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冰川
來源:互聯網

冰川(英文名:Glacier),又被稱為冰河,是指極地或高山地區地表上多年存在并具有沿地面運動狀態的天然冰體。冰川多年積雪,經過壓實、重新結晶、再凍結等成冰作用而形成的。它具有一定的形態和層次,并有可塑性,在重力和壓力下,產生塑性流動和塊狀滑動,是地表重要的淡水資源。國際冰川編目規定:凡是面積超過0.1平方千米的多年性雪堆和冰體都應編入冰川目錄。

冰川主要分布在地球的兩極和中、低緯度的高山區,全球冰川面積1600多萬平方千米,約占地球陸地總面積的11%,極不均衡地分布在世界各大洲中。其中,96.6%的冰川位于南極洲和格陵蘭。而其他地區的冰川只能發育在高山上,冰川面積居世界前三位的國家依次是加拿大、美國和中國。按照冰川的形態和規模,世界上的冰川分為冰蓋和山岳冰川;根據冰川熱力特征,將冰川分為暖型冰川、冷型冰川和過渡型冰川;根據冰川溫度分布形成5個基本的類型:干極地型、濕極地型、冷濕型、海洋型、大陸型;依據冰川物理分類,將冰川分為極地冰川、溫帶冰川和亞溫帶冰川。

冰川是地球水圈的重要組成部分,在世界淡水資源總量中,這個“固體水庫”約占4/5,是重要的淡水資源,地球上許多河流的徑流,長期以來就是由冰川融水提供的。同時,冰川亦是儲存地球氣候與環境變化信息的“寶庫”,通過分析冰芯中各種成分的變化,可以了解過去的氣候和環境變化情況并預測未來的氣候和環境變化等。2025年3月21日,世界氣象組織等聯合國機構表示,全球各地冰川正以前所未有的速度融化。僅在2024年,全球冰川就損失了4500億噸。按照目前的融化速度,冰川可能在本世紀內消失。

命名

冰川這個詞是法語的借詞,通過法蘭克-普羅旺斯語可以追溯到庸俗的拉丁語,源自晚期拉丁語“Glacia”,最終是拉丁語“Glacier”,意思是“冰”。 由冰川引起或與冰川相關的過程和特征被稱為冰川。

形成

冰川的形成和發育與氣候因素有密切的關系。冰川的發育是在一系列外部因素與內部因素作用下,經過相當長的一段時間過程才形成的。從外部條件看,較低的氣溫和豐富的固體降水,在高緯度地區或一定的海拔高度和地形條件下才得以實現。從內部因素看,由雪的變質,經過粒雪化和成冰過程才能形成冰川冰。其中,固體降水的不斷積累是其必要條件。冰川冰最初形成時是乳白色的,經過漫長的歲月,冰川冰變得更加致密堅硬,里面的氣泡也逐漸減少,慢慢地變成晶瑩透徹、帶有藍色的水晶一樣的老冰川冰。冰川冰在重力作用下,沿著山坡慢慢流下就形成了冰川。

發育條件

雪線

大氣固態降水的年收入等于年支出的界線,稱為雪線,又叫固態降水的零平衡線。雪線不是一條線,而是一個高度帶,雪線以上終年積雪而不被融化掉,雪線以下則沒有永久積雪。在冰川學中,還常常使用粒雪線的概念,粒雪線是指冰川上有積雪覆蓋與無積雪覆蓋的分界線,也就是冰川上的雪線。在暖滲浸成冰作用的冰川(海洋型冰川)上,粒雪線和雪線基本一致,而在冷滲浸或滲浸凍結成冰作用的冰川(大陸型冰川)上,由于有附加冰的存在,粒雪線位置則高于雪線。在現代冰川學文獻中,常用平衡線代替粒雪線和雪線,指的是冰川上積累量與消融量相等處的諸點連線,通常和粒雪線高度一致,但是在有附加冰的冰川上,卻低于粒雪線。

氣溫

從氣候學的角度看,形成冰川的有利條件是全年低溫和大量的固態降水,特別是夏季的低溫,這樣才有可能使固態降水不僅不被消融掉,而且每年不斷積累。那么,雪線(平衡線)則是關鍵,而影響雪線高低的就是氣溫條件,氣溫高,雪線升高,氣溫低,雪線也相應降低。雪線附近的年平均氣溫越低,則為冰川發育所提供的冷儲備就越充足,這種氣溫條件為冰川形成提供了很好的低溫條件。海洋性氣候條件下的冰川,雪線附近年平均氣溫要高得多,這種氣溫狀況只有當具備非常充足的固體降水量時才有利于冰川的形成。

降水

冰川的形成不僅取決于雪線附近的氣溫狀況,而且還與那里的固體降水量有重要關系,在某些山區甚至也具有決定性作用。高山區的降水量一般隨山地海拔升高而增加,并且固態降水的比例也相應增多。因此,雪線以上的粒雪盆中,固態降水為冰川發育提供了重要的物質條件,且有利的降水條件對冰川發育的規模有積極意義。

地形與地勢

地形條件是冰川發育的另一因素,但不是決定的因素。地球的兩極地區即使在接近海平面的陸地上,由于長年低溫和有限的固態降水的積累,也可以形成冰川。但是在大多數地方,特別是對山岳冰川,地形和地勢仍是影響冰川形態、規模和性質的重要條件。如果山地海拔低于雪線以下,即使有寬闊的場地也不能發育冰川。如果山地的海拔高出雪線以上,但山勢或山峰陡峻,沒有停積冰雪的場所也不可能發育成冰川。如果山地高出雪線以上,并有寬闊的足以停積冰雪的場地,則可發育成冰川。

山脈和谷地的走向與大氣環流的流動方向是否一致,對冰川發育也有影響。三者走向一致,則有利于冰川發育,水汽輸送有利于山脈內部的冰川發展,并有可能成為冰川作用中心。如果它們互相垂直,在山脈外緣的迎風坡向上容易造成氣流阻塞和驟然抬升,外緣山地的冰川可以得到充分發展,但卻影響山脈內部的冰川發育。另外,山脈的坡向也會影響冰川發育,一般說來,陰坡有利于冰川的生存,而陽坡因接受太陽的輻射較多,且有消融作用,因而冰川規模小,甚至不能形成冰川。

形成過程

雪的變質

等溫變質作用

降落到地面的新雪,孔隙很多,其中的空氣為水汽所飽和。雪晶為了使其最大限度地達到穩定狀態,力圖使具有最小的表面能,而球體的表面能最小。所以,具有小曲率雪晶的水汽壓力,要比那些枝狀或棱角狀雪晶的水汽壓小,因而雪晶突出部分升華的水汽則向凹洼部分遷移并沉積。水汽遷移的結果,使各種幾何形狀的雪晶逐漸消失原來形態,而成圓球狀雪粒,這就是雪的圓化作用。等溫變質作用的特點是溫度低,雪層內溫度梯度很小,整個過程沒有融水的參與。所以,又稱冷型變質作用。

溫度梯度變質作用

雪變質的另一種過程是由雪變成深霜。它的發育條件是雪層內存在著溫度梯度。由于雪層具有隔熱的特點,在寒冷的冬季,積雪下層溫度比上層高,雪層內部形成溫度差,使雪層下部較大的飽和水汽壓使雪晶表面產生升華,水汽就向溫度較低的上部遷移,當達到飽和時,雪晶表面則產生凝華。這種升華——凝華過程,一方面使下部雪層晶粒松散,并伴有瞬時沉陷;另一方面,使雪層上部晶粒形成更高級的具有多棱角的大雪晶體——深霜。

消融—凍結變質作用

與等溫變質作用和溫度梯度變質作用不同,消融—凍結變質作用的主要特點是有融水的參與。暖季,雪層溫度接近0℃,白天吸收的熱量使雪晶融化,夜間則放出熱量,使雪層中的部分融水凍結。這種變化有時可以影響到整個雪層。融化—凍結過程在雪層內反復進行就產生消融一凍結變質作用。由于這一過程的溫度相對較暖,故又稱暖型變質作用。

粒雪化作用

粒雪就是雪晶變質成完全喪失其晶體特征的圓球狀雪粒。粒雪化作用就是雪晶變質的圓化過程,該過程在雪的三種變質作用中都可發生。新降落的積雪可以在幾天或1至2周內即可發展成粒雪,稱為細粒雪或新粒雪,但它在成冰作用中意義不大。而當經過一個消融季節后殘留下來的老粒雪,則可以參與冰川的物質積累,在成冰作用中才有意義。粒雪化作用除減少了雪層的亮度和透光度外,提高了雪的密度,相應的硬度也增強。這一過程在接近融點的溫度下進行很快;在負低溫下進行緩慢。

