冰斗(Cirque),是冰川刨蝕作用形成的一種地貌類型,主要分布于雪線附近的山坡凹陷處,可分為雪蝕冰斗和冰蝕冰斗兩種;通常具有圍椅狀、底平、下凹的巖盆形態,三面是陡峻的巖壁,向下坡的一面有開口,開口處常有高起的巖坎。
冰斗通過冰川刨蝕作用深刻地塑造了高山地區的地貌,形成了獨特的冰斗湖、刃脊、角峰和獨特的“切壁合圍”等地貌特征,對地質結構和地表形態產生了長遠影響。冰斗是重要的淡水資源來源之一,對高山生態系統的水資源供應、植被分布和氣候具有決定性作用。典型的冰斗景觀包括大爺海冰斗、廬山中的冰斗和阿爾卑斯山脈的千疊敷冰斗等。
定義
冰斗是由山地冰川侵蝕而成的圍椅狀冰川凹地,三面為陡壁所圍,另一面為低平出口,出口處有一高起的陡坎,底部則比較平坦或略有起伏。其出口為山坡前,地形似湯匙狀。冰斗常由雪蝕坑發育而來,融凍作用和溯源侵蝕是冰斗擴大和加深的主要力量。
冰斗形成
形成條件
地形是指冰斗形成的整體地貌形態、坡向、坡度等地形因子的綜合表現。整體地貌形態是冰斗形成的重要地形條件之一,一般冰斗產生于雪線處的洼地,經過反復的凍融風化,洼地底部不斷被挖蝕、磨蝕而加深形成冰斗。坡向是冰斗形成的重要地形條件之一,背風坡降水量少,積雪少,冰斗分布少;迎風坡,降水量大,冰斗分布多。坡度是冰斗形成的重要地形條件之一,坡度過大,不利于雪斑保存;坡度過小,利于積雪;一般冰斗的坡度區間為40°~65°。
地質作用是指冰斗形成的構造作用和巖性的綜合表現。構造作用是冰斗形成的重要地質作用之一,斷層、節理等構造作用使冰川作用前期的依托地層變得破碎,為冰斗后壁的溯源侵蝕作用加快,為冰斗在深度上的挖蝕和側向侵蝕作用加強奠定了基礎。巖性也是冰斗形成的重要地質作用之一,巖石抵抗侵蝕的能力限制冰斗的后壁和側壁發育;火成巖或變質巖地區分布規模較大的冰斗,沉積巖地區分布規模相對要小的冰斗。
氣候是指冰斗形成的氣溫、降水、風向、太陽輻射、風向的綜合表現。氣溫是冰斗形成的重要氣候條件之一,晝夜溫差變化大,積雪凍融作用明顯,冰斗易發育,夏季較為明顯;溫度高,易導致冰川融化和退縮,影響冰斗形成;溫度低,利于冰斗形成和延續。降水是冰斗形成的重要氣候條件之一,降水量高,積雪厚,利于冰斗形成和延續;降水量低,積雪薄,易導致冰川融化和退縮,影響冰斗形成。太陽輻射是冰斗形成的重要氣候條件之一,太陽輻射強烈,積雪越薄;太陽輻射越低,積雪越厚。
風向是冰斗形成的重要氣候條件之一,在英國的冰期時,主要的風向是西南風,凹地容易保存積雪,冰斗冰川在東北方向易發育;在愛爾蘭,主要風向是西南和西北,大多數冰斗和雪蝕注地朝向東北和東南;在中國馬鞍山市古冰川地貌,受東南氣流和西風氣流影響,冰斗幾乎全部集中于山脊的東坡。
形成過程
冰斗起源于地質運動,如河流、火山或物質運動活動。冰斗形成于雪線附近的積雪凹地,在山坡平緩處有永久積雪斑,其形成原因是在地勢低洼處,氣溫變動在0℃上下,積雪反復凍融,導致洼地周圍基巖受到凍融風化作用,基巖逐漸崩解破碎。
崩解的巖屑在重力和融雪水聯合作用下被運移到低處,逐漸在積雪斑的后沿形成陡坎。陡坎在凍融風化作用下不斷加高,積雪增厚成為粒雪斑,進而演化成冰川。
當冰川形成后,運動的冰川對底床產生刨蝕作用并因整個冰川的旋轉運動而加深底部,在前方造成坡向相反的巖檻。冰斗的后壁因凍融作用和冰川掘蝕作用后退變高,一般高200-300米。冰川侵蝕山坡時,挖掘山坡形成表面朝上且陡峭的圓形凹陷,狀如碗,是冰斗初始形態。冰川融化后留下碗狀的地表形態,通常使冰斗更清晰可見。
積雪演化為冰川后,冰川對底床的刨蝕作用使底床加深,在前方造成坡向相反的巖檻,陡壁受冰川的拔蝕作用而后退變高,逐漸成為冰斗。冰川消退后,侵蝕較深的冰斗可以積水形成冰斗湖。
