图文：地质学家和地质学家的军事用途（节译）
爱德华·P·F·罗斯，伦敦大学地球科学系
朱迪·埃伦，美国陆军工兵研究与发展中心
乌苏拉·L·劳伦斯，英国Capital House
摘要：1798年，拿破仑是第一位将地质学家纳入军事行动的将军。在英国，接下来的一个世纪里，地质学作为一门军事科学进行教授，也开始了国家地质测绘。尽管如此，军事地质学家直到第一次世界大战才被部署到战场上，首先是德国和奥匈帝国军队，后来是英国和美国军队，强度较低。地质学家主要用于指导抽取地下水、修建“矿井”隧道和挖坑，开发防御工事和开采自然资源，以加强或修复供应路线。只有苏联和德国以有组织的军事地质学专业知识参加了第二次世界大战，但英国和后来的美国大量使用了军事地质学家，尽管他们的人数远远少于德国部队使用的400人。军事地质学家在第二次世界大战中的角色与第一次世界大战中的大部分角色相当，但也扩展到地形评估的其他方面，特别是临时机场的快速建设和影响越野车辆移动（“通行性”）的因素。1945年后，美国比德国或英国使用了更多的军事地质学家，发挥了这些和更广泛的作用，但大多是作为平民或预备役人员。
“军事地质学可以简单地定义为地质学在战争艺术中的应用”（Erdmann 1943，第1169页）。从上述200多年来出现的一系列应用中，有四项特别重要：（1）供水，（2）建设防御工事，（3）挖沟、挖隧道和采石等地面开挖，（4）为军事行动进行地形评估。
一般而言，与供水有关的应用不在本书的范围之内。它们已经在一本配套的书中得到了广泛的记录（Rose & Mather 2012）。然而，上述章节说明饮用水长期以来一直被视为重要的军事资源，供水问题是第一次世界大战中分配给双方军事地质学家的最早和最频繁的任务之一。在第二次世界大战和随后的冲突中，这些任务仍然很重要。除了向集中在战役中的大量部队提供水源这一挑战之外，没有安全的水源供应，任何防守的地方，无论多么坚固和驻扎，都无法长期抵御围攻。为设防地点提供供水所遇到的问题的例子是本卷中讨论的军事水文地质学的唯一方面。Mather（2018）提供了英格兰南部在十八世纪和十九世纪防御工程期间如何实现供水的一些例子，揭示了从白垩纪或古生代碎屑沉积物下可能受到海水入侵的地点开采地下水的创新手段。关于沿海防御工事、地面挖掘和地形评估的论文构成了本书的其余部分。
防御工事是一项古老的技能。中东的一些防御工事可以追溯到大约5000前（Toy 2006）。然而，已知在大不列颠建立的最早的军事防御设施是青铜时代晚期和铁器时代的山丘堡垒：最初由木制栅栏加固或盖顶的土质建筑，在基督教时代开始之前的一千年里大量建造（Johnson 1978；Williams 1999）。罗马人于公元43年入侵英国，逐步占领了山地堡垒，并在接下来的大约三个世纪里，在内陆和关键的沿海地区启动了大量石砌工事的计划。Bromhead（2018）描述了这一时期的一个沿海堡垒是如何建造在一个废弃的海洋悬崖上的，该悬崖被侵蚀成一个近乎水平的早白垩世砂岩序列，覆盖在泥岩上，在建成后的1700年里遭受破坏。据推断，这种破坏是由几个主要的山体滑坡造成的，而不是由连续的下坡蠕动造成的，因此提供了关于自然坡度破坏的性质和频率的不寻常的长期证据。
11世纪，诺曼人对英格兰的征服开启了内陆防御的新阶段，其中包括城堡建设，并延续到中世纪时期。然而，英格兰下一个全国性的沿海防御计划是在16世纪由国王亨利八世启动的（图16）。他的计划在随后的几个世纪里得到了加强，在19世纪中期达到了高潮，在英格兰南部的朴茨茅斯（Mather 2018）、普利茅斯、波特兰、多佛、查塔姆和梅德韦河口以及威尔士南部的彭布罗克等主要海军基地进行了加固：这是英国有史以来最大的防御计划（Porter1977; Crick2012）。
