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第24章 移动的固体——冰川

冰川是一种巨大的流动固体,是在高寒地区由雪再结晶聚积成巨大的冰山,因重力作用冰山流动,成为冰川。冰川作用包括侵蚀、搬运、堆积等作用,这些作用造成许多地形,使得经过冰川作用的地区形成多样的冰川地貌。此外,冰川所含的水量,占地球上除海水之外所有的水量的97.8%。据认为,全世界存在有多达70000~200000个冰川。冰川自两极到赤道带的高山都有分布,总面积约达16227500平方千米,即覆盖了地球陆地面积的11%,约占地球上淡水总量的69%。现代冰川面积的97%、冰量的99%为南极大陆和格陵兰两大冰盖所占有,特别是南极大陆冰盖面积达到1398万平方千米(包括冰架),最大冰厚度超过4000米,冰从冰盖中央向四周流动,最后流到海洋中崩解。

冰川是由多年积累起来的大气固体降水在重力作用下,经过一系列变质成冰过程形成的,主要经历粒雪化和冰川冰两个阶段。它不同于冬季河湖冻结的水冻冰,构成冰川的主要物质是冰川冰。在极地和高山地区,气候严寒,常年积雪,当雪积聚在地面上后,如果温度降低到零下,可以受到它本身的压力作用或经再度结晶而造成雪粒,称为粒雪。当雪层增加,将粒雪往更深处埋,冰的结晶越变越粗,而粒雪的密度则因存在于粒雪颗粒间的空气体积不断减少而增加,使粒雪变得更为密实而形成蓝色的冰川冰,冰川冰形成后,因受自身很大的重力作用形成塑性体,沿斜坡缓慢运动或在冰层压力下缓缓流动形成冰川。

在南极和北极圈内的格陵兰岛上,冰川是发育在一片大陆上的,所以称之为大陆冰川。而在其他地区冰川只能发育在高山上,所以称这种冰川为山岳冰川。在高山上,冰川能够发育,除了要求有一定的海拔外,还要求高山不要过于陡峭。如果山峰过于陡峭,降落的雪就会顺坡而下,形不成积雪。

我国山岳冰川按成因分为大陆性冰川和海洋性冰川两大类。总储量约51300亿立方米。前者占冰川总面积的80%,后者主要分布在念青唐古拉山东段。按山脉统计,昆仑山、喜马拉雅山、天山和念青唐古拉山的冰川面积都超过7000平方千米,4条山脉的冰川面积共计40300平方千米,约占全国冰川总面积的70%,其余30%的冰川面积分布在喀喇昆仑山、羌塘高原、帕米尔、唐古拉山、祁连山、冈底斯山、横段山及阿尔泰山。

按照冰川的规模和形态,冰川分为大陆冰盖(简称冰盖)和山岳冰川(又称山地冰川或高山冰川)。山岳冰川主要分布在地球的高纬和中纬山地区。其类型多样,主要有悬冰川、冰斗冰川、山谷冰川、平顶冰川。

大陆冰盖主要分布在南极和格陵兰岛。山岳冰川则分布在中纬、低纬的一些高山上。全世界冰川面积共有1500多万平方千米,其中南极和格陵兰的大陆冰盖就占去1465万平方千米。因此,山岳冰川与大陆冰盖相比,规模极为悬殊。

巨大的大陆冰盖上,漫无边际的冰流把高山、深谷都掩盖起来,只有极少数高峰在冰面上冒了一个尖,辽阔的南极冰盖,过去一直是个谜,深厚的冰层掩盖了南极大陆的真面目。科学家们用地球物理勘探的方法发现,茫茫南极冰盖下面有许多小湖泊,而且这些湖泊里还有生命存在。

我国的冰川都属于山岳冰川。就是在第四纪冰川最盛的冰河时代,冰川规模大大扩大,也没有发育为大陆冰盖。

冰川的地貌特征

雪线:一个地方的雪线位置不是固定不变的。季节变化就能引起雪线的升降,这种临时现象叫做季节雪线。只有夏天雪线位置比较稳定,每年都回复到比较固定的高度,由于这个缘故,测定雪线高度都在夏天最热月进行。就世界范围来说,雪线是由赤道向两极降低的。珠穆朗玛峰北坡雪线高度在6000米左右,而在南北极,雪线就降低在海平面上。雪线是冰川学上一个重要的标志,它控制着冰川的发育和分布。只有山体高度超过该地的雪线,每年才会有多余的雪积累起来。年深日久,才能成为永久积雪和冰川发育的地区。