主要特征
形態特征
冰斗一般由斗底、后壁、出口與反向巖坎幾部分構成。冰斗的高度和冰斗的長度之比大概是1:3。有明顯梯度分布。冰斗的形態也表現出一定的規律性,如小相嶺地區大部分冰斗為長形或者寬形冰斗,而圓形冰斗所占比例較少。
物質組成
冰斗含礫石、石英、片巖等,冰斗底部堆積有經寒凍風化的石塊,其夾有灰黑色淤泥。冰川堆積作用在三塊石地區形成了冰斗之下的終磧堤及山谷中的漂礫堆積。終磧堤是冰川末端補給與消融處于平衡時冰磧物在冰舌前端堆積而成,堆積物主要來源于冰斗或山脊。堆積物為混雜堆積,由砂、礫石、漂礫等組成,漂礫粒徑一般小于1米,見有冰蝕階步、壓坑等現象。冰斗湖泊出口處發育一冰坎,冰坎由變質石英砂巖組成。
環境特征
冰斗區域降雪充沛,常年積雪。晝夜溫差大,夏季較為明顯。低溫,氣溫變動在0°C上下,凍融風化頻繁。冰斗普遍發育在火成巖和變質巖中。冰斗內有凍原植被生長。
主要分類
雪蝕冰斗
雪蝕冰斗形成于雪線附近山坡下凹部分多年積雪斑邊緣的巖石,因凍融作用頻繁而崩坍為巖屑,并在重力作用與融雪徑流共同作用下搬運到低處,使積雪斑后緣、雪斑下的地面則逐漸蝕低成為洼地。雪蝕洼地底部發育小規模的泥流舌;在洼地出口外圍堆積了扇形地,其組成物質為巖屑夾泥土。山坡巖性一致,在短距離內就有3~4個朝向一致,成群分布的洼地。
雪蝕冰斗是冰蝕冰斗的早期階段,主要通過雪蝕作用形成,尚未經歷長期的冰蝕作用。因此,它們的谷底相對陡峭且短,沒有明顯的U型谷特征。這種地貌系統通常被稱為雪蝕冰斗系統,也被稱作雪蝕洼地。其未發育成典型“冰斗”的形狀,多為漏斗狀,規模較小,斗底直徑僅100余米。東北現代雪蝕冰斗主要在長白山高山凍原地帶有發現,長白山西北側海拔約米的一山上階地的斜坡上有一典型的雪蝕冰斗,冰斗深20-30米,底部寬40-50米,后壁很陡,達40-50°,底部向坡下緩傾,約4-8°。小興安嶺在克洛河上游和公別拉河支谷的源頭,也有雪蝕冰斗發育。公別拉河支谷源頭的融凍泥流階地,大多即是發育在雪蝕冰斗的底部。
冰蝕冰斗
冰蝕冰斗是在雪線穩定條件下,經過長期穩定的冰蝕作用形成的地貌特征,冰斗谷底長而平緩。冰蝕地貌長期受流水侵蝕破壞,形態變化大,但冰斗特殊形態,能在相當時期內保持其明顯的特征。
冰蝕作用不僅在冰斗中留下直接證據,如縮口、三角脊和殘弧等地貌,還可能展現出避谷、吞脊、切壁和穿梁等特殊習性,這些都是冰蝕過程中的典型表現形式。隨著雪線的升高,冰蝕帶也會相應升高,導致冰斗出現多層帶狀分布,這反映了冰蝕帶的直觀特征。在冰蝕帶的影響范圍內,會留下U型谷、冰蝕平臺、冰斗或冰斗湖等明顯的冰蝕遺跡。而雪蝕冰斗系統由于基本上未經歷冰蝕作用,其谷底轉軸傾角較大,與冰蝕冰斗的平緩谷底形成對比。
典型景觀
克旗平頂山冰斗園區
克旗平頂山冰斗園區位于內蒙古自治區赤峰市克什克騰旗東南部,大青山巖臼景區(青山園區)南側,西拉木倫河河南岸,是中國迄今發現數量最多、發育最好、期次最全、保存最完整的大型冰斗群。平頂山“冰斗”群園區是內蒙古克什克騰世界地質公園九大園區之一。
平地山冰斗群地勢西南高,東北低,最低海拔709米,最高海拔1960米,平均海拔1370米。平頂山“冰斗”群屬于第四紀冰川遺跡。不同時期的冰斗初步劃分為五期,分別分布在海拔300-1600米高度的群山中。平頂山冰斗的朝向基本上為四個方向:南西、南東、北東和北西向。冰斗的內外側壁坡度陡直,近90°。但冰斗的底部相對平緩。冰斗內部在冰川刻蝕作用下,留下冰川刻痕。冰斗所在地及周圍的巖石基本是燕山期花崗石,是冰川作用下形成的冰斗。平頂山冰斗的平坦指數基本上在1.7~4.5之間。
太白山大爺海