成冰作用

重結晶成冰作用

重結晶成冰作用又稱為等溫變質成冰作用,冷而干的粒雪依靠不斷增加的雪層重力而緩慢地漸漸壓實成冰。壓力的增大使晶粒之間產生位移和變形,同時,也提高了晶粒的密度,當密度達到0.5至0.6克/立方厘米時,晶粒之間已靠得很緊,甚至很難作相對運動。當密度進一步提高到0.8克/立方厘米左右時,粒雪(層)則逐漸變為重結晶冰(層)。這種成冰過程需要經過較緩慢的進程才能實現,特別是固體降水積累量不多的地區。由于它是在較低的等溫條件下進行的,又缺少融水的參與,所以,這種粒雪(層)常被稱為冷粒雪(層),其過程屬于“冷型”或“干燥型”成冰作用。

滲浸一凍結成冰作用

滲浸一凍結成冰作用又稱為消融一凍結變質成作用,主要靠粒雪層的消融和融水下滲再凍結成冰的。如果冷季粒雪層完全凍結,而暖季時消融又很強烈,其成冰過程是通過融水下滲和凍結實現的,常形成附加冰和滲浸冰,密度可達0.88至089克/立方厘米,成冰進程較快。如果冷季粒雪層只部分凍結,而暖季消融微弱,粒雪層通過沉陷和再凍結作用成冰的,常形成滲浸——再結晶冰,冰的密度比前者稍小,一般達0.82至0.84克/立方厘米。

分布

冰川主要分布在地球的兩極和中、低緯度的高山區,全球冰川面積1600多萬平方千米,約占地球陸地總面積的11%,極不均衡地分布在世界各大洲中。其中,96.6%的冰川是冰蓋,位于南極洲和格陵蘭。而其他地區冰川只能發育在高山上,稱為山岳冰川。山岳冰川面積居世界前三位的國家依次是加拿大、美國和中國。而在中低緯度帶(包括赤道帶、熱帶溫帶,大體位于北緯60°至南緯60°之間),66%的冰川分布在亞洲,中國獨占30%,是世界上中低緯度帶冰川數量最多、規模最大的國家。歐洲冰川的總面積約8600平方千米,主要分布在斯堪的納維亞半島阿爾卑斯山脈。非洲是全球冰川最少的大陸,冰川面積只有23平方千米。北美洲冰川面積共有6.7萬平方千米,主要分布在阿拉斯加州和加拿大地區。南美洲冰川面積約為2.5萬平方千米。大洋洲冰川面積約1000平方千米,主要分布在新西蘭

分類

冰川的分類有按形態分類的,還有按冰川的物理性質分類的。最早的分類是根據冰川的形態劃分的,至今仍被一些學者所采用。從冰川學的角度進行分類的是物理分類方法,它是根據冰川的物理性質來劃分的,是一種較為科學的分類法,但是,它必須要有足夠的實際觀測資料才能進行。

冰川的形態分類

按照冰川的形態和規模,世界上的冰川分為2類,一類是大陸冰川,一類是山岳冰川。

大陸冰川

大陸冰川是不受地形約束而發育的冰川。其中,最大的冰川,比如覆蓋著南、北兩極大陸的成百萬、上千萬平方千米的冰川被稱作“冰蓋”;規模次于冰蓋,成百、上千平方千米的冰川被稱作“冰原”。大陸冰川主要分布在格陵蘭島和南極大陸上。這兩個地方冰川的面積占全球冰川總面積的97%,是冰川的最主要部分。大陸冰川不但面積大,而且冰層很厚,好像在地面上蓋了一層厚厚的被子一樣,因此也有人把大陸冰川稱為“冰被”。大陸冰川的表面,中間高四周低,呈盾形分布,由于其很厚,所以在流動時不受地形的影響。

山岳冰川

山岳冰川是完全受地形約束而發育的冰川。這些冰川在第四紀冰川最盛的冰河時代,盡管冰川規模大大擴展,但仍然沒有發展成大陸冰蓋。主要分布在地球的中緯和低緯山地,中國西部高山高原地區的冰川如喜馬拉雅山、天山山脈等均有廣泛分布。歐洲阿爾卑斯山的冰川也均屬此類,其中,亞洲山區最發達,中國的冰川都屬于山岳冰川。山岳冰川的形態受到山地地形條件的限制,因而各種類型的山地,孕育出許多類別的山岳冰川。山岳冰川大致又分為以下的類型。

懸冰川

懸冰川在峰巒重疊、角峰崢嶸的高山區,宛如盾牌似的,懸掛在陡坡上的冰體。懸冰川往往成群地分布在山坡的一定高度上,或者像馬蹄狀似地分布在大山谷頂部冰斗的各個坡上。因為它們依貼在陡坡上,因而時常因下端崩落而發生冰崩。這是山岳冰川中數量最多,但規模最小的一種冰川,面積很少超過1平方千米的,厚度一般亦較薄,大多在一二十米,這種小型冰川對氣候變化反應敏感,容易消退或擴展。

冰斗冰川

冰斗冰川分布在河谷源頭或上游谷地兩側,呈圍椅狀的凹洼處,即所謂冰斗中,冰斗底部平坦,而壁陡峻,短促的冰舌限于冰斗口內或懸掛在斗口上。現代冰斗冰川多數是承襲古代冰川所塑造的冰斗地形上發育起來的,所以,現代雪線位置不在冰斗口處,而退卻到后壁山坡下。當冰斗中的冰川尚未形成顯著的冰舌時,這種冰川叫做冰斗冰川。冰斗冰川可以分為谷坡冰斗冰川和谷源冰斗冰川2種類型。坡冰斗冰川分布在谷地兩側的山坡盆地中;谷源冰斗冰川位置在主谷的源頭,多在高峰腳下,往往一個主峰,被3個以上的谷源冰斗冰川包圍著,平面圖上作花瓣狀。

山谷冰川

山谷冰川是山岳冰川中發育最成熟的類型,擁有山岳冰川的全部特征和功能,具明顯而完整的粒雪盆和伸入谷地中的長大冰舌,冰川長度由幾千米至數十千米。由于高山地形的不同,山谷冰川的形態多樣,可劃分出若干亞類,主要有單式山谷冰川、復式山谷冰川、樹枝狀山谷冰川和網狀山谷冰川等。

平頂冰川

在某些高山頂部為相當平坦的山頂,這些山頂面多數是第三紀以來形成的古夷平面的殘存部分,當它們抬升到雪線以上高度后,冰雪不斷積累而發育成平頂冰川。平頂冰川形似薄餅,表面潔凈而沒有巖屑覆蓋,夷平面多數向一個方向緩緩傾斜,這種冰川可能伸出若干短小的冰舌。平頂冰川在西昆侖山唐古拉山脈都分布較多,祁連山脈、天山東段和喜馬拉雅山北坡也有發現。

高山冰帽

某些高山頂部形突起,在這種地形上發育的冰川覆蓋整個山頂,就稱高山冰帽或山地冰帽。新疆西部的慕仕塔格山就是典型的高山冰帽,另外,在羌塘高原上也有不少這種冰帽,它們在規模上比平頂冰川大得多,從數十平方千米到一、二百平方千米。

再生冰川

山坡陡崖上部的冰雪雖然在雪線高度以上,但多無法停積而崩落到坡腳堆積,上部的補給區與下部冰川是分隔開的,這種由雪崩、冰崩補給的冰川稱為再生冰川,也稱雪崩冰川。冰川規模不大,其未端可降到相當低的位置,冰內富含巖屑。這類冰川首先發現在西藏自治區東南部降雪豐富的高山深區,波密縣古鄉泥石流的上源就是一群再生冰川。

山麓冰川

由若干條寬尾山谷冰川的寬大冰舌末端相互連接在山口之外,并在山麓大片分布的叫山麓冰川。現代山麓冰川只存在于高緯或極地地區,如阿拉斯加州冰島等。

多年雪堆或雛冰川

在山地地區的雪線附近或雪線以下的陰蔽處,有時可以見到一些多年性雪堆,厚數米至數十米,長數十米至數百米,其積雪已轉化為粒雪或粒雪冰,但不具冰川運動的特征,稱為多年雪堆或稱為雛冰川。

