冰川是一動(dòng)不動(dòng)的大家伙？實(shí)際它是川流不息、運(yùn)動(dòng)不止

作者：徐亞東（中國地質(zhì)大學(xué)〔武漢〕)

來源：《知識(shí)就是力量》雜志

電影《冰雪奇緣》里有晶瑩剔透、泛著幽幽藍(lán)光的冰川，《冰川時(shí)代》里也有兇猛奇異的史前巨獸生活的潔白冰雪世界，這些獨(dú)特的冰雪景觀，你想不想去一探究竟呢？

“從雪到冰”的童話世界

首先讓我們看看，雪是怎么一步一步變成冰川冰的。

雪和冰隨時(shí)間的形態(tài)變化

雪花，是天空中的水汽經(jīng)凝華（物質(zhì)跳過液態(tài)直接從氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的現(xiàn)象）而成的小冰晶，多呈六角形，又名未央花和六出。

受時(shí)間和地表輻射熱力影響，積雪的尖端融化并逐漸固化成較大的粒雪；雪花和粒雪都具有較大的孔隙率（>50%），空氣可以在雪粒之間自由流通。

隨著雪層加厚到20-50米，底層雪因承受上覆雪層的壓力、融雪水的滲入和凍結(jié)，使粒雪凝結(jié)成白色粒狀的冰晶。

當(dāng)冰晶的空氣孔隙率逐漸下降到20%-30%，經(jīng)過十多年的長期壓實(shí)，冰晶緊緊連接或發(fā)生重結(jié)晶作用，就會(huì)形成塊狀的冰川冰；其孔隙率小于20%，空氣無法流通。

由雪轉(zhuǎn)變成冰川冰，經(jīng)歷壓實(shí)、凍結(jié)和重結(jié)晶等一系列過程，類似于把松散的雪花經(jīng)壓緊變成堅(jiān)硬的冰雕。當(dāng)它們“長大”到冰川冰時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性變形（不可自行恢復(fù)的變形）。冰川冰的可塑程度與冰層厚度有關(guān)，冰層越厚可塑程度越大，越容易發(fā)生冰層滑動(dòng)和塑性蠕動(dòng)。在上層冰雪的壓力和重力作用下，冰層發(fā)生定向蠕動(dòng)便成為冰川。

因此，冰川是由冰和雪經(jīng)過動(dòng)靜變化，構(gòu)成的一個(gè)藍(lán)白色的童話世界。

冰川——“行走”的記錄者

冰川看起來似乎很“高冷”（高海拔、高緯度和高寒），所以我們對冰川的誤解是認(rèn)為它永遠(yuǎn)都棲伏于原地，一動(dòng)不動(dòng)。事實(shí)上，冰川的名字中就隱含著冰雪川流不息、運(yùn)動(dòng)不止的意思，只不過其體積龐大，運(yùn)動(dòng)很緩慢。冰川地貌的變遷可以告訴我們這里的滄桑巨變。

根據(jù)氣候、地貌、規(guī)模和形態(tài)特征不同，冰川可分為大陸冰川和山岳冰川兩大家族。

大陸冰川(冰蓋)的形態(tài)特征(層理，物質(zhì)沿垂直方向變化所產(chǎn)生的層狀構(gòu)造)

在高緯度的分水嶺和極地的高原地帶，雪線位置低、積雪面積廣，冰層常厚達(dá)數(shù)千米，寬度可達(dá)10千米，形似盾牌形的蓋子，即大陸冰川，也稱冰蓋。冰蓋在重力作用下以擠壓流的方式，由冰層較厚處向四周呈舌狀流動(dòng)。冰川的底冰與基巖發(fā)生基層滑動(dòng)，造成基巖被侵蝕破壞而下凹，因此冰蓋形態(tài)呈凸透鏡狀，向兩側(cè)的拉伸運(yùn)動(dòng)使得藍(lán)白層理上厚下薄。

山岳冰川地貌的形態(tài)特征

在中低緯高山地區(qū)，冰川的形態(tài)受山岳地形限制，雪線位置高、規(guī)模小、冰層薄，常呈線狀分布，被稱為山岳冰川。山岳冰川具有高瘦型的基因。中國的現(xiàn)代冰川均屬山岳冰川，主要分布于青藏高原周邊。

在冰川發(fā)育之前，地貌主要為圓弧形的山峰和山脊，孕育的高山河谷多呈“V”字形，谷底平緩（如上圖A）。

到冰川發(fā)育期，冰川沿溝谷發(fā)生刨蝕作用，可使谷底加深、谷側(cè)拓寬，山嘴部分因阻擋冰川流動(dòng)而被刨蝕掉形成截切山嘴，冰蝕谷常較平直而寬闊，形成兩壁陡立的“U”字形，稱“U”形谷。

