书城科普读物探究式科普丛书-巨大的天然冰体:冰川
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第3章 冰山上的来客——冰川学习篇(3)

第二节冰川的分类和组成

1.海洋性冰川和大陆性冰川

海洋性冰川指冰川受海洋性季风气候影响大,因此降水量大,冰川累积和消融速度快。海洋性冰川运动频繁,易引发自然灾害。

根据研究,念青唐古拉山脉东南段、喜马拉雅山脉东段、位于四川横断山脉的贡嘎山周边地区的冰川属于海洋性冰川。更具体地说,即贡嘎山、云南玉龙雪山周围地区,还有西藏林芝、波密地区、易贡湖和雅鲁藏布江大拐弯附近。

大陆性冰川指冰川受海洋性气候影响小,因此降雨量少,冰川累积和消融的速度慢,冰川运动相对较弱。我国属于此类的冰川主要集中于西藏中部和北部、喜马拉雅山脉北坡、青海和甘肃等内陆地区雪山和冰川。

2.雪线

夏天,我们能清晰地看到雪山上有一条黑白分明的界线横过山腰,线以上是银光闪烁的冰雪世界。这条界线,称为雪线。确切地说,雪线指的是某一个海拔高度,在这个高度,每年降落的雪刚好在当年融化完。

一个地方的雪线位置不是固定不变的。季节变化能引起雪线的升降:夏季气温较高,雪线上升;冬季气温较低,雪线下降。这种临时界限叫做季节雪线。只有夏季雪线位置比较稳定,每年都恢复到比较固定的高度。因此,雪线高度都是在夏季最热时进行测定的。

雪线可分为以下两种:(1)气候雪线:夏季高山上成片雪层的最低高度。(2)地形雪线:夏季雪层以孤立分片的形式持留在地表的最低高度。

雪线以上年降雪量大于年消融量,降雪逐年加积,形成常年积雪(或称万年积雪),进而变成粒雪和冰川冰,发育成冰川,是一种气候标志线。它分布的高度主要决定于气温、降水量和地形条件。高度从低纬向高纬地区的降低,反映了气温的影响。雪线高度不仅有空间差异,在时间上也有一定变化。空气变冷、变湿,会导致雪线降低;反之,则会引起雪线上升。这种变化具有季节性,也有多年性。第四纪时期几次大的气候波动,出现冰期和间冰期,都引起雪线的大幅度升降,所以雪线升降是气候变化的重要标志之一。在高纬度和高山地区永久积雪区的下部界线,称为雪线。在雪线以上,气温较低,全年冰雪的补给量大于消融量,形成常年积雪区;在雪线以下,气温较高,全年冰雪的补给量小于消融量,不能积累多年冰雪,只能是季节性的积雪区;在雪线附近,年降雪量等于年消融量,达到动态平衡。因此,雪线也称为固态降水的零平衡线。

在世界范围内,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,雪线就降低到海平面上。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,年长日久才能成为永久积雪和冰川发育的地区。

3.冰碛

冰川夹带的碎石岩块统称为冰碛。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,碎石岩块来源丰富,因而,侧碛又高又大,像左右两道夹峙着冰川的巍巍城墙。到冰舌前端,两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,首先得登临终碛,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,前进迅速和后退迅速的冰川都没有,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。

4.粒雪盆

从天空降落的雪和从山坡上滑下的雪,在雪线以上的区域,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。聚集在粒雪盆里的雪,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,因此粒雪层像海绵一样疏松。有些地方,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,粒雪相互联结合并,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这样成为气泡。这种冰由于气泡较多,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共同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。二者好像天平的两端,共同控制着冰川的物质平衡,决定着冰川的活动,而雪线正好相当于天平的支点。

5.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,首先被冰雪占据。冰雪在集水漏斗中积累到一定程度,发生流动形成冰川。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状,这种地形就叫做冰斗。

冰斗大多发育在雪线附近的高程上,是山岳冰川最典型的冰蚀地貌。冰斗呈半圆形的剧场形状或圈椅状,三面环以陡峭的岩壁,开口处为一高起的岩坎。冰斗底部是一个洼地。

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。

6.冰架

规模巨大的冰架是南极特有的景观。在南极大陆周围,越接近大陆的边缘,冰就越薄,并伸向海洋,海冰浮在水面上,形成宽广的冰架。也就是说,冰架是南极冰盖向海洋中的延伸部分。这些冰架的平均厚度为475米。最大的冰架是罗斯冰架、菲尔希纳冰架、龙尼冰架和亚美利冰架。如果加上这些冰架,南极大陆的面积可增加150万平方千米。冰架能以2500米/年的速度移向海洋,在它的边缘,断裂的冰架渐渐漂移到海洋,形成巨大的冰山。

7.冰蘑菇

在冰川地区有一种特殊的地貌:在寒冷的空气中,有许多覆盖着大小石块的孤立冰柱,它们的样子跟蘑菇特别像,人们叫它冰蘑菇。

冰川周围嶙峋的角峰,经常不断地崩落岩屑碎块。如果崩落的岩块较小,在阳光下受热增温便会促进融化,并陷入冰中,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后,因大石块遮住了太阳辐射,它下面的冰没有融化,于是就形成了大小不等的冰蘑菇。

8.冰洞

炎热的夏季,冰川也会进入消融状态。冰川的消融有冰下消融、冰内消融和冰面消融三种。地壳经常不断向冰川底部输送热量,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。

冰面融水沿着冰川裂缝流入冰川内部,就会产生冰内消融。而冰内消融会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。我们知道桂林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,所以冰川学家称这种冰川形态为喀斯特冰川。