大爺海冰斗位于拔仙臺西北約600米處分水嶺北坡。海拔3590米,是典型的圈椅形洼地,偏居于大爺海槽谷左側源頭。東、南、西三面斗壁合圍,朝北敞開,成圈椅狀。南側后壁陡峭,坡度達40°-55°,上陡下緩,崩石堆壘;東側以刃狀梁脊與紅水河槽谷相鄰,西側隔高70余米的鞍埡與三官殿下槽谷相依。冰期時冰斗冰川挖掘作用形成深陷的洼坑,前有相對高度為0-11米的巖坎。冰坎的下方以落差40米的陡崖與大爺海冰川槽谷相接。
大爺海冰斗湖和大爺海槽谷,屬于冰斗—槽谷冰川類型。推測冰期時冰斗冰川最大厚度約80米。由冰坎溢流直下大爺海槽谷,槽谷冰川冰體最大厚度估計約120米,槽谷底部的巖坎和洼地,表明大爺海冰斗—槽谷冰川在運動過程中,具有滑動和刨掘的性質。殘存的終標志著冰川舌下達的高度在海拔3000米左右,海拔3000米以下,突然轉變為深切的V形峽谷。如由放羊寺南望大爺海槽谷,則懸谷形態十分清楚。因而大爺海冰斗—槽谷冰川,又可稱為冰斗—懸谷冰川。
廬山世界地質公園
在冰川形成和運動過程中,對地表進行磨蝕、掘蝕和嚙蝕等冰蝕作用,造成各種不同的地貌形態。如冰斗、冰窖、冰川U谷(又稱冰川槽谷)、懸谷、冰、角峰、刃脊、冰坎冰臼、及羊背石等。李四光在“冰期之廬山”一文中,在廬山命名的冰斗有7處,他們是大坳冰斗、鼓子寨冰斗、五乳冰斗(包括4個小冰斗)及黃龍冰斗。除這個冰斗外,在其他地方還可找到一些冰斗,雖有些冰斗經后期流水侵蝕作用外貌有所改變,但是較容易分辨出原來冰川地貌形態。
大坳冰斗位于王家坡U谷南側,大月山西省北坡之大坳處。冰斗長約300米,寬250米,深約100米,斗底高程1200米;冰斗發育于女兒城背斜北東部,由震旦系南沱組片麻狀含礫石石英巖夾石英片巖組成,地層產狀為傾向北面50°,轉軸傾角10°冰斗口向西北,四周皆為巖壁圍繞,冰斗窄口下成懸崖,其東、南、西三面皆為山崖所圍繞,遠視酷似一個凹進的巨大圍椅,嵌入谷坡上部。冰斗出口處可見冰檻殘存于冰斗口西側,高出于冰斗地面20-30米,其斗口的東側為缺口,為后期流水侵蝕破壞,現仍有斗內溪水流出,注入王家坡谷地。冰斗底部堆積有大量經寒凍風化形成的石塊以及一層泥炭堆積,說明在冰檻未被完全切穿前,這里有泥沼存在。
千疊敷冰斗
千疊敷冰斗位于長野的阿爾卑斯山,可作為中央阿爾卑斯山探險之旅的起點,由冰河時期的冰蝕作用形成。海拔2600米高為千疊敷冰斗的入口,高原植物遍地。
Glyderau山脈
英國雪墩山國家公園的Glyderau山脈以其壯麗的自然風光和獨特的冰斗地貌而聞名,這些冰斗由在最后一個冰河期形成,成為如今陡峭的山脊與冰川湖并存的景觀,是攀巖者和徒步旅行者的熱門目的地,也是多種野生動植物和耐寒植物的棲息地。
生態影響
水資源
冰斗對水資源具有重要影響,是雪水和冰川融化水的主要來源之一,因此在高山地區,冰斗對于提供淡水資源至關重要。冰斗中的積雪和冰川融化后形成的溪流和河流向下流動,供應著周圍地區的飲用水、灌溉水以及支持生態系統的水資源。因此,冰斗的健康和穩定對于維持周邊地區的水資源供應是至關重要的。然而,隨著氣候變化和冰川退縮,冰斗的水資源供應可能會受到影響。此外,當冰川消失后,古冰斗積水成冰斗湖,是冰川湖中的常見類型之一。
地形
冰斗作用對巖石山體進行獨特的剝蝕作用,其剝蝕特征很難被后期表面的風化所消除。兩個相鄰的冰斗,隨斗壁不斷侵蝕后退而形成刃脊;三個或多個相鄰冰斗斗壁侵蝕后退形成角峰。冰斗作用停止后,溝谷之間表現出有序遺讓、互不貫通、留有余地的獨特地貌特征。冰斗系統推進過程中,新的冰斗系統會沿先期冰斗系統的一側巖壁推進,形成切壁現象。冰斗系統切壁的過程中,有時會切穿中間的山梁,從一個流域進入另一個流城形成穿梁現象。當冰斗系統沿著山體兩圓切壁生長,往往會形成獨特的“切壁合圍”現象。