由刨蝕作用造成的三面壁陡的半圓形洼地被稱為冰斗，呈圍椅狀。冰斗常發(fā)育于雪線附近，且往往沿山坡走向排列，因而可以作為識(shí)別古代雪線位置的標(biāo)志。相鄰冰斗的谷壁因刨蝕作用發(fā)生后退，形成兩坡陡峻、脊部尖薄的山脊稱為刃脊（或鰭脊），似刀刃或魚鰭狀。被三個(gè)以上冰斗包圍的、巖壁陡立的山峰，被稱為角峰，呈金字塔狀，著名的珠穆朗瑪峰就是一個(gè)角峰。在冰川最前端（或稱末端），常因中間部分流速較快、兩側(cè)與基巖摩擦流速較慢而形成突出的舌狀，稱為冰舌（如上圖B）。

到冰川消融期，洼地可以積聚冰融水而成冰蝕湖，多呈串珠狀，有時(shí)冰斗還可聚積冰融水成為冰斗湖（如上圖C）。在最前端的冰舌消失后，其裹挾的大量碎石會(huì)堆積成各類磧堤（冰川通道兩側(cè)的堆積物叫側(cè)磧堤，冰川消失的位置是終磧堤）地貌。

冰河世紀(jì)留遺跡

冰川地質(zhì)遺跡

受全球氣候變化的影響，冰川的消長變化隨著冰川運(yùn)動(dòng)可以留下典型的地質(zhì)遺跡。從冰河世紀(jì)的地質(zhì)遺跡中可以探尋地貌演化和氣候演變的時(shí)空規(guī)律。

冰川擴(kuò)張時(shí)，固態(tài)冰川的塑性流動(dòng)可分為推運(yùn)和載運(yùn)兩種機(jī)械方式。推運(yùn)是指冰川前端以巨大的推力，將冰床上的巖屑向前推進(jìn)，類似于“推土機(jī)”。載運(yùn)是指凍結(jié)在冰塊內(nèi)，或落在冰面上的巖塊，隨冰川的運(yùn)動(dòng)而被搬運(yùn)，類似于“傳送帶”。

隨著冰川退縮，雪線上升，冰川前端冰體融化，被冰川搬運(yùn)的物質(zhì)和冰融水一起堆積下來，統(tǒng)稱為冰磧物，其中不同粒徑的巖石碎屑混雜在一起，形似“混凝土”。

若氣候條件穩(wěn)定、冰川前端停滯、冰的消融量與補(bǔ)給量基本平衡時(shí)，冰川挾帶的碎屑物大量堆積在冰川前端，常在冰舌外構(gòu)成一個(gè)弧形的長壩，即終磧堤。“U”形谷兩側(cè)谷坡常見冰溜面和冰擦痕。

在終磧堤內(nèi)受冰床起伏的基巖（羊背石）可以形成橢圓形的小丘，它的長軸方向常與冰川流動(dòng)方向平行，稱鼓丘。

在冰床上堆積的冰磧物，稱底磧，其中根據(jù)大漂礫的分布和侵蝕形態(tài)還可見飛來石和冰臼等。

冰川環(huán)境科考在路上

青藏高原冰川的生態(tài)環(huán)境脆弱敏感，對中國乃至全球的氣候和生態(tài)環(huán)境都具有重要影響。2021年6月，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所團(tuán)隊(duì)在青藏高原廓瓊崗日冰川，完成了對攀登者號(hào)科考站外機(jī)器人的現(xiàn)場測試（如下圖）。中國地面機(jī)器人首次高海拔冰川科考成功實(shí)現(xiàn)。

攀登者號(hào)在廓瓊崗日冰川進(jìn)行雷達(dá)探冰作業(yè)

在全球變暖的背景下，基于青藏高原提供的長時(shí)期氣候變化的“自然檔案”，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)高原整體暖濕化、植被增多、生態(tài)系統(tǒng)趨好、湖泊面積明顯擴(kuò)張、湖水越來越清澈。然而，自1989年以來，唐古拉山的冬克瑪?shù)妆铀偻丝s、厚度減薄，其主要原因是全球變暖和冰川表面污化，而后者主要來自人類排放的黑碳。此外，冰崩事件時(shí)有發(fā)生，并伴生次生災(zāi)害。

為應(yīng)對冰川變化和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，中國科考隊(duì)已建立中國冰川強(qiáng)化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并在雅魯藏布江冰崩堵江災(zāi)害時(shí)取得成功預(yù)警。這也證明科學(xué)考察研究將對推動(dòng)青藏高原可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)國家生態(tài)文明建設(shè)、促進(jìn)全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生十分重要的影響。

致謝：感謝中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）顧松竹和中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源實(shí)物地質(zhì)資料中心朱寧提供部分冰川照片。感謝中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（DD20190811，DD20190370）聯(lián)合資助

（責(zé)任編輯 / 王佳穎 美術(shù)編輯 / 周游）