閑聊冰川

 

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我是冰川，“離家出海”的才是冰山

川字在漢語(yǔ)里就是江河的意思，那冰川的意思就是可以像江河一樣流動(dòng)的冰嘍？還真讓你猜對(duì)了。對(duì)冰川嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x為：在重力影響下，由提供冰雪補(bǔ)給的雪源地，向低處或者邊緣處緩緩移動(dòng)的冰體。而很多人會(huì)認(rèn)為冰山（iceberg）和冰川（glacier）是同一個(gè)東東。其實(shí)不然！冰山是指已經(jīng)脫離冰川，在海上漂浮的，像山一樣形狀的巨大冰塊。

 

（3貝利托莫雷諾冰川，位于阿根廷，安第斯山脈。是世界上最著名、最壯美的冰川之一。如果你運(yùn)氣好，可以看到斷落的冰體突然落入湖中。）

 

（4從冰川分離漂浮在海中的冰山）

我并非為水凍結(jié)而成

冰川是地球上巨大的淡水寶庫(kù)，全球上85%的淡水都儲(chǔ)存在冰川里。那冰川是怎么形成的呢？是和冬天的湖冰一樣么？聰明如你，既然我這么問(wèn)了，那結(jié)論多半應(yīng)該是“當(dāng)然不是！”

構(gòu)成冰川的冰可以被簡(jiǎn)單粗暴地稱(chēng)作冰川冰。冰川冰一般為淡藍(lán)色和乳白色互層的結(jié)構(gòu)，看起來(lái)比我們見(jiàn)到的普通冰要美得多，密度也比普通冰的密度大，普通冰一般為0.9（規(guī)定4℃時(shí)水的密度為1），而冰川冰的密度會(huì)達(dá)到0.999。

既然不是水自然凍成的冰，那冰川冰又是從何而來(lái)呢？答案就是積雪。當(dāng)下雪時(shí)，積雪里的空隙度高達(dá)90%，隨著積雪逐漸加厚，下部的積雪逐漸被壓實(shí)。雪花受到擠壓融化，逐漸轉(zhuǎn)變成小的冰粒，被稱(chēng)為粒雪。同時(shí)，上部融化的雪水向下滲入，重新凝結(jié)，使積雪變得致密，粒雪逐漸轉(zhuǎn)化成粒狀冰。粒狀冰再不斷受到壓實(shí)作用和上層融水的重（chong）結(jié)晶作用，漸漸變成了致密的冰川冰。

 

（5顯微鏡下美麗的雪花）

 

（6雪轉(zhuǎn)化成冰川冰的過(guò)程：1. 剛下的新雪雪花；2. 新雪經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，由于底層雪花受到上層的壓力而逐漸融化，變成粒狀雪；3. 隨著上層的雪融化成水，流到下層再次重結(jié)晶，使粒雪變得更致密；4. 隨著上層雪層逐漸加厚，下層變得更致密成為冰川冰。）

 

（7美麗的藍(lán)色冰川冰）

我很“高”“冷”！

我們引入一個(gè)概念——雪線(xiàn)。雪線(xiàn)就是指常年積雪區(qū)的最低位置。低于這個(gè)線(xiàn)，降雪量低于融化量，很難形成常年的積雪，導(dǎo)致冰川難以生存。雪線(xiàn)的高低受到氣溫的影響，因此理論上應(yīng)該是赤道雪線(xiàn)最高，并逐漸向兩級(jí)降低。然而事實(shí)并非如此。赤道附近的雪線(xiàn)在5000-6000m左右，而位于北緯20°-30°附近的喜馬拉雅的北坡雪線(xiàn)最高處卻達(dá)到6200m。這是為何呢？原來(lái)控制雪線(xiàn)的高低還有一個(gè)重要因素，就是降雪量，降雪量高的雪線(xiàn)就會(huì)低，反之則高。赤道附近受赤道低氣壓帶控制，降水多，因此赤道附近的雪線(xiàn)就會(huì)偏低；而南北緯20°-30°附近則是受到副熱帶高壓影響，比較干旱，許多沙漠都出現(xiàn)在這段維度附近，因此也造成了此處雪線(xiàn)偏高的現(xiàn)象。喜馬拉雅山位于北緯20°-30°附近，加上高山擋住了來(lái)自印度洋的暖濕氣流，使北坡更加干旱，造成了雪線(xiàn)高于赤道附近。

