冰川概述
在高山和高緯地區,氣候嚴寒,年平均溫度在0℃以下,常年積雪,當降雪的積累大於消融時,地表積雪逐年增厚,積雪逐漸變成粒雪,再由粒雪變成微藍色的冰川冰。冰川冰受自身重力作用或冰層壓力作用沿斜坡緩慢運動,就形成冰川。
地表經受過冰川強烈的塑造,形成一系列冰川地貌。
一、冰川和冰川作用
1、雪線
雪線:在高山和高緯地區,地表年降雪的積累量和年消融量相等的界線。(常年積雪區的下界)
山區的積雪面積和高度隨季節變化,冬季積雪區擴大,積雪高度下降。夏季積雪區縮小,積雪高度上升。
在雪線以上為多年積雪區,雪線以下為季節積雪區。(雪線的高度是寒冷氣候地貌的一條重要界線,冰川形成在雪線以上,一個地方的高度如果低於該區的雪線高度,就不能形成冰川。)
決定雪線高度的主要因素:
溫度
形成多年積雪,首先取決於近地面空氣層的溫度是否長期保持在0℃以下。
氣溫隨高度和緯度而變化,低緯雪線位置較高,高緯雪線位置較低。從低緯向高緯的雪線高度變化並不是一條直線,還受降水量多少的影響。
降水量
地球上雪線位置最高不在赤道,而在南北半球的副熱帶高壓帶。
赤道附近降水量多,副熱帶高壓帶降水量較少,但這兩個地區的溫度對雪線的影響不如降水量影響大,所以赤道附近的雪線高度要比副熱帶高壓帶低。
地形(坡形、坡向)
在同一朝向的山坡,緩坡較陡坡更易積雪而雪線降低。
坡向主要影響降水和日照而使雪線高度變化。
如喜馬拉雅山南坡雪線高度為4400-4600m,北坡為5800-5900m,這是因為高大的山體阻擋了從印度洋來的氣流,在南坡降水量多,雪線位置低,北坡降水量少,雪線位置高。
另外,在北半球大陸性較強的地區,南北山坡降水量變化不大的山地,南坡雪線比北坡雪線要高,因為南坡向陽,融雪快,雪線位置高,北坡背陽,融雪慢,雪線位置低。
二、冰川形成過程
積雪變成冰川:是先由新雪變成粒雪,再由粒雪變成冰川冰,最後形成冰川。
高緯、極地區:氣候嚴寒,新雪降落地表後,在昇華再結晶作用下,雪花稜角很快消失、變圓,成為粒雪,並使粒雪層發生沉陷作用。隨雪蓋厚度的增加,下部粒雪層受壓加大,重結晶作用,致使各晶體相互緊密地結合起來,形成塊狀冰川冰。(這種成冰過程速度緩慢,南極中央200餘米深處的冰體,已經歷了近千年的歷史。)
中低緯度高山區:夏季氣溫高,冰雪融水的滲透再凍結作用,加速了粒雪化和成冰作用過程,甚至當年就有成冰作用的條件,形成的冰川冰。一般比極地區冰川的密度大、透明度高。
冰川冰:是冰晶的聚合體。它在低溫條件下,冰晶體相互之間結合十分緊密。
當接近熔點時,冰川冰就顯得不穩定,呈現冰、水、汽三相併存局面,這是冰川之所以能實現塑性變形的原因。因此,只要一定厚度的冰川冰結合地表或冰面具有適當的坡度,在壓力與重力的作用下,冰體就能向雪線以下地區緩慢流動,伸出冰舌,形成冰川。
三、冰川的型別
(1)按冰川發育的氣候條件和冰川溫度狀況分為:
海洋性氣候冰川(暖冰川)我國西藏東南部和阿爾卑斯山的現代冰川都屬於這種型別。
大陸性氣候冰川(冷冰川)發育在降水較少、氣溫低的大陸性氣候地區,我國西部大陸內部和中亞的一些現代冰川屬這種型別。
(2)按冰川的形態、規模和所處的地形條件分:
山嶽冰川:是發育在高山上的冰川,主要分佈在中緯和低緯高山地區。
大陸冰川:是在兩極地區發育的冰川,它面積廣,厚度大。如冰川中心凸起形似盾形的,叫冰盾。還有一種規模更大的、表面有起伏的大陸冰體,叫冰蓋。(格陵蘭冰蓋和南極冰蓋是目前世界上最大的兩個冰蓋。)