粒雪盆:雪线以上的区域,从天空降落的雪和从山坡上滑下的雪,容易在地形低洼的地方聚集起来。由于低洼的地形一般都是状如盆地,所以在冰川学上称其为粒雪盆。粒雪盆是冰川的摇篮,聚积在粒雪盆里的雪,究竟是怎样变成冰川冰的呢?雪花经过一系列变质作用,逐渐变成颗粒状的粒雪。粒雪之间有很多气道,这些气道彼此相通,因此粒雪层仿佛海绵似的疏松。有些地方的冰川粒雪盆里的粒雪很厚,底部的粒雪在上层的重压下发生缓慢的沉降压实和重结晶作用,粒雪相互连结合并,减少空隙。同时表面的融水下渗,部分冻结起来,使粒雪的气道逐渐封闭。被包围在冰中的空气就此成为气泡。这种冰由于含气泡较多,颜色发白,容重约为0.82~0.84克/立方厘米,也有人把它专门叫做粒雪冰。粒雪冰进一步受压,排出气泡,就变成浅蓝色的冰川冰。巨厚的冰川冰在本身压力和重力的联合作用下发生塑性流动,越过粒雪盆出口,蜿蜒而下,形成长短不一的冰舌。长大的冰舌可以延伸到山谷低处以至谷口外。发育成熟的冰川一般都有粒雪盆和冰舌,雪线以上的粒雪盆是冰川的积累区,雪线以下的冰舌是冰川的消融区。二者好像天平的二端,共同控制着冰川的物质平衡,决定着冰川的活动。雪线正好相当于天平的支点。

冰斗:在河谷上源接近山顶和分水岭的地方,总是形成一个集水漏斗的地形。当气候变冷开始发育冰川的时候,这种靠近山顶的集水漏斗,首先为冰雪所占据。冰雪在集水漏斗中积累到一定程度,发生流动而成冰川。冰川对谷底及其边缘有巨大的刨蚀作用,它像木匠的刨子和锉刀那样不断地工作,原来的集水漏斗逐渐被刨蚀成三面环山、宛如一张藤椅似的盆地形伏。这种地形叫做冰斗。冰斗大多发育在雪线附近的高程上。

一般山谷冰川,往往爬上冰坎,才能看到白雪茫茫的粒雪盆。当冰川消失之后,这样的盆底就是一个冰斗湖泊。高山上常常可以见到冰斗湖,它们有规则地分布在某个高度上,代表着古冰川时代的雪线高度。

冰碛:水冻结成冰,体积要增加9%左右。当融化的冰雪水在晚上重新在岩石裂缝里冻结时,对周围岩体施展着强大的侧压力,压力最大可达2吨/平方厘米。在这样强大的冻胀力面前不少岩石都破裂了,寒冻风化作用不仅在山坡裸露的地方进行,在冰川底床也能进行。这是因为冰川底床有暂时的压力融水,融水渗入谷底岩石裂缝里,冻结时也产生强大的冻胀力。寒冻风化作用不停地在山坡上和冰川底床制造松散的岩块碎屑,山坡上的碎屑在重力作用下滚落到冰川上,底床里的碎屑更容易被冰川挟带着一起流动。冰川挟带的碎石岩块通称为冰碛。冰川表面的岩石碎块称为表碛,冰川内部的叫内碛,冰川底部的叫底碛,冰川两侧的是侧碛。侧碛靠近山坡,碎石岩块的来源丰富,因而侧碛又高又大,像左右二道夹峙着冰川的巍巍城墙。到冰舌前端,2条侧碛大多交汇在一起,连成环形的终碛。终碛像高大的城堡,拱卫着冰川,攀登冰川的人,必须首先登临终碛,才能接近冰川。我国西部不少终碛高达200余米。并不是所有冰川都有终碛的,前进迅速和后退迅速的冰川都没有终碛,只有冰川在一个地方长期停顿时,才能造成高大的终碛。两条冰川汇合时,相邻的两条侧碛合为一条中碛。树枝状山谷冰川表面中碛很多,整个冰川呈现黑白相间的条带状。冰碛是冰川搬运和堆积的主要物质,也是冰川改变地球面貌的证据之一。