图16.林迪斯法恩城堡，16世纪建于英格兰东北部海岸，是亨利八世国王下令建造的一个防御工事。它占据了大惠恩山丘的侵蚀遗迹，这是一个石炭纪晚期的辉绿岩侵入体，有的地方厚度超过70米，其出露的斜坡部分被公元122年的哈德良墙和几个中世纪的城堡所加固（参见Rose 2005d）。照片由克莱尔·罗斯提供。
亨德森（2018）介绍了美国同时期的防御工事，以抵御英国的潜在入侵。1784年，美国从殖民统治中独立出来后，美国政府很快批准在该国东海岸的关键位置修建“第一体系”堡垒，然后修建“第二体系”堡垒。19世纪早期，并从1816年起建造了雄心勃勃的“第三体系”，实际上只建造了42座“第三体系”堡垒，主要是在脆弱的第四纪沉积物上：一些在更新世的鼓楼或冰碛上，许多在全新世的屏障岛上，因此它们的地质环境与Mather（2018）描述的英国19世纪的堡垒地点非常不同。
本书这一部分的最后一篇文章（Häusler2018）将海岸防御的主题带入了20世纪。它着眼于挪威，其超过25000公里的崎岖海岸线主要被侵蚀成坚固的前寒武纪-古生代地形，尽管局部有厚厚的第四纪粘土覆盖。在第二次世界大战期间，至少63名德国和奥地利的地球科学家被编入占领挪威的德国武装部队：专业知识的异常集中。大部分协助建造了“大西洋墙”的北部：这是一个巨大的间歇性海岸防御系统，从挪威北部向南延伸约2600公里至法国与西班牙的边界，以保卫德占欧洲的西部边界，抵御预期的盟国入侵。他们获得的专业经验在战后极大地推动了岩石力学和土壤力学的国际发展。
对于第一次世界大战，Doyle（2018）在此描述了地质学是如何影响英军和德军在西线北部的战壕建设的：横跨比利时和法国北部部分地区的地形，由新生代沙土和粘土或白垩纪的白垩土覆盖，第四纪的覆盖物不一。这只是从北海向西南延伸至法国与瑞士边境的战壕群（如图17）的一部分，因此跨越了英国远征军作战区域之外的更古老、更坚固的岩石。Willig（2018）更深入地介绍了德国和奥匈帝国军事工程师在西线以外的地方进行的隧道挖掘工作（双方的隧道挖掘工作已被广泛记录，如Jones 2010），但在相对不太知名的东部前线，面对俄罗斯及其卫星国。12个军事地质学家团队协助了这项工作，共有60多人。罗斯（2018b）将主题返回到西线，描述了皇家工程兵的采石连的形成和作用。这是一项战时创举，他们生产了大量的“石头”，用于增强或修复英国远征军所必需的道路和铁路基础设施：在其巅峰时期，一支大约1.5米的部队百万军队。
图17.1918年西线香槟-阿贡地区盟军防御挖掘（战壕、挖坑和地雷系统：红色）和对峙的德国工程（蓝色）地图。底部键中的数字表示：（1） 地点，（2）塞雷德里维埃尔堡系统，（3）盟军战壕和通讯，（4）德国战壕和通讯，（5）地雷系统，（6）贝里奥巴的地雷系统。经皮埃尔·塔博雷利（Pierre Taborelli）从塔博雷利（2017）等人处获得实物复制许可。
对于第二次世界大战，罗斯（2018c）扩展了他对采石连的叙述，描述了他们在1940年的重新创建以及他们的广泛部署，以支持英国军队在环地中海国家以及西欧的更多机动行动。随后，他又为皇家工程兵的隧道工程连做了补充说明（Rose 2018e），重点介绍了法国北部、英国、直布罗陀和马耳他的任务，因此包括比这些连队首次服役时遇到的岩石更坚固的岩石，在世界大战的西线，Mackay（2018）继续介绍隧道工程的主题。他描述了一条穿过香港花岗岩的铁路隧道，该隧道在二战期间被英国军队故意封死，作为 “路线封锁”计划的一部分，旨在阻止入侵的日本军队进入。这条隧道最近进行了修复工作：这是一个因深入研究工程地质学而闻名的地区的案例，目前该地区的主要建筑工程都以工程地质学为指导。事实证明，路线拒绝和路线维护都是战时军事地质学中具有历史意义的方面。最后，Bulmer（2018）通过对叛乱分子最近在伊拉克北部摩苏尔地区脆弱的新生代沉积岩中创建的隧道的广泛叙述，将军事隧道主题带入了最新阶段，以隐藏战斗人员及其物资，避免空中观察和攻击，以及伊拉克政府军及其盟友对其进行定位的尝试。
