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走进冰河世纪的遗迹——冰川秘境
发布时间:2022-01-05     作者:徐亚东   来源:知识就是力   分享到:

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电影《冰雪奇缘》里有晶莹剔透、泛着幽幽蓝光的冰川,《冰川时代》里也有凶猛奇异的史前巨兽生活的洁白冰雪世界,这些独特的冰雪景观,你想不想去一探究竟呢?

“从雪到冰”的童话世界

首先让我们看看,雪是怎么一步一步变成冰川冰的

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雪和冰随时间的形态变化

雪花,是天空中的水汽经凝华而成的小冰晶,多呈六角形,又名未央花和六出。

受时间和地表辐射热力影响,积雪的尖端融化并逐渐固化成较大的粒雪;雪花和粒雪都具有较大的孔隙率(>50%),空气可以在雪粒之间自由流通。

随着雪层加厚到20~50米,底层雪因承受上覆雪层的压力、融雪水的渗入和冻结,使粒雪凝结成白色粒状的冰晶。

当冰晶的空气孔隙率逐渐下降到20%~30%,经过十多年的长期压实,冰晶紧紧连接或发生重结晶作用,就会形成块状的冰川冰;其孔隙率小于20%,空气无法流通。

由雪转变成冰川冰,经历压实、冻结和重结晶等一系列过程,类似于把松散的雪花经压紧变成坚硬的冰雕。当它们“长大”到冰川冰时,就会产生塑性变形(不可自行恢复的变形)。冰川冰的可塑程度与冰层厚度有关,冰层越厚可塑程度越大,越容易发生冰层滑动和塑性蠕动。在上层冰雪的压力和重力作用下,冰层发生定向蠕动便成为冰川。

因此,冰川是由冰和雪经过动静变化,构成的一个蓝白色的童话世界。

冰川——“行走”的记录者

冰川看起来似乎很“高冷”(高海拔、高纬度和高寒),所以我们对冰川的误解是认为它永远都栖伏于原地,一动不动。事实上,冰川的名字中就隐含着冰雪川流不息、运动不止的意思,只不过其体积庞大,运动很缓慢。冰川地貌的变迁可以告诉我们这里的沧桑巨变。

根据气候、地貌、规模和形态特征不同,冰川可分为大陆冰川和山岳冰川两大家族。

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大陆冰川(冰盖)的形态特征(层理:物质沿垂直方向变化所产生的层状构造)

在高纬度的分水岭和极地的高原地带,雪线位置低、积雪面积广,冰层常厚达数千米,宽度可达10千米,形似盾牌形的盖子,即大陆冰川,也称冰盖。冰盖在重力作用下以挤压流的方式,由冰层较厚处向四周呈舌状流动。冰川的底冰与基岩发生基层滑动,造成基岩被侵蚀破坏而下凹,因此冰盖形态呈凸透镜状,向两侧的拉伸运动使得蓝白层理上厚下薄。

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山岳冰川地貌的形态特征

在中低纬高山地区,冰川的形态受山岳地形限制,雪线位置高、规模小、冰层薄,常呈线状分布,被称为山岳冰川。山岳冰川具有高瘦型的基因。中国的现代冰川均属山岳冰川,主要分布于青藏高原周边。

在冰川发育之前,地貌主要为圆弧形的山峰和山脊,孕育的高山河谷多呈“V”字形,谷底平缓(如上图A)。

到冰川发育期,冰川沿沟谷发生刨蚀作用,可使谷底加深、谷侧拓宽,山嘴部分因阻挡冰川流动而被刨蚀掉形成截切山嘴,冰蚀谷常较平直而宽阔,形成两壁陡立的“U”字形,称“U”形谷。

由刨蚀作用造成的三面壁陡的半圆形洼地被称为冰斗,呈围椅状。冰斗常发育于雪线附近,且往往沿山坡走向排列,因而可以作为识别古代雪线位置的标志。相邻冰斗的谷壁因刨蚀作用发生后退,形成两坡陡峻、脊部尖薄的山脊称为刃脊(或鳍脊),似刀刃或鱼鳍状。被三个以上冰斗包围的、岩壁陡立的山峰,被称为角峰,呈金字塔状,著名的珠穆朗玛峰就是一个角峰。在冰川最前端(或称末端),常因中间部分流速较快、两侧与基岩摩擦流速较慢而形成突出的舌状,称为冰舌(如上图B)。

到冰川消融期,洼地可以积聚冰融水而成冰蚀湖,多呈串珠状,有时冰斗还可聚积冰融水成为冰斗湖(如上图C)。在最前端的冰舌消失后,其裹挟的大量碎石会堆积成各类碛堤(冰川通道两侧的堆积物叫侧碛堤,冰川消失的位置是终碛堤)地貌。

冰河世纪留遗迹

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冰川地质遗迹

受全球气候变化的影响,冰川的消长变化随着冰川运动可以留下典型的地质遗迹。从冰河世纪的地质遗迹中可以探寻地貌演化和气候演变的时空规律。

冰川扩张时,固态冰川的塑性流动可分为推运和载运两种机械方式。推运是指冰川前端以巨大的推力,将冰床上的岩屑向前推进,类似于“推土机”。载运是指冻结在冰块内,或落在冰面上的岩块,随冰川的运动而被搬运,类似于“传送带”。

随着冰川退缩,雪线上升,冰川前端冰体融化,被冰川搬运的物质和冰融水一起堆积下来,统称为冰碛物,其中不同粒径的岩石碎屑混杂在一起,形似“混凝土”。

若气候条件稳定、冰川前端停滞、冰的消融量与补给量基本平衡时,冰川挟带的碎屑物大量堆积在冰川前端,常在冰舌外构成一个弧形的长坝,即终碛堤。“U”形谷两侧谷坡常见冰溜面和冰擦痕。

在终碛堤内受冰床起伏的基岩(羊背石)可以形成椭圆形的小丘,它的长轴方向常与冰川流动方向平行,称鼓丘。

在冰床上堆积的冰碛物,称底碛,其中根据大漂砾的分布和侵蚀形态还可见飞来石和冰臼等。

冰川环境科考在路上

青藏高原冰川的生态环境脆弱敏感,对中国乃至全球的气候和生态环境都具有重要影响。2021年6月,中国科学院沈阳自动化研究所团队在青藏高原廓琼岗日冰川,完成了对攀登者号科考站外机器人的现场测试。中国地面机器人首次高海拔冰川科考成功实现。

攀登者号在廓琼岗日冰川进行雷达探冰作业

在全球变暖的背景下,基于青藏高原提供的长时期气候变化的“自然档案”,科学家们发现高原整体暖湿化、植被增多、生态系统趋好、湖泊面积明显扩张、湖水越来越清澈。然而,自1989年以来,唐古拉山的冬克玛底冰川加速退缩、厚度减薄,其主要原因是全球变暖和冰川表面污化,而后者主要来自人类排放的黑碳。此外,冰崩事件时有发生,并伴生次生灾害。

为应对冰川变化和灾害风险,中国科考队已建立中国冰川强化监测网络,并在雅鲁藏布江冰崩堵江灾害时取得成功预警。这也证明科学考察研究将对推动青藏高原可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护产生十分重要的影响。


致谢:感谢中国地质大学(武汉)顾松竹和中国地质调查局自然资源实物地质资料中心朱宁提供部分冰川照片。感谢中国地质调查局项目联合资助。

作者单位:中国地质大学(武汉)


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