除此之外，陡坡雪線(xiàn)位置一般都會(huì)相對(duì)高，不易存雪；緩坡則存雪較多。

 

（8安第斯山脈上清晰的雪線(xiàn)，紅色線(xiàn)標(biāo)出）

“高瞻遠(yuǎn)矚”，“權(quán)傾四野”

冰川可以根據(jù)所存在為位置不同，分為兩類(lèi)：大陸冰川和山岳冰川。

大陸冰川分布在南極大陸和格陵蘭島，呈盾形，都有幾千米厚，表面大致平緩，中部略厚，中心部分為積累區(qū)，邊緣為消融區(qū)。冰會(huì)像攤煎餅一樣，從冰蓋中央向四周緩慢流動(dòng)，最后流到海洋中崩解成為飄浮的冰山。大型的大陸冰川可以稱(chēng)為冰蓋，而較小的可以稱(chēng)為冰帽或者冰原。

山岳冰川又稱(chēng)阿爾卑斯試冰川，主要分布在中低緯度的高山地帶。因?yàn)樯皆辣ㄐ枰艿缴絽^(qū)地形的約束，因此呈河流狀或者舌狀。山坡上凹地長(zhǎng)期積雪形成卵圓形或三角形的冰斗冰川，隨著冰斗里的冰川逐漸長(zhǎng)大， “不安現(xiàn)狀”的冰川便會(huì)向外流到山谷里，向外流出的部分稱(chēng)為冰舌。隨著冰川逐漸壯大，各山谷中的冰川會(huì)匯合形成更大的冰川，這時(shí)，較小的冰川被稱(chēng)為支流冰川。山谷冰川也會(huì)像河流一樣隨著山谷的形態(tài)出現(xiàn)分流現(xiàn)象，發(fā)展成樹(shù)枝狀、網(wǎng)狀冰川等。當(dāng)幾條山谷冰川從山地流出，在山麓地區(qū)擴(kuò)展、相互連接而成一片時(shí)，形成山麓冰川。

 

（9“權(quán)傾四野”的典型大陸型冰川，南極冰蓋）

 

（10“高瞻遠(yuǎn)矚”的山岳型冰川）

那片凹地是我壓出的

當(dāng)冰川積累到足夠厚度，冰川巨大的重量就會(huì)使下方地殼下陷，地面會(huì)出現(xiàn)向著冰川最厚處傾瀉的斜坡。就如同你在按壓一個(gè)皮球一樣，在你的按壓點(diǎn)，皮球會(huì)有一個(gè)凹陷坑。當(dāng)冰川融化之后，由于地殼的均衡作用，地殼會(huì)慢慢回升到原來(lái)的高度。但是地殼回彈的速度十分緩慢。一個(gè)典型的例子就是加拿大北部的哈德遜灣。哈德遜灣就是第四紀(jì)冰期，在北美的勞倫古冰蓋的壓力下，凹入海平面以下的。如果它要恢復(fù)到原始高度的話(huà)，則需要40000年的時(shí)間。

 

（11被第四紀(jì)北美的勞倫冰蓋壓得變形的哈德孫灣地區(qū)，如果變回原來(lái)的高度的話(huà)所展示出來(lái)的地貌）

我的誕生，說(shuō)來(lái)話(huà)長(zhǎng)

在漫長(zhǎng)的地球的歷史中，我們地球的海陸分布、大氣成分都一直在不斷地改變，氣候也有過(guò)多次的變遷，時(shí)而寒冷時(shí)而溫暖。當(dāng)?shù)厍蛱幱谌虼竺娣e被冰川覆蓋的狀態(tài)下的寒冷期，就被稱(chēng)為冰期，也就是我們所熟知的冰河世紀(jì)，而兩次冰期之間的溫暖時(shí)代，則稱(chēng)為間冰期。那大冰期為何會(huì)出現(xiàn)呢。