本书最后一节所包含的文章可以松散地归入地形评估的标题下（在英国军事背景下使用时，地形分析或地形评估等术语有时被理解为意味着更具体的范围；美国人只使用地形分析一词）。
军事上对地形的兴趣可以追溯到最早的时代……[但是]直到第二次世界大战之后，才开始认真和持续地关注[为军事目的]评估和预测地形条件的问题（Parry 198，第570页）。
在前几个世纪，从18世纪起，法国和普鲁士的军队率先使用军事地理学家作为参谋，指导指挥官在战役中利用地形。从这个时候开始，详细说明地形特征的地形图成为越来越重要的军事资源。在在英国，军械测量局成立于1791年，目的是在面临来自法国革命的日益增长的入侵威胁时，对英国进行一次全国性的调查（该调查于19世纪完成，随后进行了修订），但其起源可以说是在1745-46年雅各布派叛乱后于1747年开始的苏格兰军事测量（Seymour1980）。
在美国内战（1861年至1865年）中，联邦和邦联的几位将军（如威廉·S·罗斯克兰斯和托马斯·斯通沃尔·杰克逊）的参谋部都配备了地形学家，他们提供地形图以帮助部队机动，并随后记录战场（皮特曼2000年）。Harrelson等人（2018年）提供了一个案例，其中联邦军事指挥官在规划美国南部的红河战役时，忽视了地形的独特地质方面，包括河流的闪光性、高沉积物负荷、吻合的渠道和激流，从而犯下了战术错误。
从第一次世界大战开始，地形图开始被军事地理学家和军事地质学家绘制的专题地图所补充。第一次世界大战的例子包括双方在西线绘制的供水和“采矿”地图（Brooks 1920; Anon 1922; Häusler 2000a; Rose2009b; Rose&Rosenbaum2011）。德军和奥匈帝国军队在比盟军更大的军事地质工作人员的支持下，绘制了种类和数量繁多的专题地图（Häusler 2000a）。在第二次世界大战中，德国军事地质学家再次为许多地区编制了多种类型的专题地图（Häusler 1995a, b），随着盟军日益从防御转向反击，美国陆军（Nelson & Rose 2012）和英国武装部队（Rose 2005c; Rose & Clatworthy 2007b, 2008b）都专门设立了军事地质学家单位来编制专题地图和报告。此外，Rose（2018f ）描述了二战中盟军的地形评估是如何通过对航空照片的解译而大大增强的，这种技术是由一个单位为皇家空军和英国陆军（因此也是为盟军的总体）开创的，该单位最有影响力的军官中包括一些杰出的地球科学家。Malm（2018年）从德国的角度回顾了过去100年来为预测轮式和履带式车辆的越野机动性而开发的技术，为本书画上了一个句号，现在这是军事行动规划的一个主要因素，因此也是现代地形评估的一个关键组成部分。这种地形研究构成了1982年英国解放福克兰群岛行动规划的一部分（图18），尽管当时（就像第二次世界大战中经常发生的那样）地形图是紧急和匆忙编制的，而不是长期研究的结果。
图18. 福克兰群岛皇家工兵简报地图系列GSGS 5453第3版的一部分，在总工程师（陆军）的指导下以1:250 000的比例尺编制，主要是为了表明1982年的“通行能力”。网格间隔：蓝色为10公里，黑色为15′。绿色=坚实的地面通常可以通过，白色=轻度泥炭，可小心通过，橙色=糟糕的路况，可根据当地建议通过，品红色=沼泽或岩石，车辆无法通过。地图边缘显示的“衍生和可靠性”表明“皇家工兵地质学家”做出了贡献。事实上，只有一位地质学家参与其中，他来自英国后备军，与一位刚从岛上回来的农学家一起工作了两天时间。他们起草了第一版，36小时后以全彩印刷。精致的第二版在一周内就印好了(L.R.M. Cocks, pers. comm. 2018)。Crown版权所有，经英国费尔瑟姆国防地理中心版权和发行处的实物，复制已经许可。
