冰川

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北极冰川

  冰川汉语拼音:Bingchuan;英语:Glacier),极地或高山地区沿地面运动的巨大冰体。由大气固体降水经多年积累而成,是地表重要的淡水资源。“冰川”一词来自拉丁文glacies(意为冰)。以平衡线(又称雪线)为界把冰川分为两部分,上部为粒雪盆(又称冰川积累区),下部为冰舌区(又称冰川消融区),它们构成一个完整的冰川系统。两极地区的冰川又名大陆冰川,覆盖范围较广,是冰河时期遗留下来的。冰川是地球上最大的淡水资源,也是地球上继海洋以后最大的天然水库。七大洲都有冰川。

  中国很早就有冰雪现象的记述。唐朝玄奘等把天山木札尔特冰川描写为“冰雪所聚,积而为凌,春夏不解……”但是现代冰川的研究始于欧洲阿尔卑斯山。19世纪30、40年代J.L.R.阿加西建立世界上第一个冰川研究站,系统研究了阿尔卑斯山的冰川,为冰川学的建立奠定了基础。1911年J.P.科赫和A.L.魏格纳开创对大陆冰盖的研究。20世纪50年代以来几次大规模的国际合作计划,70年代以来氧同位素、雷达测量、卫星遥感和遥测技术的应用,都有效地促进了对冰川的认识和研究。

  由于冰川形成于长年封冻地区,所以对冰川的研究,可以帮我们找到远古时代的地质信息。由于温室效应在高纬度地区和高海拔地区格外明显,地球上的冰川正以惊人的速度消失。对于直接流入大海的冰川来说,这意味着巨型冰山的增多、海平面的上升以及沿海地区可能遭受到的泛滥;对于高山上的冰川来说,这意味着山脚下河流水流量的不稳定,即在大量融雪时造成水灾、其余时间则造成旱灾。

  冰川前进时会切割山谷两侧的岩石,将它们带往下游很远的地方。在冰河退缩时,这些巨大的石块就被留在原来冰河的河道上,包括两旁山坡上。冰河流经的山谷会由原来的V字型横切面变成U字型横切面,千万年期间其粗糙的山谷岩层表面更能给冰川移动时磨擦至平滑。

分布

  冰川自两极到赤道带的高山都有分布,总面积约16,227,500平方千米(见表),覆盖了地球陆地面积的11%,约占地球上淡水总量的69%。现代冰川面积的97%、冰量的99%为南极大陆和格陵兰两大冰盖所占有,特别是南极大陆冰盖面积达到1,398万平方千米(包括冰架),最大冰厚度超过4,000米,冰从冰盖中央向四周流动,最后流到海洋中崩解。极地以外不同纬度的山地,其高度在当地雪线以上者,发育山岳冰川。其中,世界中、低纬山岳冰川以亚洲中部山地最发达,特别是喀喇昆仑山系有37%的山地面积为冰川覆盖,长度超过50千米的有6条。中国境内的冰川主要集中于喜马拉雅山、昆仑山、喀喇昆仑山、念青唐古拉山、横断山、祁连山、天山和阿尔泰山等山区,据1987年统计,冰川面积约为58,700平方千米,占亚洲冰川面积一半以上。欧洲阿尔卑斯山的冰川面积不算大,但在山岳冰川研究发展史中占重要地位。

形成

  冰川是由多年积累起来的大气固体降水在重力作用下,经过一系列变质成冰过程而形成,主要经历粒雪化和冰川冰两个阶段。

粒雪化

  新降的雪花形态万千,但基本是六角状雪片和柱状雪晶。新雪降落到地面后,经过一个消融季节未融化的雪称粒雪。新雪的水分子从雪片的尖端和边缘向凹处迁移,使晶体变圆的过程称粒雪化。在这个过程中,雪逐步密实,经融化、再冻结、碰撞、压实,使晶体合并,数量减少而体积增大,冰晶间的孔隙减小,发展成颈状连接,称为密实化。粒雪化和密实化过程在接近融点的温度下,进行很快;在负低温下,进行缓慢。

冰川冰

  当粒雪密度达到0.5~0.6克/厘米3时,粒雪化过程变得缓慢。在自重的作用下,粒雪进一步密实或由融水渗浸再冻结,晶粒改变其大小和形态,出现定向增长。当密度达到0.84克/厘米3时,晶粒间失去透气性和透水性,便成为冰川冰。粒雪转化成冰川冰的时间从数年至数千年。冰川冰含气泡较多时,呈乳白色,称为粒雪冰。粒雪冰进一步受压,气泡亦被压缩,就出现浅蓝色的冰川冰。冰川冰是大而形态不规则的多晶集合体。山岳冰川冰的密度很少超过0.9克/厘米3,极地冰盖深处的冰密度接近纯冰(0.917克/厘米3),冰晶内部是非常纯净的。在冰川运动过程中,冰晶粒径可增大到100厘米以上。冰晶有层状构造,可以像一叠卡片那样错动变形,变形速度与温度高低有密切关系,这对于冰的力学、热学和电学性质都很重要。