對(duì)于大冰川時(shí)期的成因，有許多不同的假說(shuō)，如大氣成分的改變。溫室氣體在大氣中含量的變化，可以影響地球整體的溫度，較低，則地球就會(huì)顯著變得寒冷，反之則會(huì)變熱。在生命出現(xiàn)在地球上之后，生命的活動(dòng)對(duì)大氣成分的影響變得很重要，像植物對(duì)氧氣和二氧化碳的平衡作用，或者珊瑚蟲(chóng)對(duì)二氧化碳的固定。像這樣的生物繁盛或者蕭條，都會(huì)左右大氣成分，從而影響氣候的變化。

洋流的運(yùn)動(dòng)改變也會(huì)左右地球氣溫的冷熱。如果熱帶溫暖洋流無(wú)法流向兩極，那兩極的冰川會(huì)不斷增長(zhǎng)。增長(zhǎng)的冰川會(huì)反射更多的太陽(yáng)輻射，從而使地球溫度降低。

 

（12陸地的分布位置影響太陽(yáng)輻射的反照率，影響地球的氣溫變化；陸地的分布情況還影響洋流的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致地球氣溫的改變；淺海的造礁生物和陸地上的植物的分布多少會(huì)影響大氣成分，調(diào)節(jié)地球溫度變化；太陽(yáng)的輻射變化也會(huì)影響地球的氣溫。圖中地球年代為二疊紀(jì)）

大陸的分布對(duì)冰川作用的影響是多重的。大陸在地球上的分布情況會(huì)影響洋流的變化。陸地的影響除此之外，如果大部分大陸集中在地球上赤道附近，則反射的太陽(yáng)輻射就較多，從而降低地球的熱量吸收，地球溫度就會(huì)下降，產(chǎn)生大型的冰期。陸地的塊數(shù)的多少，影響到近陸淺海的面積，從而影響近海生物的繁盛與否，影響大氣成分，對(duì)地球氣溫產(chǎn)生作用。陸地的位置分布影響洋流的流動(dòng)，會(huì)進(jìn)而對(duì)地球氣候產(chǎn)生影響。除此之外，地球軌道的變化，和太陽(yáng)活動(dòng)變化帶來(lái)的輻射變化，也會(huì)影響地球冰期的形成。

那冰河時(shí)期如何結(jié)束呢？當(dāng)然，當(dāng)上述的幾個(gè)導(dǎo)致冰河世紀(jì)的因素發(fā)生相反條件的變化時(shí)，如：太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，加熱地球；地球生物面貌的改變，導(dǎo)致吸收二氧化碳的生物減少，火山活動(dòng)進(jìn)入活躍期，改變了大氣成分；地球板塊的分裂改變地球?qū)μ?yáng)輻射的反射率，改變洋流的流向等。

 

（13 2015年10月8日，厄瓜多爾的科托帕?；鹕絿姲l(fā)）

那只蝸牛，靠邊停，你超速了……

正如前言，冰川之所以成為“川”，就是因?yàn)樗鼈兙哂幸欢ǖ牧鲃?dòng)性。但是它的流速十分的緩慢。要使冰川向前移動(dòng)1米，一般需要一周甚至一個(gè)月的時(shí)間，蝸牛？嗯，還是個(gè)飆車(chē)黨嘛。假如我們?cè)谀蠘O的冰蓋上開(kāi)車(chē)，車(chē)速80km/h的話(huà)，從大陸中心開(kāi)到海岸，需要30多個(gè)小時(shí)。但是如果冰川要走完這段距離，則需要花費(fèi)10萬(wàn)年的時(shí)間。所以一般情況，科學(xué)家會(huì)通過(guò)測(cè)量冰川上和岸邊的兩個(gè)定位點(diǎn)之間距離的變化，來(lái)研究冰川的流動(dòng)。

推動(dòng)冰川運(yùn)動(dòng)的，主要是自身的重力和來(lái)自冰源處的壓力。山岳冰川在自身重力作用下，克服與峽谷底部和側(cè)壁的摩擦力向低處流動(dòng)；而大陸冰川受到來(lái)自冰源處（補(bǔ)給處）的壓力，由厚的冰源中心向薄的邊緣流動(dòng)。像河流一樣，冰川內(nèi)部的流速也不一樣，中心處會(huì)相對(duì)快一點(diǎn)，兩側(cè)和底部的則相對(duì)慢。但是冰川和河流不同，河水內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是“雜亂人流”，當(dāng)其一個(gè)“質(zhì)點(diǎn)”空出“自己的位置”時(shí)，其他“質(zhì)點(diǎn)”會(huì)迅速進(jìn)行“位置的補(bǔ)缺”，占據(jù)它的位置，保持水流的連續(xù)性。而冰川內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)則是“站排行軍”，冰川內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)法隨意移動(dòng)進(jìn)行位置交換，所以冰川內(nèi)部，在流速分布不均勻的情況下，冰川內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生冰裂隙。