冰川的物理分類

冰川的物理分類方法有多種,主要的還是根據冰川的冰溫狀況或熱力特征因素,其中也包括引起冰溫狀況差異的自然地理因素。

按冰川熱力特征分類

根據冰川活動層(冰川表面以下15到20米深)以下的恒溫層所有的熱力特征,將冰川分為暖型冰川、冷型冰川和過渡型冰川3類。

暖型冰川

冰川上部的活動層受氣溫變化而升高或降低,而下部的恒溫層則不受氣溫變化的影響,使冰川至底部的溫度具有壓力融點的等溫狀態(0℃附近),為暖型冰川。如溫帶海洋性氣候下發育的冰川均屬此類。

冷型冰川

極地溫帶某些山岳冰川中,不僅冰川活動層的溫度很低,恒溫層內溫度也明顯低于冰融點溫度,這類冰川叫冷型冰川。此類冰川主要分布在極地地區和溫帶大陸性氣候下的中、低緯山地。

過渡型冰川

冰川表層為低溫,而底部為相應的壓力融點溫度。

按冰川溫度分類

根據自然地理的氣候因素(影響冰川溫度的因素)的配置,形成5個基本的冰川溫度分布類型:干極地型冰川、濕極地型冰川、冷濕型冰川、海洋型冰川、大陸型冰川。

干極地型冰川

整個冰層溫度低于0℃,并低于當地的年平均氣溫,最高溫度任何時候都在0℃以下,恒溫層處于更低的負溫。如南極冰川和格陵蘭冰川就屬于此類型冰川。

濕極地型冰川

冰川層(深度不超過1米)有時可增溫至0℃,并形成少量融水,但它不致于影響整個冰體的溫度狀況,融水會很快又在原來的表層凍結。其他性質與干極地型相似。此類冰川常見于干極地型冰川的邊緣。

冷濕型冰川

冰川層(融水能滲造的深度)在暖季時的溫度為0℃,冷季時為負溫;中層(融水滲入的最大深度至活動層底部)溫度全年為負溫,下部全年為負溫。如北極島嶼冰川上部、冰島及巴塔哥尼亞的冰川都屬此類。

海洋型冰川

氣候溫暖,冬季活動層溫度較低,而恒溫層處于壓力融點。如阿爾卑斯山脈阿拉斯加州、斯堪的那維亞和新西蘭等地的冰川均屬此類。

大陸型冰川

冷季寒冷,暖季涼爽,降水少而太陽輻射強,年平均氣溫為負值,整個冰川全年亦為負溫。如中國的天山帕米爾高原昆侖山脈祁連山脈加拿大群島的大部分冰川均屬此類。

按地球物理分類

根據冰川上部的物質結構和冰川溫度狀況所做的冰川物理分類,將冰川分為極地冰川、溫帶冰川和亞溫帶冰川。

極地冰川

極地冰川上部為很厚的粒雪層,并緩慢地進行重結晶作用,整個冰體的負溫可分布至很深的部位,最大負溫可達-10℃至-70℃。極地冰川又分出高極地冰川和亞極地冰川兩個亞類。其中高極地冰川的粒雪層厚度可達200米,既使暖季也不融化,更無融水產生。亞極地冰川粒雪層10至20m,暖季可產生融化,整個冰層的負溫可分布至很深部位,最大負溫達-2℃至-12℃。

溫帶冰川

溫帶冰川粒雪層較薄,冰川冰是由大量融水滲浸凍結形成,冰層溫度處于壓力融點,只是在冷季表層數米的冰層才為負溫。

亞溫帶冰川

亞溫帶冰川下部為壓力融點溫度,中、上部溫度為不太低的間斷性負溫,分別介于-1℃至-3℃及-1℃至2℃間。表層在冷季為負溫,暖季可達到0℃。

基本特征

冰川的積累

由各種相態的降水在冰川上的堆積,即冰雪物質的收入部分叫冰川的積累。冰川的這種物質補給來源主要是大氣固態降水,其次是雪崩、吹雪和冰崩作用。運動著的雪使地表積雪的再分配對某些冰川補給有重要的意義。大氣固體降水包括雪、雹、霜、霧淞等,是冰川積累的主要來源。雪(冰)崩指崩落滑塌或滑坡到冰川上的冰雪。當老雪上再降落并堆積了新雪,在增加雪重、雪變質和雪融過程中而失重時,常產生雪崩。冬季發生的雪崩多成粉狀,稱干雪崩或冷雪崩。春夏季的雪崩與消融有關,多成塊狀,稱濕雪崩或暖雪崩。雪(冰)崩是某些冰川(如再生冰川)的重要補給方式。吹雪(指新雪)堆積后,在風的吹揚作用下進行再堆積。

冰川的消融

由冰川上的雪、粒雪、冰川冰的融化和蒸發等所造成的冰川物質的支出過程稱為消融。即消融指的是冰川的冰雪物質以各種方式脫離冰川的過程,如冰雪融水流出冰川之外等。如果冰川融水下滲到冰層內而凍結則不能視為消融。所以,在冰川物質平衡研究中,把積累、消融周期中冰川物質的凈支出稱為純消融,以區別改變了冰雪形態的消融過程。純消融只存在于消融區。消融過程按其作用的部位可分為冰下消融、冰內消融及冰面消融三種。

冰下消融

冰下消融主要是指冰川底部的消融,其熱源為地熱、冰川底部與基巖床之間的摩擦熱和滲入冰下的冰面融水等。冰川底部融水在冰川末端的基底形成冰下隧道(或稱冰下運河),有時很直,有時為樹枝狀溪網。其出口是冰舌末端的冰洞,直徑1至5米不等。

冰內消融

冰內消融主要是冰面融水沿冰川裂隙或斷裂面流入冰內并融蝕冰層的過程。在冰川冰中常形成冰井、冰穴等空洞,最后融水沿這些空洞排出。

冰面消融

冰面消融是冰川消融最主要的方式,其熱源為太陽輻射熱、湍流交換熱和凝結釋放的潛熱,其中主要是太陽輻射熱。冰面消融的結果是形成許多特殊的消融形態,由于差別消融,在某些大冰川上可以形成大范圍的冰塔林、冰丘、冰杯、冰蜂窩體和消融波等,由于融蝕可形成冰面河道、冰井和槽溝等,常使冰面支離破碎,難以通行。

冰川的物質平衡

冰川上各種水體的積累(收入)與消融(支出)之間的關系叫冰川的物質平衡,即某一時段內冰川的積累量(正值)與消融量(負值)的和。所以,物質平衡值有時是正值,有時為負值,這取決于觀測期間氣溫與降水狀況。

冰川的溫度

冰川溫度是冰川物理性質的基本標志之一,冰川溫度狀況影響著冰的變形,在冰川運動中,冰床的滑動和冰川侵蝕都與冰的溫度有直接關系。在某些大冰川或冰蓋中,冰溫的變化在某一深度上還可以反映過去冰川表面溫度變化的若干狀況。

冷波

在寒冷而漫長的冬季,氣溫比冰內溫度要低,因此,低的溫度從冰川表面不斷地緩慢侵入冰川內,低溫在冰川中的傳遞過程稱為冷波。冷波向冰川內傳遞的深度是有限度的,取決于冬季(冷季)持續時間的長短和寒冷的程度。

暖波

隨著天氣轉暖,冬季的冷波逐漸減弱和消失,消失的最后階段是很迅速的,因為暖季熱量傳入冰內不僅通過熱傳導方式,而且還伴有融水的傳導,熱量的消耗一方面用于增溫,而且另一方面還用于冰的融化。在這雙重影響下,下滲的融水以每日3米的速度趕上冬季的冷波,將冷波消除,并使冰雪層上部增溫至零度附近,這就是暖波。

冰川運動

冰川運動把積累區的冰雪輸送到消融區,而消融區的冰雪消耗通過冰川運動又獲得物質補給,使冰川保持著生命力。冰川運動改變了冰川冰溫度的分布狀況、結構和構造,侵蝕著冰下巖床,塑造了槽谷形態。

冰川運動的原因

冰川冰是水的固體形態,但它不是鋼體,也不是完全的塑性體。而是一種粘塑性體。冰川運動就是由于冰川冰的粘塑性變形(蠕變)與滑動產生的。

內部變形

冰川冰是多冰晶聚合體,每個冰晶都是由許多薄片體組成的,在受力情況下,它們可以沿著相互接觸的融化面產生滑動,就像一疊紙牌一樣錯動。由于作用力與冰晶基面的方向不同,冰晶可以產生壓凹或彎曲以及其他形式的變形。