类型

  按照冰川的规模和形态,冰川分为大陆冰盖(简称冰盖)和山岳冰川(又称山地冰川或高山冰川)。大陆冰盖全球只有两个,即南极冰盖和格陵兰冰盖,占全球冰川总体积的99%。山岳冰川主要分布在地球的高纬和中纬山地区,低纬高山区数量较少。主要有以下几种类型:①悬冰川。高悬在山脊或山坡上的一种小型冰川,无明显的粒雪盆或冰舌区,是数量最多而体积最小的冰川。②冰斗冰川。发育在沟脑或山脊侧旁的围椅状粒雪盆中的小型冰川,底部下凹,后壁陡峻,没有或仅有很短的冰舌。③山谷冰川。发育最成熟的冰川,又称谷冰川。以雪线为界,有从粒雪盆流出或山坡雪崩补给形成的长大冰舌,长数千米至数十千米,基本上反映山岳冰川的全部特征。世界上最长的山谷冰川是阿拉斯加的哈伯德冰川,长150千米。完全在中国境内的最长的谷冰川是喀喇昆仑山北坡的音苏盖提冰川,长41.5千米。山谷冰川按照冰流条数分为单式山谷冰川、复式山谷冰川,按形态分为树枝状山谷冰川、网状山谷冰川、溢出山谷冰川、宽尾山谷冰川和山麓冰川等。④平顶冰川。发育在雪线以上具有平坦山顶面上的冰川,形如薄饼,冰面平整洁净,缺少表碛,边缘时有小冰舌。如果冰川很大,覆盖整个山顶或山区的大部分,则为冰帽。还有一些介于上述类型之间的过渡形态的山岳冰川,如冰斗-悬冰川、冰斗-山谷冰川等。如果陡峻山崖上部冰雪悬空崩落到谷底再堆积可形成再生冰川,在某些火山口内也可以形成火山口冰川。

  按照冰川的物理性质(如温度状况等)分为:①极地冰川,整个冰层全年温度均低于融点;②亚极地冰川,表面可以在夏季融化外,冰层大部分低于融点;③温冰川,除表层冬季冻结外,整个冰层处于压力融点。极地冰川和亚极地冰川又合称冷冰川,多分布南极大陆和格陵兰岛。温冰川主要发育在欧洲的阿尔卑斯山、斯堪的纳维亚半岛、冰岛,阿拉斯加(见图)和新西兰等降水丰富的海洋性气候地区。

  在中国,通常按冰川发育区的气候条件分为:①海洋性(型)冰川,主要分布在降水丰富、气温较暖的山区,性质属温冰川,冰温处于压力融点,西藏东南部山地是中国最主要的海洋性(型)冰川区。②大陆性(型)冰川,发育在降水少的大陆性气候条件下,夏季凉爽而有强烈的辐射,冰川上层温度恒为负温,而下层可能是负温,也可能达到压力融点。分布较广泛,从喜马拉雅山(东段除外)北坡至阿尔泰山广大地区。③复合性(型)冰川,兼有多种温度类型,如上段冰层是处于负温的冷冰川,而下段可能转为处于压力融点的温冰川。喀喇昆仑山、天山等若干长达数十千米,从源头到末端高差三四千米以上的大冰川多属于复合性冰川。

冰川作用

  除了冰体内部的力学、热学相互作用外,冰川作用还表现在它对地表的塑造过程,即冰川的侵蚀、搬运与堆积作用。

与自然环境和人类活动的关系

  冰川作为地球水圈的一部分参与了全球性的水分循环,对全球的气候也有影响。两极冰盖的存在使极地成为地球上两个主要的冷源,在其上空形成了极地气团,冰盖的扩展或退缩都影响着极地气团的强弱和大气环流的形势。南极大陆冰盖的降水补给较少,整个南极大陆每年可积累约2,200立方千米的冰量,南极冰盖每年崩解入海成为冰山或浮冰块,冰量达1,200~2,200立方千米。显然,冰盖的扩大或缩小,影响参与全球水分循环水量的大小,改变着水量平衡要素之间的关系。降落到山岳冰川区的降水补给了冰川,一部分被蒸发,另一部分汇集冰雪融水形成径流注入江河。冰川的存在又使高山区成为一个局部的湿冷源,在气流交换过程中形成云和局部降水,促进了地方性水分小循环作用。

  冰川是重要的淡水资源。在中、低纬度干旱区,冰川为高山淡水固体水库。冰雪融水不仅对山区河川径流起多年调节作用,而且更是戈壁荒漠绿洲农田灌溉的重要水源。高山冰川区还以其风景秀丽吸引旅游者,成为高山旅游区。

  山岳冰川也往往给人类带来危害。如冰湖溃决,形成冰川爆发洪水,在喀喇昆仑山北坡的叶尔羌河上游这种突发性洪水的洪峰流量可达5,000~6,000米3/秒。在强烈消融季节也常发生冰川泥石流,特别在暴雨和强消融时期叠加在一起时,其爆发频率最高,规模亦大。这些灾害破坏交通、冲毁村庄、淹没农田、阻塞江河,给下游人民的经济活动和生命财产造成很大损失。