冰川年轮:粒雪盆中的粒雪和冰层大致保持平整,层层叠置。每一年积累下来的冰层,在冰川学上叫做年层。冬季积雪经夏季消融后,形成一个消融面,消融面上污化物较多,所以也叫做污化面。污化面是划分年层的天然标志。有了年层,冰层就能像树轮一样被测出年龄来。由于冰川在形成的时候封存了一些空气和尘埃,冰川学家能够从中提取气泡和尘埃分析当时的气候。

冰面湖:冰面湖的形成主要有3种形式。一种是冰川上的冰下河道融蚀冰川,产生巨大的洞穴或隧道,洞穴顶部塌陷,便形成较深较大的长条形湖泊。一种是冰川低陷处积水,在夏季产生强烈的融蚀作用而形成的。另外,冰川周围嶙峋的角峰,经常不断地崩落下岩屑碎块。如果较大体积的岩块覆盖在冰川上,引起差别消融,就能生长成大小不等的冰蘑菇。如果崩落的岩块较小,在阳光下受热增温就会促进融化,结果岩块陷入冰中,形成圆筒状的冰杯。冰杯形成速度很快,在冰面上形成大大小小的积水潭,在夏天消融期间,冰面积水温度较高,有时竟达到5℃。因此积水的融蚀作用强烈,能把蜂窝状的冰杯逐渐融合一起,形成宽浅的冰面湖泊。冰面湖给冰川景色增添了更为绚丽多彩的风光。夏天,每当朝日初升或夕阳西下的时候,碧绿的湖面上霞光万道,灿烂夺目。

冰洞:夏季,冰川经常处于消融状态中。冰川的消融分为冰下消融、冰内消融和冰面消融3种。地壳经常不断向冰川底部输送热量,从而引起冰下消融。不过冰下消融对于巨大的冰川体来说,是微不足道的。当冰面融水沿着冰川裂缝流入冰川内部,就会产生冰内消融。冰内消融的结果,孕育出许多独特的冰川岩溶现象,如冰漏斗、冰井、冰隧道和冰洞等(我们知道云南的石林是由喀斯特地貌形成的,由冰内消融引起的冰川地貌很像喀斯特地貌,冰川学家称这种冰川形态为喀斯特冰川)。

冰钟乳:冰川上的融水,在流动过程中,往往形成树枝状的小河网,时而曲折蜿流,时而潜入冰内。在一些融水多面积大的冰川上,冰内河流特别发育。当冰内河流从冰舌末端流出时,往往冲蚀成幽深的冰洞。洞口好像一个或低或高的古城拱门。从冰洞里流出来的水,因为带有悬浮的泥距沙,像乳汁一样浊白,冰川学上叫冰川乳。当冰川断流的时候,走进冰洞,犹如进入一个水晶宫殿。有些冰川,通过冰洞里的隧道,一直可以走到冰川底部去。冰洞有单式的,有树枝状的,洞内有洞。洞中冰柱林立,冰钟乳悬连,洞璧的花纹十分美丽。有的冰洞出口高悬在冰崖上,形成十分壮观的冰水瀑布。

冰塔:冰面差别消融产生许多壮丽的自然景象,如冰桥、冰芽、冰墙和冰塔等。尤其是冰塔林,吸引了不少人的注意。珠穆朗玛峰和希夏邦马峰地区的很多大冰川上,发育了世界上罕见的冰塔林。一座又一座数十米高的冰塔,仿佛用汉白玉雕塑出来似的,它们朝天耸立在冰川,千姿万态。有的像西安的大雁塔、小雁塔的塔尖,有的像埃及尼罗河畔的金字塔,有的像僵卧的骆驼,有的又像伸向苍穹的利剑。

冰蘑菇:冰川周围嶙峋的角峰,经常不断地崩落下岩屑碎块。如果崩落的岩块较小,在阳光下受热增温就会促进融化,结果岩块陷入冰中,形成圆筒状的冰杯,进而形成冰面湖。如果较大体积的岩块覆盖在冰川上,引起差别消融,当周围的冰全部融化了,而大石块因为遮住了太阳辐射,其下的冰没有融化,就能生长成大小不等的冰蘑菇。

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