冰川滑動

冰川滑動包括冰層滑動和基底滑動。冰層滑動表現為剪切滑動,主要分布在冰舌區,它是由冰層上、下層面之間的應力差異而形成的,往往出現眾多的剪切面和斷裂面。而基底滑動主要是沿著基巖床的滑動。冰川作為粘塑性體在重力作用下,沿巖床斜坡緩慢向下滑動,假若冰川末端或底部邊緣處于凍結狀態,即底冰與巖床凍結在一起時,由于上游段冰體重力而產生的滑動使底冰受阻,造成差別運動。或當巖床有大障礙物時,亦可產生滑動。層面間或底冰與巖床間的融水通過再凍結和冰的塑性變形對實現滑動起了重要的促進作用。

冰川運動的速度

在冰川縱剖面上,由冰川源頭向下至雪線附近運動速度是逐漸增加的,然后再由雪線向冰川末端又逐漸減慢,所以,雪線附近的冰川軸部位置上是冰川運動速度最快的地方。但是,當某些冰川多彎曲,冰川高速區有可能偏離雪線,而且還會出現幾個高速區。在冰川橫剖面上,冰川運動的主流線基本上靠近冰川的軸部,由軸部向兩側流速變慢。如果冰川處于彎曲處,其主流線偏向軸線的外側。當冰川流經窄狹段或陡坡時,速度也會加快,反之,速度減慢。在積累區的橫剖面上,冰川流動向量向著冰川主流線呈輻合狀分布。而在消融區的下段和末端,流動矢量明顯地向著主流線呈輻散狀分布。在垂直剖面上,最大流速出現在冰川上層某一深度范圍內,然后流速隨深度的增加而遞減,但至底部亦不致減速為零。某些冰川底部層因受壓而出現高于上部層的流動速度。

世界各地的冰川,因外界條件和內在因素的不同,其運動速度差異很大。一般來說,山岳冰川變化于數十至數百米,少數可超過千米。冰蓋流動速度較慢,外部和邊緣處也與山岳冰川的速度大致相似,唯有大陸冰川邊緣溢出冰川的流動速度最快,多超過千米。

冰川運動的變化

冰川的運動速度隨時間而改變,晝夜之間,冬夏之間,乃至年際之間都不相同。白天因冰川上層受消融作用與融水下滲的影響,運動速度比夜間快得多。冰川運動的季節變化雖然在粒雪盆區變化不顯著,但冰舌區是很明顯的。在雪線附近和消融區,夏季的運動速度比冬季快,在某些部位上比年平均速度還快。運動速度的年際變化十分明顯,影響因素較復雜,主要與積累、消融數量和速率、氣候波動、運動波的傳遞以及滯后響應等有關。

冰川的構造

冰川的運動和冰川冰的變形使原始狀態的粒雪層和冰層改變了形態,形成一系列大小不等、規模不一的構造現象。如冰的帶狀構造(包括冰帶、葉理、弧拱等)、冰層褶皺、冰裂隙等。

帶狀構造

冰川冰的一個形態特征就是具有明顯的帶狀構造,或稱層狀構造,指的是由深淺相間或密疏相間的冰層組成的冰川冰。在冰川動力作用下,形成藍、白冰帶構造和葉理構造、冰川肋(弧拱)等。

藍、白冰帶構造

白冰帶與藍冰帶交替出現是帶狀構造的一種形式。白冰帶系由有汽泡的和水汽的細晶粒冰組成,晶粒直徑一般小于5毫米,在光的折射下星乳白色,密實性較差,是某些冰川部位上帶狀構造的主體。藍冰帶由無汽泡、透明而密實的粗晶粒組成,晶體粗大,直徑在10至150毫米間。藍、白冰帶相間分布的構造中,以白冰帶為主要部分,藍冰帶則如似脈冰平行地貫穿于白冰帶中。帶與帶之間的寬度為數厘米至數米不等。它的成因可能與粒雪層形成的層狀構造與冰川運動變形有關。

葉理構造

葉理構造又稱片理,是冰川運動時發育在冰內的一種面狀或片狀構造。特點是冰晶粒和汽泡的大小、數量不盡相同,一般葉理的厚度為幾厘米到幾十厘米,很少超過數米。大陸冰川由于冰川溫度低,組成葉理的冰晶較小,葉理構造是由晶體尺寸基本一致的有汽泡冰和無汽泡冰交替組成。葉理以冰川兩側和底床附近最為發育,而且與谷壁平行,其層理向下傾。冰川中央的葉理往往突向冰川的下游方向,層理向上傾,在冰內分布如同疊在一起的勺子。葉理通常是由于冰內原生的不均勻沉積冰層變形造成的。

冰肋川

冰川肋又稱弧拱,是由淺色冰帶與深色冰帶相間組成,常橫列于冰瀑布下或支冰川匯入主冰川的匯合處,呈弧形,頂端指向冰川下游方向,兩翼呈拋物線形,越向下游拉得越長,均成群分布,每一淺色冰帶和一深色冰帶的總寬度一般相當于該冰川冰一年流動的距離,所以,冰川肋的分布規模頗不一致。冰帶的深淺與所含巖屑的多少有關。冰肋的波谷含有較多的巖屑雜質,汽泡少,故呈深暗色,因此,消融速率也較快,冰面下凹成犁溝。而淺色冰帶的巖屑少,汽泡較多,消融作用相對較弱,形成淺色肋脊,高出深色肋谷20至30厘米。這種波狀起伏的冰川肋向冰川末端逐漸消失,只保留深淺相間的冰帶分布。如果有兩條或更多條支冰川匯合,可形成復式冰川肋。

冰層褶皺

冰層褶皺的產狀與地質巖層相似,形式十分復雜,越至冰川末端越變得密集,兩翼冰層相應變薄。由于冰川槽谷形態多變,冰下河床起伏不平,而且槽谷時寬時窄,甚至彎曲,冰層運動時,相互擠壓,故形成各種形式的褶皺。它的形態和規模取決于穩定狀態下擾動的性質和大小、巖床的性質和褶皺距離巖床的高度。

冰裂隙

冰層擠壓強烈時,除形成上述冰層褶皺外,還因受拉應力或剪應力作用而形成多種形式的斷裂,通常稱冰裂隙。裂隙深度在溫冰川上一般很少超過25至30米,冷冰川則會更深些。其長度變化幅度較大,可由幾米至幾百米不等,一般寬度為數十厘米至數米。

冰川作用

侵蝕作用

冰川的侵蝕作用是通過磨蝕和拔蝕兩種方式進行的。磨蝕是對地表的水平方向的破壞,拔蝕是對地表的垂直方向的破壞。不同的侵蝕方式所塑造的冰川地形或微形態是不一樣的。有些則是兩者共同塑造形成的。

磨蝕

冰川的磨蝕是滿載巖屑的冰川底層與巖床之間的侵蝕過程,包括對基巖河床和巖屑的磨光和磨平。冰川運動時,富含巖屑的冰川底部與巖床及其上的巖塊作相對運動,產生互相磨擦,磨削侵蝕,它一方面改造了巖屑的形態,另一方面也改造了河床形態。被巨大冰體重力壓碎的巖屑和細顆粒物質都具有尖銳的棱角,特別是這些細小顆粒往往是一些穩定礦物或重礦物,在磨蝕中起著重要作用,如石英顆粒等則是主要的磨蝕“工具”。當冰川底層在滑動過程中遇到大障礙物(如漂礫巖塊或凸起的巖床)時,在障礙物的迎冰坡面上因磨蝕而產生薄層水膜,當冰體流到背冰流坡面上時,由于壓力減小,該水膜又凍結起來,使巖屑聚集起來。

拔蝕

冰川的拔蝕作用是冰川底層松動和移動巖床上大巖塊的破壞過程。當冰體越過巖床上凸起部分或大障礙物時,在背冰面上因減壓而產生卸載節理、膨脹節理,巖石發生破裂拔蝕,一些巖塊或巖屑暫時停積在坡腳下,在冰體繼續滑動時,這些巖塊或巖屑又被“吸附”在冰川底層,成為磨蝕的“工具”。所以,拔蝕比磨蝕的破壞性大,是冰川侵蝕的主要方式。

搬運作用

冰川具有巨大的搬運能力,成千上萬噸的巨大漂礫皆能隨冰流而運移,但搬運距離差別很大。一般冰川的堆積物、尤其是底搬運距離小,往往是就地附近的石塊;而規模巨大的冰川,則可將抗蝕力強的漂礫搬得很遠。同時,冰川還有逆坡搬運的能力,把冰磧物從低處搬到高處。在大陸冰川作用區,冰川運動不受下伏地貌的控制,冰磧物的逆坡運移現象更為普遍。