这几个例子有助于介绍地质学潜在的广泛的军事方面。十九世纪，英国军队包括历任防御工事总监（或类似头衔的高级官员：Porter 1977），负责英国和海外的重大建设工程，其工作人员偶尔会接触到地质信息和军事地质学家，如J.E. Portlock（Mather 2018）。史密斯（1964年，第313页）承认，在1904-05年的日俄战争期间（参见Willig 2018），俄军“主要利用一些地质学家作为建造防御工事的顾问”。1815年至1945年期间，欧洲大部分地区都在建造堡垒和防御工事（Williams 1999；Kaufmann & Kaufmann 2014a, b），而德国至少从第一次世界大战开始，就在发展中大量使用军事地质学家（Willig 2018；Häusler 2018）。然而，正如历史上一样，武器系统的发展继续使旧的防御工事过时，并成为发展新型防御结构的催化剂。
几千年来，人们一直在挖掘沟渠，以确定区域边界或阻碍军事行动，有时还为建造堡垒而大量开采石料，令人印象深刻。例如，在公元122年后的十年间，约有3万名士兵和劳工建造了长达135公里的哈德良长城，以标示罗马不列颠省的东北边界，需要超过2400万块石头，并由一条顶部宽5.4-5.9米、深2.6-2.9米的沟渠（Vallum）覆盖，是37米宽的壕沟区的一部分，比任何史前土方工程都大（Moffat 2009）。罗马人在围攻行动中经常创建小规模的土方工程，但大规模的挖掘实际上是在冲突时期进行的，这是两次世界大战的主要特征，而不是早期的历史。
挖掘（即挖沟）和采矿（即挖地道）是古代军事工程技能，长期用于攻城作战，特别是在能够突破堡垒墙的大炮发展起来之后，堡垒的设计也随之改变，以抵御轰击。其中，在地下开凿隧道以开发设施对当今的军事力量有许多影响。甚至在最近涉及隧道的伊拉克冲突之前（Bulmer2018），Eastler（2004，第35页）就预测“地下地形很可能是不远的将来的关键战场”。事实上，《泰晤士报》（Anon 2018，第30页）最近声称，尽管没有实质性证据，但：
在估计存在的1万个大型[地下]军事设施中，朝鲜几乎拥有一半......[以及]通过深层隧道网络每小时向韩国运送多达3万名士兵的能力。
美国的军事训练目前正在根据伊拉克和阿富汗的经验和这种看法进行修订：“五角大楼正在花费5亿美元让美国士兵准备在地面下作战，因为军事首长们正在重新评估未来可能的战场。”
采石是一项较新的重要军事工程技能。它在第一次世界大战中变得很重要，因为西线的部队对峙规模几乎是静态的。德国军事地质学家当时在制定静态资源地图方面具有创新性，显示了建筑材料（建筑石料、沙子和骨料）和具有生态意义的材料（如煤和金属矿石）的采石地点或区域。这些地图有助于指导工兵部队的防御系统建设。在德国军事地质学家的任务中，有很大一部分与赢得被占领土地上的原材料有关（罗斯等人，2000年）。盟军为了保卫自己的地形，在这些任务中更多地利用了当地平民而不是军事地质学家的专业知识。
原材料也是二战期间德国军事地质学家任务的重要组成部分。防御系统，如西墙（与德国和法国接壤）和大西洋墙（标志着德国占领欧洲的西部边界），分别在1938-40年和1940-44年消耗了大量混凝土骨料。仅大西洋墙就包括大约15000个煤仓和木箱复合物，外墙为2米厚的钢筋混凝土，均匀吸收约17600000吨混凝土（Rolf 1988）。最新的作战对建筑材料的要求较低，但仍然对军事地质学家提出了要求，例如1982年南大西洋福克兰群岛发生冲突后，英国军队在斯坦利港附近经营了一个采石场（图18）（Rosenbaum 1985）。
许多军事地质学只是为军事客户提供水文地质学和工程地质学，尽管在战时完成速度通常比成本效益更重要。然而，地形评估仍然是地质学的一个方面，具有特殊的军事和民用意义。
自20世纪50年代初以来，地形评估的程序已经远远超出了第一次和第二次世界大战的“不可通行”轮廓覆盖层，这部分军事艺术已经最终转变为一门军事科学（引自Parry1984, p. 579）