地形變遷，以及氣候、構造、侵蝕與沉積之間的交互作用。

當代地形學

今日，地形學領域涵蓋了非常廣泛的不同方法與興趣。現代研究人員致力於提煉支配地球表面過程的定量「法則」，但同時也認識到這些過程運作所在的地形與環境的獨特性。當代地形學中特別重要的認知包括：

1）並非所有地形都可被視為「穩定」或「受擾動」的狀態，其中受擾動狀態是某種理想目標形態的暫時偏離。相反，地形的動態變化現被視為其本質的重要組成部分。

2）許多地形系統最適合從發生於其中的過程的隨機性來理解，即事件規模與再現時間的概率分布。這反過來又表明了混沌決定論對地形的重要性，並且地形特性最適合以統計方式加以考量——「相同地形中的相同過程並不總是會導致相同的最終結果」。

資料來源：維基百科