堆積作用

冰川的堆積作用,指冰川停滯或后退時冰磧物的堆積過程。冰川流屬于塊體運動,所以冰磧物與其他任何外力搬運的沉積物明顯不同,除非經后期冰川或冰水侵蝕,堆積地貌(如終磧壟、側磧壟、冰磧丘陵、鼓丘等)將會保存較長時期。冰川堆積作用的強弱,與冰川類型、運動速度及夾帶巖屑的多少有直接的關系。海洋性冰川的運動速度快,侵蝕能力強,夾帶巖屑多、冰川堆積作用就強,堆積地貌的規模也大;反之,大陸性冰川的堆積作用較弱,冰磧地貌的規模較小。凡有冰川作用的地區,冰川侵蝕與冰川堆積都是同時發生的。

冰川地貌

冰川是塑造地表形態最活躍的外營力之一。冰川通過磨蝕、拔蝕、擠壓等動力過程對冰川底部和兩側槽谷地形進行塑造。純冰的侵蝕能力很弱,冰川對地形的塑造主要是因為在冰川的表面、內部與底部等不同部位攜帶了相當數量且粒徑不等的巖屑。冰川運動時,受上覆冰層重力影響,冰川底部攜帶的巖屑像刻刀一樣對冰床進行磨蝕。因冰川侵蝕形成的冰蝕地貌主要有角峰、刃脊、冰斗、冰川谷、峽灣、羊背巖與鯨背巖、基巖磨光面以及冰川擦痕等;冰磧地貌主要有終磧壟、側磧壟、冰磧丘陵、鼓丘等;冰水堆積地貌主要有蛇形丘、冰礫阜、冰礫阜階、窩穴、冰水扇、冰水平原、冰湖、漂礫等。

冰蝕地貌

角峰

由不同坡向的數個(3個或3個以上)冰斗不斷溯源侵蝕,冰斗后壁不斷后退上移,夾持的山峰就變成尖銳的金字塔狀的孤立尖峰,稱為角峰。

刃脊

在相鄰冰斗或冰川谷之間,形如刀刃狀的嶺脊稱為刃脊。通常刃脊頂部基巖裸露,尖薄而陡峭,呈鋸齒形。

冰斗

冰斗發育在冰川平衡線附近。典型的冰斗呈圍椅狀、底平、下凹的巖盆形態,三面是陡峻的巖壁,向下坡的一面有一個開口,開口處常有一個高起的反向巖坎。冰斗一般由斗底、后壁、出口與反向巖坎幾部分構成。一般海洋型冰川區冰斗發育最為完好;大陸型冰川區冰斗發育次之。冰川消退后,侵蝕較深的冰斗可以積水形成冰斗湖

冰川谷

冰川谷又稱為槽谷,因其橫剖面呈“U”字形,所以又稱為U形谷。一般而言,冰川谷谷底寬緩,谷坡陡峻,有時存在磨光面與刻槽。在過渡到較和緩的谷坡時,在冰川谷上部較為明顯的坡折為槽谷的谷肩。冰川谷的平面形態上寬下窄,比較順直且貫通性好。冰川谷內交替出現的巖盆與巖坎是冰川槽谷最重要的判別標志。

峽灣

峽灣分布在高緯度沿海地區,冰期前為沿構造碎或巖性軟地帶發育的,冰時,谷地被冰川所復,其下游即使在海面以下,也能繼續刷深、拓寬冰床;冰期后,受海侵影響,形成兩側平直、崖壁峭拔、谷底寬闊、深度很大的海灣,稱為峽灣。

羊背巖與鯨背巖

羊背巖是冰川磨蝕與拔蝕作用共同塑造的地貌形態。通常冰川底部尚未達到壓力融點,但在迎冰面應力集中,溫度達到壓力融點,產生的融水使底部滑動速度增大,在滑動過程中產生此可指示冰川流動方向的各種擦痕。背冰面因壓力降低,融水發生再凍結,即復冰作用,該過程可形成冰川的拔蝕,致使背冰而被挖掘成參差的鋸齒狀,這類形態的冰蝕地形為羊背巖。鯨背巖也是冰川侵蝕的結果,迎冰面與背冰面均為流線形,冰下融水較豐富,冰川底部以滑動為主,基本無拔蝕作用。

基巖磨光面

在冰床上,有時可以看到大面積被冰川磨蝕的平面,稱為基巖磨光面。其上深淺較為均一,方向大致平行的擦痕可以指示古冰川的運動方向。有時候冰床上存在兩組或者兩組以上的擦痕,這種情況的出現反映了冰川底部運動方向曾發生過調整。一般而言,擦痕多與新月形裂紋與月牙形鑿口同時出現。

冰川擦痕

冰川擦痕是冰川侵蝕作用造成的最微小的流線型負形態,廣泛出現在冰床上與冰磧石表面。冰磧石表面的擦痕也是深淺均一,方向大致平行,這種巖塊被稱為冰川擦痕石,因擦痕集中且以擦面的形式存在,故又稱其為冰川擦面石。

冰磧地貌

終磧壟

當冰川積累和消融達到動態平衡,冰川末端較長時間停留在某個位置。由冰川從上游搬運來的冰磧,堆積成向下游突出的弧形冰磧壟稱為終磧壟。所以,終磧壟通常是冰川相對穩定時期的產物,可以清楚地指示某次冰川作用中冰川曾到達的位置和范圍,是冰期劃分和冰川進退的重要指標。

側磧壟

在冰川運動過程中存在冰川冰的側向運動,由側向運動帶來的底磧、冰而向側面傾瀉滾落的表磧連同位于冰川側面的冰磧共同堆積而成的冰磧地形為側磧壟。側磧壟表現出坡度陡峻,兩坡不對稱的特點,內坡陡峻,而外坡稍緩。側磧壟向上可達冰川平衡線附近,向下可與終磧壟相連。在谷地中不同高度保存有多列側磧壟,系多次冰川作用所沉積,是相對冰期劃分重要的依據之一。

冰磧丘陵

在較大冰川作用時,冰川可下伸到坡度和緩的山麓帶形成山麓冰川。當氣候突然轉暖,冰川平衡線急劇升高時,冰川的快速后退就容易導致原來冰川的冰舌部分與整體脫離變成死冰,死冰消融過程中,冰川的冰磧物通過自然分流聚集,最終形成大面積,形如“墳”包狀的冰川堆積地形,即為冰磧丘陵。

鼓丘

鼓丘是主要由冰磧組成的幾米至幾十米高、幾百米長的流線型丘陵。鼓丘在平面上呈橢圓形,長軸平行于冰流方向;縱面與羊背巖相反,迎冰面坡度陡,背冰面和緩。有的鼓丘全部由冰磧組成,有的則有一個基巖核心。鼓丘分布的位置比較固定,總是成群地出現終磧壟后方不遠的地方。其成因可能是冰川接近末端,由于冰川搬運能力減弱。底部遇阻時發生堆積而成。鼓丘主要分布在大陸型冰川區,組成物質除冰磧外,還有大量冰水沙礫,高5至6米,長度數十米至近百米。

冰水堆積地貌

蛇形丘

蛇形丘是一種狹長,彎曲如蛇行的高地,主要由略具分選的冰水砂礫堆積物組成,夾有冰磧透鏡體,砂礫有一定的磨圓度,發育沖刷、充填構造,形成交錯層理和水平層理。蛇形丘兩坡對稱,大小不等,一般高度40至50米,分布于冰川作用區,長度可達數千米,延伸方向與冰川運動方向基本一致。

冰礫阜

冰礫阜是一種圓形或長條形的冰水堆積丘陵。它是山冰面或冰川邊緣湖泊、河流中的冰水沉積物因冰體融化、沉積物倒塌堆積而成,主要由粉砂、砂和細礫組成。冰礫阜常夾有冰磧透鏡體,上覆薄層冰磧物,原始沉積構造多因冰體擠壓和融化而發生變形。冰礫阜一般零亂地或成群地分布于冰川作用的前緣地帶,大小不等,邊坡較陡,與沉積物的休止角基本一致。

冰礫阜階

冰礫阜階地由冰水砂礫層組成,形如河流階地,呈長條狀分布于冰川谷地的兩側。它是由冰川邊緣的冰水沉積,在其與原冰川接觸一側,因冰體融化失去支撐而塌,從而形成了階梯狀陡坎,沿槽谷兩壁伸展。冰礫阜階地的階地面比較平坦,尾端常與冰水扇相連。