 

（14冰川的移動(dòng)速度十分緩慢）

我也是懂藝術(shù)的

冰川像銼刀一樣磨蝕圍巖。山谷經(jīng)過(guò)冰川的剝蝕作用后，會(huì)留下獨(dú)特的地貌特征。最具典型的，就是魚(yú)鰭一樣的鰭脊和角峰，還有崖壁陡立、光滑U型谷。這些都成為探險(xiǎn)愛(ài)好者的活動(dòng)圣地。

 

（15典型的U型谷）

而當(dāng)冰川退去以后，原先被冰川占據(jù)并侵蝕的山谷和洼地，逐漸蓄水，形成了冰川湖。因?yàn)楹捅ɑ顒?dòng)有關(guān)，所以一般分布在高緯度地區(qū)或者高山高原地區(qū)。它們一般會(huì)形成湖群，星羅棋布般散落在高原或者高緯度凍土地區(qū)。北美著名的五大湖，就是第四季冰川退卻后遺留下的最有名最美的湖泊群。

與冰川活動(dòng)有關(guān)的湖泊還有很多種。在冰川發(fā)生時(shí)期，會(huì)有一些特殊的湖泊存在。比如冰堰塞湖。冰堰塞湖其實(shí)成因和普通堰塞湖類(lèi)似，只不過(guò)堵塞河道的物質(zhì)是冰川。冰堰塞湖最終會(huì)因?yàn)楸ǖ娜诨鴽Q堤。北美著名的史前米蘇拉冰湖大洪水事件，就是第四紀(jì)冰期末期，冰川堵塞克拉克福特河和哥倫比亞河河谷形成的巨大湖泊決堤事件。幾十米深的巨大的洪水橫掃了美國(guó)西北部地區(qū)，最后流入了太平洋。

 

（16美麗的冰川湖——弗拉特黑德湖）

 

（17深藍(lán)色區(qū)域?yàn)楸槐ǘ氯纬傻谋呷髠?cè)面積小的為哥倫比亞冰湖；右側(cè)面積較大的為米蘇拉湖。粉色部分為冰壩決堤時(shí)，洪水沖刷區(qū)域。淺藍(lán)色為洪水在下游的積水區(qū)域。米蘇拉大洪水最終在哥倫比亞河口注入太平洋）

 

（18米蘇拉大洪水最高峰值時(shí)，浪高120多米。10英尺=3米）

有些湖泊是直接與冰川本身有關(guān)的。這就是冰面湖、冰內(nèi)湖和冰下湖。這類(lèi)湖泊又稱(chēng)融凍湖。由于冰面塌陷，或者冰體內(nèi)部存在裂隙或冰洞，逐漸積水而形成的湖泊。在冰面上形成的稱(chēng)作冰面湖。當(dāng)冰下河道融蝕冰川，產(chǎn)生巨大的洞穴或隧道，洞穴頂部塌陷；或者冰川低陷處積水，在夏季產(chǎn)生強(qiáng)烈的融蝕作用，冰面湖就會(huì)形成。冰內(nèi)湖一般是冰川內(nèi)部的洞穴被融水填滿(mǎn)后，頂部的水再次被凍結(jié)，形成了在冰川內(nèi)部存在的巨大的儲(chǔ)水的空間。冰下湖的產(chǎn)生和冰內(nèi)湖成因相似。但是也有可能在冰川出現(xiàn)之前就存在的古湖泊，再冰川形成的時(shí)候一直到如今都被封存與冰蓋之下。如在南極發(fā)現(xiàn)的最大的冰下湖——東方湖，據(jù)推測(cè)存在了至少有1500萬(wàn)年。

 

（19格陵蘭冰川美麗的冰峽谷）

 