氣候
冰斗的發展與氣候變化密切相關,冰斗的存在和變化可以反映出氣候變化的趨勢。通過對冰斗的研究,可以更深入地了解表面的演變和氣候變化對自然景觀的影響。這些研究不僅對于環境保護和資源管理有著重要意義,還為預測未來的氣候變化和制定相應的政策提供了科學依據。
學術研究
冰斗研究的主要成果涵蓋了多個方面,其中包括冰斗的形成與演化機制、地貌特征與分類、分布規律與環境因素、冰川活動歷史以及全球氣候變化等。在對冰斗所在地的地形、巖性、構造等因素進行分析的基礎上,探討冰斗發育的控制因素,并深入研究其在氣候變化方面的作用,旨在得出一些有參考價值的成果。
冰斗的形成可用旋轉滑動理論予以解釋,及平衡線以上積累區處于冰川物質正平衡,平衡線以下消融區處于冰川物質負平衡,為保持平衡,冰川出現旋轉滑動和侵蝕。在自然界,有些地形與冰斗相似,如石灰巖溶蝕洼地、雪蝕洼地、谷源匯水洼地等容易被誤判為冰斗。為了鑒別冰斗的真偽與其發育的完整程度,可用冰斗平坦指數來進行定量化表述,其數學表達式子為:
式中F為平坦指數;a為冰斗后壁頂至冰斗攔門檻的長度;c為垂直a/b面所量取的冰斗的深度。冰斗平坦指數介于1.7~5。因此古冰斗鑒別可以用古冰川具備的冰盆和巖坎與冰斗平坦指數相結合的方法。
山體冰蝕作用是由多個冰斗組成的集群性作用過程。冰蝕過程中,眾多的冰斗系統無論如何侵蝕,期間始終保持清晰的個體邊界,謂之“冰斗邊界定律”。山體兩側的冰斗系統對蝕中間的山脊,當積雪高程消耗盡,冰川的侵蝕作用也趨于停止,遺留下三角脊鏈構成冰斗邊界。冰斗系統的積雪高程不足便引起冰斗侵蝕作用的停止,這是冰斗邊界定律的本質所在。其結果,也就形成了李四光先生所稱的“盲谷”,山谷被山脊圈閉,不具有貫通性。冰蝕作用的逐高習性與積雪高程不足引起冰蝕作用的停止共同制約了三角脊鏈的形成,是風化、流水等其他自然作用力所不具備的,也是冰蝕地貌與風化地貌的本質區別。
1952年,中國學者王曰倫、賈蘭坡在調查房山區的山體地貌時曾前瞻性的指出:房山的弧形盆地(即冰斗系統)為冰川作用所致,人們將弧形盆地歸因于風化所致,屬于“皮相之談”,遺憾的是這并未引起人們重視。冰斗是冰蝕(及雪蝕)作用造成的三面環山,后壁陡峻的半圓形漏斗狀洼地。冰斗存在向上的溯源侵蝕作用,即冰斗作用。冰川地貌實質上是冰斗作用對于山體的侵蝕所致。
冰斗系統由縮口、三角脊、殘弧、冰斗、槽谷等基本地貌要素組成,但初期的冰斗系統內U谷并不發育。冰斗系統是指冰斗從誕生(縮口)到結束(冰斗后壁)的演化過程及其形成的地貌系統。地貌上,冰斗系統最初由縮口位置開始,結束于冰斗后壁。冰斗溯源剝蝕的基本方式為環形剝蝕。冰斗系統是冰斗作用對于巖石山體進行的獨特的剝蝕作用而形成的,山體一旦經歷了冰斗的剝蝕作用,其特征很難被后期表面的風化所消除。
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尋覓“冰美人”.中國科學院青藏高原研究所.2024-07-09
克旗平頂山冰斗園區(平頂山園區).草原旅游.2024-06-04
赤峰市克什克騰旗平頂山冰斗園區.這里是草原.2024-07-09
第三節 冰川地貌.陜西省地方志辦公室.2024-04-21
第四節 冰川類型.陜西省地方志辦公室.2024-05-18
千疊敷冰斗.ANA.2024-07-09
The Glyderau.Snowdoniaguide.2024-06-23
冰川湖.中國大百科全書.2024-07-09
冰川湖 | 當冰雪已成往事.微信公眾平臺.2024-07-09