鍋穴

鍋穴指分布于冰水沉積區內的圓形洼地,系由冰水沉積物中挾帶的埋藏冰塊融化后,使得原冰塊上部和周圍的碎屑物質失去支持、塌陷而成。鍋穴常與冰礫阜相伴而生,個體規模較小,直徑大者可達數十米。

冰水扇

冰水河流流出冰川前端或切過終磧堤后,地勢展寬、變緩、冰水攜帶的碎屑物質大量沉積,形成了頂端厚、向外變薄的扇形冰水堆積體,叫做冰水扇。

冰水平原

多個冰水扇相互連接就成為起伏平緩的冰水裙或冰水平原。由分選中等的砂礫層組成,含少量漂礫,向下游粒徑明顯變小,磨圓度顯著變好。沖刷充填構造發育,板狀、槽狀交錯層理與水平層理交替出現。一般冰水平原向下延伸可達數千米里以上,并逐漸過渡為河流沉積。

冰湖

由于冰川侵蝕形成洼地,或冰川前進阻塞冰川融水通道,或冰磧堆積阻塞河道,或冰面消融等形成的湖泊均稱為冰湖。由冰川侵蝕形成洼地積水成湖為冰蝕湖,此類冰湖比較穩定不容易潰決。由冰川前進阻塞冰川融水通道,或冰磧堆積阻塞河道,或冰面消融等形成的措木及日湖容易潰決,形成突發洪水,造成災害。

漂礫

漂礫是冰川沉積中體積較大的巖塊,其表面常常保留有冰川作用的痕跡,如冰川擦面等。冰川的流動受自身坡度的控制,但可以不受下伏地形的影響,因此可把漂礫從低處搬到高處。此外,根據漂礫的巖性還可以判斷漂礫的源區與古冰川的流路等。

冰川災害

冰川融化會大大增加冰川的不穩定性,從而引發一系列的災害,如冰崩災害、冰川躍動、冰湖潰決和冰川泥石流等。

冰崩災害

冰崩是指在坡度較大的斜坡上大塊冰體甚至整條冰川在重力作用下沿著冰川內部破裂面或脆弱面,脫離母體而迅速傾倒或滑塌、墜落現象,是最激烈的冰川災害形式。在歷史上,冰崩災害曾多次發生,但往往規模較小、頻率較低。自全球氣候變暖以來,冰崩災害卻頻繁發生,規模較大,發生原因與氣候變暖關系密切。一方面,冰川融化本身就會增加冰體的不穩定性,另一方面,融水進入裂隙,也會對冰體產生壓力并起到潤滑作用,大大增加崩塌的危險性。

冰川躍動

冰川躍動,一類是在氣候寒冷條件下,由冰下壓力增高發生壓融并潤滑冰川導致躍動;另一類是在氣候較溫暖條件下,由冰川融水向下遷移導致冰下靜水壓力升高而潤滑產生躍動。冰川躍動,將會淹沒草場、農田、房屋,對基礎設施等造成破壞。

冰湖潰決

冰湖是以現代冰川融水為主要補給源或在冰磧洼地內積水形成的天然水體,包括冰川末端湖、冰川表面湖、冰川補給湖等類型。冰湖潰決洪水,指的是由冰湖壩體垮塌、大量排水而形成的突發性洪水。冰湖壩體潰決的原因有很多,如冰川運動、流水侵蝕、水壓超過壩體承載力、巖體和冰體崩塌、地震等,均會導致冰湖潰決。而氣候變暖,高溫天氣導致的冰體融化,也成為冰湖潰決的重要原因之一。

冰川泥石流

冰川泥石流是指在高山冰川環境下由冰川洪水與冰川或其他寒凍風化沉積物所形成的泥沙流,具有突發性強、運動速度快(可達200千米/小時)、運動距離遠(可波及數十千米)、規模大(體積可達百萬立方米)的特征。與一般的泥石流一樣,其發生也需要具備能量(陡峭的地形提供重力勢能)、物源(豐富的松散堆積物如冰磧物、冰水沉積物)和水源(冰雪融水或冰湖潰決洪水)這三個條件。根據其成因的不同,可以將其劃分為冰川消融型泥石流、冰崩雪崩型泥石流和冰湖潰決型泥石流。

學術研究

研究成果

2021年,多國研究人員分析美國航空航天局三維衛星圖發現,冰川正在加速融化。研究顯示,冰川融化速度逐年加快,平均每年損失的冰雪比15年前多31%。相比2000年至2004年,2015年至2019年每年融化冰雪多710億噸。2015年以來,全球約22萬座山岳冰川平均每年損失冰雪逾2980億噸。2000至2021年的20年多來,全球冰川變薄率翻了一番。

新西蘭冰川受氣候變化影響的研究

在20世紀70年代末開始調查時,新西蘭有超過3000個冰川,自2011年以來,大多數新西蘭冰川都在迅速消融,到2019年,一些冰川已經不存在。隨著冰川消融,它們的尺寸已經不符合冰川的定義。冰川在氣候變化中能留存下來多長時間,取決于它們的位置和大小。一項研究發現,從20世紀70年代末到2016年,新西蘭的冰川面積減少了約31%。2019年,科研人員發現地球的冰川融化速度比科學家們想象的快得多,現在要比20世紀60年代快5倍。在一項調查中,很多雪線已經在新西蘭山頂上方退去。在2017和2018年中,新西蘭國家水與大氣研究所氣候應用調查的60個新西蘭冰川都受到氣候變化的“嚴重影響”。

南極松島冰川臨界點研究

2021年,利用自主研發的先進冰流模型,諾森比亞大學冰川學研究小組開發出了能夠識別冰原內臨界點的方法。研究表明,南極洲西部的松島冰川至少有3個明顯的臨界點。第三個也是最后一個由海洋溫度上升1.2℃引發,將導致整個冰川不可逆轉地后退,這將對全球地平線產生重大影響。環極地深水的長期變暖和淺灘化,加之羅爾德·阿蒙森海風向的變化,可能使松島冰川的冰架在溫暖的海水中暴露更長時間,使溫度變化幅度越來越大。

格陵蘭島溫度和冰原的融化研究

2023年,阿爾弗雷德·魏格納(alfred wegener)研究所的一項研究調查發現,2001至2011年,格陵蘭島中北部是過去1000年來最溫暖的十年,該地區在2021年比20世紀高出1.5℃。同時,研究人員利用一組史無前例的長度和質量的冰芯,重建了格陵蘭島中北部過去的溫度和冰原的融化速度。由于冰層中儲存了大量的水(約300萬立方千米),融化和導致的海平面上升被認為是一個潛在的轉折點。全球變暖的影響已經波及到格陵蘭島中北部偏遠的高海拔地區,如果全球變暖持續,預計到2100年,格陵蘭島冰原將使全球平均海平面上升50厘米。

興都庫什—喜馬拉雅地區冰川研究

2023年6月,由八個成員國組成的國際山地綜合開發中心發布了一份新評估報告,該研究報告利用最新科學進展,首次繪制了該地區冰凍圈、水、生物多樣性與社會之間的聯系,以及冰川和積雪的快速變化對人與自然的影響。研究發現興都庫什—喜馬拉雅地區的冰川在2011至2020年期間的消融速度比之前十年加快了65%,未來幾年該地區山洪暴發和雪崩的可能性在增加。同時,還揭示出由于全球變暖導致興都庫什山脈喜馬拉雅山脈地區的冰川、雪和永久凍土的變化是 “前所未有的,且多為不可逆的”,如果不大幅減少溫室氣體排放,該地區冰川總體積的80%將在21世紀末消失。

主要科學家

施雅風

1957年,施雅風參加祁連山脈西段地質考察,第一次親眼見到冰川。此后,他的科研生涯再也離不開冰川。他開創了中國冰川物理、冰川水文、冰芯與環境、冰雪災害、第四紀冰川的研究,系統地發展了中國冰川學理論,把中國冰川學研究推向世界前沿。1959年,由施雅風組織完成的43萬字的《祁連山現代冰川考察報告》出版,這是新中國第一部較為完整的冰川考察報告,填補了中國冰川研究的空白。

