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走進(jìn)冰河世紀(jì)的遺跡

2021-11-05 23:26徐亞?wèn)|
知識(shí)就是力量 2021年11期
關(guān)鍵詞:冰層冰川

徐亞?wèn)|

“從雪到冰”的童話世界

首先讓我們看看,雪是怎么一步一步變成冰川冰的。

雪花,是天空中的水汽經(jīng)凝華(物質(zhì)跳過(guò)液態(tài)直接從氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的現(xiàn)象)而成的小冰晶,多呈六角形,又名未央花和六出。

受時(shí)間和地表輻射熱力影響,積雪的尖端融化并逐漸固化成較大的粒雪;雪花和粒雪都具有較大的孔隙率(>50%),空氣可以在雪粒之間自由流通。

隨著雪層加厚到20~50米,底層雪因承受上覆雪層的壓力、融雪水的滲入和凍結(jié),使粒雪凝結(jié)成白色粒狀的冰晶。

當(dāng)冰晶的空氣孔隙率逐漸下降到20%~30%,經(jīng)過(guò)十多年的長(zhǎng)期壓實(shí),冰晶緊緊連接或發(fā)生重結(jié)晶作用,就會(huì)形成塊狀的冰川冰;其孔隙率小于20%,空氣無(wú)法流通。

雪和冰隨時(shí)間的形態(tài)變化

由雪轉(zhuǎn)變成冰川冰,經(jīng)歷壓實(shí)、凍結(jié)和重結(jié)晶等一系列過(guò)程,類似于把松散的雪花經(jīng)壓緊變成堅(jiān)硬的冰雕。當(dāng)它們“長(zhǎng)大”到冰川冰時(shí),就會(huì)產(chǎn)生塑性變形(不可自行恢復(fù)的變形)。冰川冰的可塑程度與冰層厚度有關(guān),冰層越厚可塑程度越大,越容易發(fā)生冰層滑動(dòng)和塑性蠕動(dòng)。在上層冰雪的壓力和重力作用下,冰層發(fā)生定向蠕動(dòng)便成為冰川。

因此,冰川是由冰和雪經(jīng)過(guò)動(dòng)靜變化,構(gòu)成的一個(gè)藍(lán)白色的童話世界。

冰川——

“行走”的記錄者

冰川看起來(lái)似乎很“高冷”(高海拔、高緯度和高寒),所以我們對(duì)冰川的誤解是認(rèn)為它永遠(yuǎn)都棲伏于原地,一動(dòng)不動(dòng)。事實(shí)上,冰川的名字中就隱含著冰雪川流不息、運(yùn)動(dòng)不止的意思,只不過(guò)其體積龐大,運(yùn)動(dòng)很緩慢。冰川地貌的變遷可以告訴我們這里的滄桑巨變。

根據(jù)氣候、地貌、規(guī)模和形態(tài)特征不同,冰川可分為大陸冰川和山岳冰川兩大家族。

在高緯度的分水嶺和極地的高原地帶,雪線位置低、積雪面積廣,冰層常厚達(dá)數(shù)千米,寬度可達(dá)10千米,形似盾牌形的蓋子,即大陸冰川,也稱冰蓋。冰蓋在重力作用下以擠壓流的方式,由冰層較厚處向四周呈舌狀流動(dòng)。冰川的底冰與基巖發(fā)生基層滑動(dòng),造成基巖被侵蝕破壞而下凹,因此冰蓋形態(tài)呈凸透鏡狀,向兩側(cè)的拉伸運(yùn)動(dòng)使得藍(lán)白層理上厚下薄。

在中低緯高山地區(qū),冰川的形態(tài)受山岳地形限制,雪線位置高、規(guī)模小、冰層薄,常呈線狀分布,被稱為山岳冰川。山岳冰川具有高瘦型的基因。中國(guó)的現(xiàn)代冰川均屬山岳冰川,主要分布于青藏高原周邊。

在冰川發(fā)育之前,地貌主要為圓弧形的山峰和山脊,孕育的高山河谷多呈“V”字形,谷底平緩(如下圖A)。

到冰川發(fā)育期,冰川沿溝谷發(fā)生刨蝕作用,可使谷底加深、谷側(cè)拓寬,山嘴部分因阻擋冰川流動(dòng)而被刨蝕掉形成截切山嘴,冰蝕谷常較平直而寬闊,形成兩壁陡立的“U”字形,稱“U”形谷。

?大陸冰川(冰蓋)的形態(tài)特征(層理,物質(zhì)沿垂直方向變化所產(chǎn)生的層狀構(gòu)造)