冰川上的融水,在流动过程中,往往形成树枝状的小河网,时而蜿蜒曲折,时而潜入冰内。在一些融水多、面积大的冰川上,冰内河流发育特别好。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。冰川断流时,走进冰洞就像进入一个水晶宫殿。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,也有树枝状的,洞内有洞。洞中冰柱林立,冰钟乳悬连,洞壁花纹十分精美。

有的冰洞出口高悬在冰崖上,形成十分壮观的冰水瀑布。

山西临汾乡宁县新开发的云邱山风景区,有我国第一大奇观-反季节冰洞。

它位于乡宁、稷山、新绛三县交界处的云邱山,奇峰兀立、山峦叠翠,最高海拔1600多米。距洞口三步开外还是炎炎夏日,三步之内却已是寒气袭人,洞口挂满冰凌,呈现了夏日里滴水成冰的奇景。这个地方可以说是中国最早的“天然冰箱”。据史料记载,隋朝末年唐王李世民在这地方屯过兵,不少地方还有当初屯兵的遗址。在他屯兵期间,他的部下、士兵在盛夏的时候就在这地方吃过冰块、冰棍。经国家地质科学院有关专家考察初步分析,洞中的冷空气是在水流过程中形成的。

9.冰塔林

冰川末端由于消融而残留的塔状冰体,称为冰塔。它往往与冰舌分离。

而冰塔成群出现时则为冰塔林。冰塔与冰塔之间往往密布冰碛,冰碛中可能有死冰。

珠穆朗玛峰和希夏邦马峰地区的很多大冰川上,都发育了世界上罕见的冰塔林。一座又一座数十米高的冰塔,仿佛用汉白玉雕塑而成。它们朝天耸立在冰川上,千姿万态,有的像西安大小雁塔的塔尖,有的像埃及尼罗河畔的金字塔,有的像僵卧的骆驼,有的像伸向苍穹的利剑。

音苏盖提冰川是完全发育于我国境内的最大冰川。该冰川长42千米,面积达380平方千米,估计冰储量不少于116立方千米。它是由4条巨大的支冰川和10余条规模不等的冰流汇合而成的树枝状山谷冰川。冰川末端下伸至海拔4000米左右的谷地中,冰川消融区表碛密布,冰塔林裂隙密集,又称为“裂隙冰川”。

第三节冰河时代

1.冰川期

冰川期也叫冰河时代。冰川期是指地球气候酷寒,高纬度地方的广阔区域为大陆冰川所覆盖的时期。冰川学说专家认为,全球气候在漫长的地质年代中曾有数次冷暖变化,冰川作用随之重复发生。

气候寒冷时,降雪量增加,发育大规模的冰川,巨大的冰盖掩盖地球,称为冰期;当气候变暖时,冰川大规模消退,叫做间冰期。

在距今5.7~6.8亿年的先寒武纪,地球经历了第一纪冰川期。那次冰川大规模覆盖了澳洲、欧洲、美洲和亚洲部分地区;在4.1~4.7亿年前,地球遭遇第二纪冰川期,此次冰川覆盖了非洲、南美洲、欧洲、北美洲北部地区;地球经历的第三纪冰川期是在2.3~3.2亿年前,冰川覆盖面积扩大至整个南半球;着名的第四纪冰川期是从250万年前开始并一直持续至今。在第四纪冰川期之初,冰川覆盖了整个北半球。第四纪冰川期之后的大冰期,自然就是第五纪冰川期了。

关于冰川期的成因,学界至今仍无定论。有些学者认为,可能和地球自转时,地轴周期性倾斜角度的改变,导致阳光照射量减少有关。冰河期的发生,至今仍是自然科学的一个谜。

冰川期是周期发生的,地球每隔10万年就会经历一次冰川期。

大约在6.5亿年前,地球处于彻底冷冻的状态,气温骤然下降,导致整个地球覆盖着3000多米厚的冰层。这一冰川期持续了大约2500万年,之后地球得以复苏。科学家们认为,这是由于大气中缺少二氧化碳的缘故。如果大气中二氧化碳浓度过高,地球就会变得酷热;相反,大气中二氧化碳含量太低,地球就会进入冰川期。

冰川期的到来会引起一系列连锁灾难。比如,冰可以反射80%的阳光回到太空,而海面只反射不到20%的阳光。因此,冰川形成的越多,暴露于阳光之下的海面也就越少,那么地球吸收的阳光也就越少,地球上的温度就会越来越低。一旦地球被冰雪覆盖,就只有等着发生一系列大规模的火山爆发来拯救地球了。这时将有几十亿甚至上百亿吨炽热的火山熔岩和火山灰从冰层喷发出来,将厚厚的冰川融化。

2.现代冰川和古代冰川

冰川年代是通过放射性定年的,主要是以冰川所带动的冰碛物来作定年。由冰碛物中所定的放射性物质相比较,来测出冰川活动的历史。现代冰川指的是在第四纪以后形成的冰川。古代冰川主要是指第四纪冰川以及之前形成并保留下来的冰川。

我们知道,在锯开的树木横断面上长着一圈一圈的印痕,数一数大树横断面上有多少个圈,我们就能知道这棵树生长了多少年,年轮的圈数就是树木的年轮。那么冰川是否也像树木一样,有判断年龄的年轮呢?

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。年层是怎样划分开的呢?原来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,冰层就能像树木一样可以测出年龄来。由于冰川在形成的时候封存了一些空气和尘埃,冰川学家还能够从中提取气泡和尘埃,分析当时的气候。