謝自楚

謝自楚是中國科學院蘭州冰川凍土研究所所長、冰川學家。1957年,進入莫斯科國立大學地理系極地及冰川專業學習。兩次赴蘇聯北極地區實習凍土、冰緣和雪崩。1959年,冬參加第三次國際地球物理學年會,在厄爾布魯斯峰冰川考察。1962年,在中國科學院蘭州冰川凍土研究所工作,參加過喀喇昆侖公路巴基斯坦境內巴托拉冰川、祁連山冰川變化及利用等一系列冰川凍土的考察研究。1978年,作為中國科學院冰川學代表團成員赴瑞士參加國際冰川編目討論會,并對瑞士、法國英國有關冰川學極地學研究機構進行訪問。1980年,再次赴珠穆朗瑪峰及西藏自治區東南部考察冰川及雪崩。1981年,任中日天山冰川聯合考察隊隊長,考察了天山東部博各達峰及冰川站。1984年,參加了國際冰川學會在日本召開的地表冰雪過程國際討論會。1985年9月,參加了國際水文科學協會蘇聯召開的冰川徑流及冰川變化國際科學討論會。

多爾特·達爾-詹森

多爾特·達爾-詹森(Dorthe Dahl-Jensen)教授是尼爾斯玻爾研究所冰與氣候卓越研究中心主任、丹麥皇家科學院院士,是冰芯研究、古氣候重建以及格陵蘭冰原歷史和演化等領域的專家,曾經參與領導了北格陵蘭冰芯項目(NGRIP),北格陵蘭島Eemian冰芯鉆探營地(NEEM),歐洲南極冰芯抽樣計劃(EPICA)等多個著名的國際合作冰芯鉆探和研究項目,是冰芯科學國際伙伴計劃(IPICS)等多個國際組織的主要成員,曾獲歐盟笛卡爾獎(Descartes Prize,2008)、維加獎(Vega medal,2008),歐洲地球科學協會路易斯·阿加西獎章(Louis Agassiz,2014)。

冰川學

冰川學一詞是由拉丁語的冰和希臘語中的學說構成的,原意為冰學,是研究地球上各種形態自然冰體的科學。但是,自從冰川作為一門科學研究以來,其主要對象是冰川和冰蓋,因此,也有人認為,冰川學是研究冰川的科學,這就是所謂的狹義冰川學的概念。從十八世紀起,冰川學研究的對象主要局限于高山和島嶼冰川,以及地球歷史上的冰期問題。隨著冰川學研究的不斷發展,發現自然界各種形態的冰體的物理性質、化學性質、物質組成比較相似,冰體同大氣圈、水圈地殼之間的相互作用也具有共同的基本條件。所以到了本世紀,冰川學研究的范圍,除研究冰川與冰蓋的形成、特征、變化和作用過程外,還研究地表積雪、雪崩、風吹雪、季節結冰、河冰、湖冰、海冰和地下冰等一切冰體,形成所謂廣義的冰川學。

冰川景觀

美麗的冰川世界,處處是夢幻般的景致。冰蘑菇,是大石塊被細細的冰柱所支撐而形成的;冰墻陡峭直立,像座巨大的屏風;千姿百態的冰塔林,有的像金字塔,有的像古剎鐘樓,等等。這些天然的冰雕世界,都是經過陽光的不斷雕塑而成,形成后又慢慢衰亡,這個過程一般經歷幾十年甚至百年以上。

七一冰川

七一冰川距嘉峪關市區120千米的祁連山脈腹地,是一處令人神往的旅游勝地。七一冰川冰舌前沿海拔4300米,冰川面積約5平方千米,平均厚度70米,最厚處達120米,是中國典型的大陸性冰川也是亞洲離城市最近的冰川之一。這座巨大的冰川橫臥在高山懷抱之中,輝映在麗日藍天之下,潔白晶瑩、光茫耀眼、美不勝收。

海螺溝冰川

海螺溝冰川位于四川省甘孩藏族自治區瀘定縣內,冰川長14.7千米,面積16平方千米,最高海拔6750米,最低海拔2850米,落差達3900米。在海螺溝冰川,除了覺得涼爽無比,還能感覺像進入了一個童話世界,蘑菇是冰做的,橋是冰做的,還有令人叫絕晶瑩透明、藍中透綠的冰川城門。游人可以懷著探險的心情進去,可探尋暗河的出口,觀賞龍王的水晶宮。據考證,整個冰川的源泉在一個名叫雪粒盆的地方。它的名字雖美,卻有一定的危險性,因盆內冰雪積累到一定程度,就會翻越盆沿形成巨大的雪崩,游人們只可遠觀不可靠近。

瓦特納冰川

瓦特納冰川冰島東南部,排名世界第三,是歐洲最大的冰川。冰川面積約8400平方千米,僅次于南極冰川和格陵蘭冰川。冰川海拔約1500米,冰層平均厚度超過900米,部分冰層的厚度超過了1000米。瓦特納冰川是冰島最大的冰冠,人們通常稱冰島為“冰與火之地”。令人感到奇特的是,在冰中居然還分布著熔巖流、火山口和熱湖。在瓦特納冰川上有一個巨大的火山口,稱格里姆火山

莫雷諾冰川

阿根廷冰川國家公園內共有47條發源于巴塔哥尼亞冰原的冰川,而公園所在的阿根廷湖接納了來自周圍幾十條冰川的冰流和冰塊,其中最著名的就是莫雷諾冰川,是地質勘測學者佩里托莫雷諾發現的。莫雷諾冰川長35千米,是公園內唯一還在成長的冰川,每天都在向前推進30厘米。在距離莫雷諾冰川還有幾千米的位置,乘船在阿根廷湖近距離觀冰川,可以看到冰川從寬闊的兩山之間伸入湖中,形成了一道寬約4000米、高約60多米的冰壩,翠綠色的湖水與透著藍光的冰墻交相輝映,美輪美負,宛如人間仙境。莫雷諾冰川每隔兩三年就會截斷阿根廷湖一次,致使湖面水位上升,直到水流在冰壩底部沖出一條涵溝,導致冰壩坍塌,湖水重新暢通,水位才又恢復正常。

福克斯冰川

福克斯冰川位于南島塔斯曼海的西岸國家公園,得名于威廉姆·福克斯爵士——1869至1872年的新西蘭總理,冰川深度達350米,年降雪量35至45米,從南阿爾卑斯山脈南麓淌下,一直延伸到距地平線僅300米處的溫帶雨林。福克斯冰川并不陡峭,它的奇妙不僅在于玉石般的色澤,瀑布般的壯觀,而且在于它每天以1至5米的速度向低處蠕動著,即使因此不斷化成了水,變成了溪流,也一往無前。

冰川與人類關系

冰川和冰川作用,是一種自然現象,與人類有很密切的關系,而且隨著生產力的發展,以及人類對它的認識不斷加深,冰川對人類社會經濟生活的影響越來越直接。

冰川水資源

冰川是地球水圈的重要組成部分,在世界淡水資源總量中,這個“固體水庫”約占4/5,是重要的淡水資源,冰川能夠提供優質淡水的理想水源,地球上許多河流的徑流,長期以來就是由冰川融水提供的。冰川不僅能調節河流的多年徑流,而且還可為干早區的農業灌溉提供寶貴水源。中國西部的河流,如果沒有冰川融水的補給,其中一部分就會變成干湖。有一些河流將變成涓涓細流的間歇河。這對河流附近的農業生產將帶來不堪設想的后果。中原地區天山南北以及河西走廊一帶的生產、生活,對冰川融水有很大的依賴性。俄羅斯、美國的一些地區,也把冰雪融水作為農業灌溉的重要水源。

冰川是氣候與環境變化“監測站”

冰川是儲存地球氣候與環境變化信息的“寶庫”,科學家在冰川上鉆取冰芯,即一種從冰川鉆取的圓柱狀冰體,是冰川學領域的關鍵研究素材。通過分析冰芯中各種成分的變化,可以了解過去的氣候和環境變化情況并預測未來的氣候和環境變化等。冰芯中包含了3種可作為“史料”的物質信息——冰本身、外來物質以及氣泡中包裹的氣體。其中,冰芯中穩定同位素可記錄溫度變化,而冰芯積累量則能幫助科學家了解降水變化。

相關文化

影視取景

《納尼亞傳奇2》

2007年,影片《納尼亞傳奇2》的導演安德魯·亞當森就派出了專業的采景小組,跨越六大洲和20多個國家,最終為凱斯賓王子的《納尼亞傳奇》選定了新西蘭作為拍攝場地,其中不少鏡頭便是在新西蘭南島塔斯曼海的西岸國家公園的福克斯冰川取景拍攝的。之后,該片于2008年5月16日在美國上映。