（20位于南極洲的冰底湖：東方湖?？茖W(xué)家猜測(cè)湖中被冰封著古老的水）

有一種特殊的冰川遺跡，成因和這類(lèi)湖泊的存成因相同，都是由冰川融水的作用形成的。這就是冰臼。冰臼的特征是“口小、肚大、底平”。如同舂米的石臼一樣。在我國(guó)，冰臼的首次發(fā)現(xiàn)是在20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)也僅僅是在黃山、廬山和西藏等地有過(guò)零星的記錄，世界上也僅有北歐、北美、南極等地發(fā)現(xiàn)過(guò)。最初地質(zhì)學(xué)家對(duì)冰臼的成因很困惑，因?yàn)樗鼘?shí)在像人工加工過(guò)的東西。隨著科學(xué)研究的進(jìn)行，認(rèn)為冰臼形成和冰川運(yùn)動(dòng)有關(guān)。當(dāng)古代冰川融化后，大量冰川融水沿著冰川裂縫向下流，融水?dāng)y帶冰碎屑、巖屑物質(zhì)，自上向下以滴水穿石的方式，強(qiáng)烈沖擊、研磨冰川下的巖石，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間后，逐漸形成形似舂米的石臼一樣的一個(gè)個(gè)美麗而又奇特的孔穴。

 

（21美麗又神奇的冰川遺跡——冰臼）

我愛(ài)“大胖子”

那在寒冷地區(qū)的動(dòng)物都是什么樣子呢？總體來(lái)講，就是要大。這可是有依據(jù)的。根據(jù)貝格曼定律，自身表積比越小的動(dòng)物，越適應(yīng)寒冷生活，反之則適應(yīng)炎熱的生活，這樣，越是體型大的動(dòng)物，表面積相對(duì)越小，越不容易散熱。這樣，越是寒冷的地區(qū)，大型動(dòng)物越有競(jìng)爭(zhēng)力，當(dāng)然這也得和食物的豐富程度相協(xié)調(diào)，不然太大的話(huà)就可能會(huì)被餓死。當(dāng)然，這個(gè)比較一定要同屬種之間對(duì)比，而且要同時(shí)代，否則拿北極兔和非洲象，現(xiàn)今的犀牛和巨犀對(duì)比就沒(méi)有意義了?，F(xiàn)今的例子，就是北極熊，它同其他熊類(lèi)的體型對(duì)比，要大一些，同樣的例子還有西伯利亞虎（東北虎），也比其他貓科動(dòng)物體型要大。

除了體型，還有一個(gè)特點(diǎn)。根據(jù)阿倫定律：生活在寒冷地區(qū)的恒溫動(dòng)物，其體表的突出部分縮短，熱帶地區(qū)的恒溫動(dòng)物，相對(duì)較長(zhǎng)。因此熱帶地區(qū)的動(dòng)物的耳朵等突出物都很大，而寒冷地區(qū)的動(dòng)物則都很小。這就解釋了為何非洲象的耳朵比亞洲象的耳朵大，耳廓狐也比北極狐耳朵大。在寒冷地區(qū)，什么萌萌的大耳朵、美麗的大長(zhǎng)腿，都會(huì)增加則身表面積，是生存的障礙，統(tǒng)統(tǒng)要不得。因此，要在寒冷地區(qū)生存，你就要長(zhǎng)得像個(gè)球，而且是個(gè)大球。而且還要有厚厚的脂肪層，或者厚厚的毛發(fā)護(hù)體，防治熱量散失。這樣看起來(lái)像萌萌的胖大白了?，F(xiàn)今生活在南北兩極的動(dòng)物，都有類(lèi)似的特點(diǎn)，像北極熊、企鵝等。

 

（22北極熊）

 

（23企鵝）

冰雪世界雖然寒冷，但是卻十分圣潔與美麗。如今，隨著人類(lèi)的發(fā)展，溫室氣體的過(guò)量排放，導(dǎo)致兩極的冰雪逐漸融化，冰川在不斷地退卻。這個(gè)趨勢(shì)幾乎已成必然。在我們慶幸自己還能看到冰雪世界，和依靠冰雪世界生存的動(dòng)物們的同時(shí)，還是一起努力起來(lái)保護(hù)這片圣潔的領(lǐng)域。