平頂冰川:是發育在起伏和緩高地上的冰面平坦的冰川。冰川的周圍伸出許多冰舌。如冰川規模較大,覆蓋在整個穹形山頂上,又稱冰帽。這類冰川發育於雪線以上。
山麓冰川:是山谷冰川從山地流出,在山麓帶擴充套件或匯合成一片廣闊的冰原。
四、冰川的運動
冰川運動速度比河流水流流速要小得多,一年只前進數十米至數百米,即使有一些突然性的快速運動冰川,其運動速度也不及河流水流速度。冰川運動由冰川的厚度、冰川下伏地形坡度和冰川表面坡度等因素控制。
冰川運動速度隨季節有變化。在消融區冰川運動的趨勢是夏天快,冬天慢。(一般夏季運動速度要大於年平均流速,冬季則小於年平均速度。因為夏季冰川表面消融,融水對潤滑冰床和冰體起著很大作用,這樣就加強了滑動過程)
冰川運動速度還與冰川冰的補給量和消融量有關。(補給量大於消融量,冰川厚度增加,流速加快,冰川尾端向前推進;補給量小於消融量,冰川厚度減薄,流速減慢,冰川尾端往後退縮。補給量等於消融量,冰川就處於穩定狀態)
不管冰川屬於上述哪種狀態,冰川始終向前運動。
五、冰川的侵蝕、搬運和堆積作用
①冰川的侵蝕作用
冰川有很強的侵蝕力。冰川的侵蝕方式可分:拔蝕作用和磨蝕作用。
拔蝕作用:是冰床底部或冰斗後背的基岩,沿節理反覆凍融而鬆動,鬆動的基岩再與冰川凍結在一起時,冰川運動時就把巖塊拔起帶走。冰川拔蝕作用可拔起很大的巖塊。
磨蝕作用:是冰川運動時形成底部滑動,使凍結在冰川底部的碎石突出冰外,像銼刀一樣,不斷地對冰川底床進行削磨和刻蝕。冰川磨蝕作用可在基岩上形成擦痕和磨光面。
②冰川的搬運作用
冰川侵蝕產生的大量鬆散碎石和由山坡上崩落下來的石塊,進入冰川體後,隨冰川運動向下游搬運,這些被搬運的岩屑叫冰磧物。
根據冰磧物在冰川體內的不同位置,可分為不同的搬運型別。
出露在冰川表面的叫表磧,夾在冰內的叫內磧,位於冰川底部的叫底磧,分佈在冰川邊緣的叫側磧,兩條冰川匯合後,側合併構成中,隨著冰川向前推進,在冰川末端圍中確繞冰舌前端的冰磧物,叫終磧(尾磧)。
冰川搬運能力極強,它不僅能將冰磧物搬運很遠的距離,而且還能將巨大的巖塊搬運到很高的部位。
③冰川的堆積作用
冰川消融以後,不同形式搬運的物質,堆積下來形成冰川堆積物。冰川堆積物分選差,大小混雜,礫石磨圓度低。
冰川地貌
冰川地貌分為冰蝕地貌、冰磧地貌和冰水堆積地貌三部分。
冰蝕地貌
1、冰斗、刃脊和角峰
冰斗:是山地冰川重要的冰蝕地貌之一,它位於冰川的源頭。典型的冰斗是一個圍椅狀窪地,三面是陡峭的巖壁,底部是磨光的岩石鬥底,向下坡有一開口,開口處常有一高起的巖檻。冰川消退後,冰斗內往往積水成湖,叫冰斗湖。
相鄰冰斗之間的刀刃狀,稱為刃脊。
幾個冰斗後壁所交匯的山峰,峰高頂尖,稱為角峰。
角峰、冰斗、刃脊、U型谷示意圖、繪圖 | 曾慶陽
2、冰川穀和峽灣
冰川穀的橫剖面形似“U”形,故稱“U”形谷,也稱槽谷。槽谷的兩側有明顯的谷肩,谷肩以下的谷壁平直而陡立,冰川穀兩側山嘴被侵蝕削平形成冰蝕三角面。
槽谷的形成是冰川下蝕和展寬的結果。冰川冰的厚度越大,下蝕力越強,有些槽谷可深達千米。美國加利福尼亞州的約斯邁特槽谷深900-1200m,冰川下蝕量有450m,槽谷底還有300m厚的鬆散堆積物。在高緯地區,大陸冰川和島狀冰蓋能伸入海洋,由於冰川很厚,當冰體入海尚未漂離之前, 在岸邊侵蝕成一些很深的槽谷,冰退以後,槽谷被海水侵入,稱為峽灣。挪威海岸峽灣的長度達220km,深1308m。南美巴塔哥尼亞山脈沿岸的峽灣,深達1288m。
峽灣示意圖、繪圖 | 曾慶陽
3、羊背石、冰川磨光面和冰川擦痕