由刨蝕作用造成的三面壁陡的半圓形洼地被稱為冰斗,呈圍椅狀。冰斗常發(fā)育于雪線附近,且往往沿山坡走向排列,因而可以作為識(shí)別古代雪線位置的標(biāo)志。相鄰冰斗的谷壁因刨蝕作用發(fā)生后退,形成兩坡陡峻、脊部尖薄的山脊稱為刃脊(或鰭脊),似刀刃或魚(yú)鰭狀。被三個(gè)以上冰斗包圍的、巖壁陡立的山峰,被稱為角峰,呈金字塔狀,著名的珠穆朗瑪峰就是一個(gè)角峰。在冰川最前端(或稱末端),常因中間部分流速較快、兩側(cè)與基巖摩擦流速較慢而形成突出的舌狀,稱為冰舌(如左圖B)。

到冰川消融期,洼地可以積聚冰融水而成冰蝕湖,多呈串珠狀,有時(shí)冰斗還可聚積冰融水成為冰斗湖(如左圖C)。在最前端的冰舌消失后,其裹挾的大量碎石會(huì)堆積成各類磧堤(冰川通道兩側(cè)的堆積物叫側(cè)磧堤,冰川消失的位置是終磧堤)地貌。

冰河世紀(jì)留遺跡

受全球氣候變化的影響,冰川的消長(zhǎng)變化隨著冰川運(yùn)動(dòng)可以留下典型的地質(zhì)遺跡。從冰河世紀(jì)的地質(zhì)遺跡中可以探尋地貌演化和氣候演變的時(shí)空規(guī)律。

冰川擴(kuò)張時(shí),固態(tài)冰川的塑性流動(dòng)可分為推運(yùn)和載運(yùn)兩種機(jī)械方式。推運(yùn)是指冰川前端以巨大的推力,將冰床上的巖屑向前推進(jìn),類似于“推土機(jī)”。載運(yùn)是指凍結(jié)在冰塊內(nèi),或落在冰面上的巖塊,隨冰川的運(yùn)動(dòng)而被搬運(yùn),類似于“傳送帶”。

山岳冰川地貌的形態(tài)特征

隨著冰川退縮,雪線上升,冰川前端冰體融化,被冰川搬運(yùn)的物質(zhì)和冰融水一起堆積下來(lái),統(tǒng)稱為冰磧物,其中不同粒徑的巖石碎屑混雜在一起,形似“混凝土”。

若氣候條件穩(wěn)定、冰川前端停滯、冰的消融量與補(bǔ)給量基本平衡時(shí),冰川挾帶的碎屑物大量堆積在冰川前端,常在冰舌外構(gòu)成一個(gè)弧形的長(zhǎng)壩,即終磧堤?!癠”形谷兩側(cè)谷坡常見(jiàn)冰溜面和冰擦痕。

在終磧堤內(nèi)受冰床起伏的基巖(羊背石)可以形成橢圓形的小丘,它的長(zhǎng)軸方向常與冰川流動(dòng)方向平行,稱鼓丘。

在冰床上堆積的冰磧物,稱底磧,其中根據(jù)大漂礫的分布和侵蝕形態(tài)還可見(jiàn)飛來(lái)石和冰臼等。

冰川環(huán)境科考在路上

青藏高原冰川的生態(tài)環(huán)境脆弱敏感,對(duì)中國(guó)乃至全球的氣候和生態(tài)環(huán)境都具有重要影響。2021年6月,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所團(tuán)隊(duì)在青藏高原廓瓊崗日冰川,完成了對(duì)攀登者號(hào)科考站外機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試(如下圖)。中國(guó)地面機(jī)器人首次高海拔冰川科考成功實(shí)現(xiàn)。

冰川地質(zhì)遺跡

在全球變暖的背景下,基于青藏高原提供的長(zhǎng)時(shí)期氣候變化的“自然檔案”,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)高原整體暖濕化、植被增多、生態(tài)系統(tǒng)趨好、湖泊面積明顯擴(kuò)張、湖水越來(lái)越清澈。然而,自1989年以來(lái),唐古拉山的冬克瑪?shù)妆铀偻丝s、厚度減薄,其主要原因是全球變暖和冰川表面污化,而后者主要來(lái)自人類排放的黑碳。此外,冰崩事件時(shí)有發(fā)生,并伴生次生災(zāi)害。

為應(yīng)對(duì)冰川變化和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),中國(guó)科考隊(duì)已建立中國(guó)冰川強(qiáng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),并在雅魯藏布江冰崩堵江災(zāi)害時(shí)取得成功預(yù)警。這也證明科學(xué)考察研究將對(duì)推動(dòng)青藏高原可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)、促進(jìn)全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生十分重要的影響。

攀登者號(hào)在廓瓊崗日冰川進(jìn)行雷達(dá)探冰作業(yè)

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