《鮫在水中央》

鮫在水中央》改編自孫頻同名小說,由青年導演魏東宸執導,于2023年5月1日在中國上映,講述了獨居在高山冰川上的“怪人”梁海濤意外與被害人父親相遇,身負罪惡的他一邊承受著良心的鞭撻,一邊似乎仍然想繼續掩蓋罪行,一出隱埋多年湖底藏尸的“殺人回憶”隨之展開。這是一部全程在達古冰川實地拍攝的影片,影片中出現的高山、湖林、晨霧、冰雪,真實再現了達古冰川絕美的自然風光與優美環境。

中國第四紀冰川遺跡陳列館

中國第四紀冰川遺跡陳列館位于石景山區模式口的第四紀冰川基巖冰溜面遺跡旁,面臨永定河,背靠翠微山,是中國乃至亞洲惟一一座建立在第四紀冰川遺跡上的以冰川知識、地質巖石、古生物、地球環保等科普教育為內容的博物館。1992年7月正式開放。館內展覽介紹了第四紀冰川的基本知識、李四光先生第四紀冰川學說的創立與發展、冰川系統的研究與應用以及汪國民經濟建設中的作用和中國第四紀冰川分布及考察情況等。展品絕大部分為冰川遺跡的照片資料及部分磧石標本。在面向社會的科普領域內該館亦可充分發揮自身優勢,“氣候及環境對人類生存發展的影響”“人類如何在未來冰期中發展文明”“冰川現象在今天為人類儲存提供能源功能及列人類文明潛在的巨大威脅”等專題陳列可使大家更深入地了解第四紀冰川學

重大事件

中國五分之一冰川已消融

修訂版的中國第一次冰川編目顯示,中國總計有冰川48410條,總面積為60506平方千米。最新版中國第二次冰川編目顯示,2010年左右,中國總計有冰川53778條,總面積48063.6平方千米。幾十年間,中國冰川整體萎縮了12442.4平方千米,占總面積的20.6%,其中,約有8310條冰川完全消失。冰川面積萎縮幅度最大的是西藏自治區,冰川面積整體減少了7680.7平方千米,整體萎縮幅度達到27.7%。云南省則是冰川萎縮速率最快的省份,其冰川總面積減少了28.2%。大型冰川的退縮是中國冰川面積大幅減少的主要原因。

瑞士冰川融化速度創紀錄

2023年7月12日,多名登山者在瑞士瓦萊州采爾馬特市特奧杜爾冰川附近發現人類遺骸和幾件裝備。脫氧核糖核酸分析確認遺骸為1986年9月失蹤的一名德國登山者。當年,這名38歲的登山者因登山未歸而被報失蹤,搜救未果。瑞士冰川融化速度2022年創下一百多年來最快紀錄,冰川體積減少了6%。一些已經被冰雪覆蓋了千年的巖石重新顯露,人們不但發現了失蹤數十年的人類遺骸,甚至還找到了一架飛機殘骸。

全球冰川融化速度創紀錄

2025年2月19日,在英國《自然》雜志刊載的一項研究報告中提到,自本世紀初以來,冰川已經減少了大約5%,而且融化速度還在加快。與2000年至2011年相比,2012年至2023年間,冰川融化量要多出三分之一以上。歐洲地區冰川融化的速度尤其快。舉例來說,歐洲中部過去20來年已經損失了39%的冰川。

2000年至2023年間,格陵蘭島南極洲主要冰原以外的冰川平均每年損失約2700億噸冰。按照每人每天消耗3升淡水計算,這相當于全球人口30年的淡水消耗量。研究報告主要作者之一、世界冰川監測研究所所長邁克爾·岑普表示,冰川消失不光帶來地形地貌上的變化,當前,全球有數億人在一定程度上依賴冰川季節性融水。一旦冰川消失,供水會受到影響。冰川融化還會導致海平面上升,顯著增加沿海地區發生洪水的頻率。

2025年3月21日,是首個世界冰川日,世界氣象組織聯合國機構表示,全球各地冰川正以前所未有的速度融化。僅在2024年,全球冰川就損失了4500億噸。自1975年以來,冰川的融化累計達到9千億噸。按照融化速度,冰川可能在本世紀內消失。聯合國大會已將2025年定為國際冰川保護年。

參考資料 >

冰川和冰川學.中國科學院青藏高原研究所.2023-08-23

地質人眼中的美景.海南省海洋地質調查局.2023-08-20

科學匯|南極冰山又雙叒脫落了!冰川融化地球會怎樣.錢江晚報.2023-08-20

保存地球記憶的“老冰棍” ,鉆取冰芯是一種什么體驗?.上觀新聞.2023-08-23

《普通地質學》筆記.廣西壯族自治區地質礦產勘查開發局.2023-08-23

全球變暖中消融的主角,你真的了解它嗎?.科普中國.2023-08-23

冰川的類型與運動特點.海南省海洋地質調查局.2023-08-23

壯觀的祁連山七一冰川.張掖市人民政府.2023-08-23

你了解冰川的分類嗎?.中國科學院地理科學與資源研究所.2023-09-10

氣候變暖,會導致哪些地質災害?.地質調查科普網.2023-08-23

氣候變暖,會導致哪些地質災害?.中國科學院地質地球所.2023-08-23

每年近2700億噸冰消失!冰川加速融化促海平面持續上升.新華網.2023-08-20

每年近2700億噸冰消失!冰川加速融化促海平面持續上升.光明網.2023-08-23

冰川因澳洲山火變焦糖色,融化量或增30%.人民日報 .2023-08-23

受氣候變化影響 研究:新西蘭冰川可能在本世紀末消失.中國新聞網.2023-08-20

科學家首次證實南極冰川臨界點.中國科學報.2023-09-10

英國研究人員首次證實南極冰川臨界點.光明網.2023-09-10

【看世界】格陵蘭島冰層消融加劇 或加速海平面上升.上觀新聞.2023-09-10

1000年來的最高溫!全球變暖影響到遙遠的格陵蘭冰蓋頂部.澎湃新聞.2023-09-10

研究:喜馬拉雅冰川或在本世紀末消融80%,影響亞洲20億人.正觀新聞.2023-09-10

喜馬拉雅冰川或將消融80%.陜西科技報.2023-09-10

施雅風 “中國現代冰川之父”.學習強國.2023-09-24

施雅風:冰川,勇敢者的事業.中國科學院.2023-09-24

湖湘人物.湖南圖書館.2023-09-24

深切懷念謝自楚院士.國際歐亞科學院中國科學中心.2023-09-24

國際著名冰川學家DortheDahl.中國科學技術大學.2023-09-24

Dorthe Dahl-Jensen.UNIVERSITY OF COPENHAGEN.2023-09-24

90萬年前的冰芯將為全球氣候變化提供佐證.新華網.2023-09-24

地質、地貌旅游資源.《中國西藏基本情況叢書—西藏旅游》.2023-08-23

晚潮|冰島,難忘的冰湖藍.錢江晚報.2023-08-23

阿根廷:擁有瀑布、冰川和新鮮空氣的海上國度.人民網.2023-08-23

青藏高原冰芯庫:紀錄全球氣候變化的“自然檔案”.金臺資訊.2023-09-24

冰芯破解大自然 幫助人類“讀”懂自然環境變遷史.人民網.2023-09-24

資料:影片《納尼亞傳奇2》影片幕后.新浪娛樂.2023-08-19

納尼亞傳奇2:凱斯賓王子 The Chronicles of Narnia: Prince Caspian (2008).豆瓣電影.2023-08-19

冰川上的“殺人回憶”!這部懸疑電影全程在達古冰川拍攝,5月1日公映.紅星新聞.2023-08-19

電影《鮫在水中央》北京首映禮 獲贊獨具美學風格與新犯罪類型的藝術佳作.中國青年網.2023-08-23

中國第四紀冰川遺跡陳列館.北京市人民政府.2023-08-19

我國五分之一冰川消融,西藏屢發冰崩災害,西北干旱區水危機加劇.北晚在線.2023-08-23

中國五分之一冰川已消融 西北干旱區水危機嚴峻.人民網.2023-08-22

瑞士冰川融化速度太快 37年前失蹤登山者遺體被找到.光明網.2023-08-23

瑞士冰川融化 37年前失蹤登山者遺體被找到.環球網.2023-08-22

研究:全球冰川融化速度創紀錄.百家號.2025-02-20

請完成下方驗證后繼續操作.百家號.2025-03-22

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