羊背石:是冰川基床上的一種侵蝕地形,它是由基岩組成的小丘,遠望猶如伏地的羊群,稱這些小丘為羊背石。
羊背石的平面為橢圓形,長軸方向與冰流方向一致,朝向冰川上游的坡由於受冰川的磨蝕作用,坡面較平,坡度較緩,並有許多擦痕。冰川下游方的一坡受冰川的侵蝕作用,被挖掘得坎坷不平,坡度較陡。大陸冰川常形成規模較大的成群羊背石,山地冰川槽巖中也可形成規模較小的孤立羊背石。
在羊背石上或冰川槽谷谷壁上以及在大漂礫上常因冰川作用形成磨光面和擦痕。
當冰川搬運物是砂和粉砂時,在比較緻密的岩石上,磨光面更為發育。如果冰川搬運物多是碎石,則在谷壁基岩上常刻蝕成條痕或刻槽,稱為冰川擦痕。(冰川擦痕一般長數釐米至1m,深為數毫米,成釘形,擦痕的一端粗,另一端細,細的一端指向冰川下游)
冰磧地貌
由冰川侵蝕搬運的砂礫堆積形成的地貌,稱冰磧地貌。有以下幾種型別:
冰磧地貌、繪圖 | 曾慶陽
1、冰磧丘陵
冰川消融後,原來的表磧、內磧和中磧沉落到冰川穀底,和底一起形成波狀起伏的丘陵,稱冰磧丘陵。
大陸冰川區的冰磧丘陵規模較大,高度可達數十米至數百米。(例如北美的冰丘陵高400m。山嶽冰川也能形成冰丘陵,但規模要小得多,如西藏東南部波密,在冰川槽谷內的冰磧丘陵,高度只有幾米到數十米)
冰磧丘陵之間的窪地透水性很低,常能積水成池。
2、側磧堤
側磧堤是由側磧在冰川退縮以後共同堆積而成。它在冰川穀的兩側堆積成堤狀,向下遊方向常和冰舌前端的終磧堤相連,向上遊方向可一直延伸到雪線附近。
3、中磧堤
兩條冰川匯合後,其側磧合併成中磧,冰川融化後,在冰川穀中部沿谷地延伸方向堆積成壠狀砂礫堤,稱為磧堤。
4、終破堤(尾磧堤)
當冰川的補給和消融處於相對平衡狀態時,冰川的末端較長時期地停留在某一位置,這時由冰川上游搬運來的物質,在冰川尾端堆積成弧形的堤,稱終磧堤。
5、鼓丘
鼓丘是由一個基岩核心和冰礫泥組成的一種小丘,也是冰川再接近末端,對冰床中凸起基岩進行侵蝕,底磧翻越凸起的基岩時,搬運能力減弱,發生堆積而形成的。
冰水堆積地貌
冰水堆積地貌:冰川融水具有一定的侵蝕搬運能力,能將冰磧物再搬運堆積,形成冰水堆積物,在冰川邊緣由冰水堆積物組成的各種地貌。
根據冰水堆積地貌的分佈位置、形態特徵和物質結構可分為以下幾種型別:
(1)冰水扇和外衝平原
冰川的冰融水,常形成冰川河道,它可攜帶大量砂礫從冰川末端排出,在終磧堤的外圍堆積成扇形地,叫冰水扇。幾個冰水扇相連就形成冰水沖積平原,又名外衝平原。
(2)冰水湖
冰融水流到冰川外圍注地中形成冰水湖泊。
(3)冰礫阜階地
在冰川兩側,由於巖壁和側磧吸熱較多,附近冰體融化較快,又由於冰川兩側冰面較中部要低,所以冰融水就彙集在這裡,形成冰川兩側的冰面河流,並帶來大量冰水物質。當冰川全部融化後,這些冰水物質就堆積在冰川穀的兩側,形成冰礫阜階地。它只發育在山地冰川穀中。
(4)冰礫阜
冰礫阜是一些圓形的或不規則的小丘,由一些有層理的並經分選的細粉砂組成,通常在冰礫阜的下部有一層冰磧層,冰礫阜是冰面上小湖或小河的沉積物,在冰川消融後沉落到底床堆積而成。
(5)鍋穴
冰水平原上常有一種圓形窪地,深數米,直徑十餘米至數十米,稱為鍋穴。鍋穴是埋在砂礫中的死冰塊融化引起的塌陷而成。
鍋穴示意圖、繪圖 | 曾慶陽
(6)蛇形丘
蛇形丘是一種狹長而曲折的壟崗地形,由於它蜿蜒伸展如蛇,故稱蛇形丘。(它的長度約數千米至數十千米,高10-30m,有時可達70-80m,底寬幾十米至幾百米,丘頂較狹窄,僅數米,頂部平緩,兩側坡度約10-20°)
蛇形丘的延伸方向大致與冰川的流向一致。