土壤侵蚀原理7

第7章冻融侵蚀和冰川侵蚀

主要教学目标：

分析冻融侵蚀、冰川侵蚀发生机制及其发展规律，阐述冻融侵蚀、冰川侵蚀形式及影响冻融侵蚀、冰川侵蚀的自然因素。使学生了解冻融侵蚀、冰川侵蚀分布范围。

教学方法：

以教师课堂讲授为主，学生自学、参阅课外书及野外实习为辅。

主要内容：

第一节冻融侵蚀

第二节冰川侵蚀

主要讲解内容

第一节冻融侵蚀

一、冻土作用机制

1.冻土基本特征

冻土是指温度在摄氏零度以下，含有冰的土（岩）层。处在大陆性气候条件下的高纬度极地或亚极地地区，以及高山高原地区，降水量极少、温度低，由于缺少冰雪覆盖，土层直接暴露于地表，从而导致土层中热量不断散失（年平均吸热量＜放热量＝，引起地温的逐步下降，因此在土层下部形成了多年不化的冻结层。冻土的主要外力作用是冻融作用。有些土层的温度很低，但没有冰的存在则不能称为冻土，只能叫低温寒土。

2.冻土厚度

多年冻土的厚度从高纬到低纬逐渐减薄，以至完全消失。例如，北极的多年冻土厚达1000m 以上，年平均地温为-15℃，永冻层的顶面接近地面。向南到连续冻土的南界，多年冻土厚度减到100m以下，地温-3～-5℃，永冻层的顶面埋藏加深。大致在北纬48度附近是多年冻土的南界，这里年平均地温接近0℃，冻土厚度仅1～2m。

二、冻土层中地下冰和地下水

1.地下冰

冻土内所含的冰称为地下冰。按照成因及埋藏方式，地下冰可分为构造冰、洞穴冰和埋藏冰等三种类型。构造冰又分为胶结冰、分凝冰、侵入冰及裂隙冰等。不同类型的构造冰可以形成不同类型的冻土构造。

（1）构造冰

构造冰具有明显的垂直分带性，它反映出在土层的不同深度上冻结条件、水分补给条件及土层本身的岩性和构造的差异。

（2）洞穴冰

在永冻土分布的地区，存在着一些地下洞穴，这些洞穴可以是岩溶洞穴，也可以是埋藏冰融解以后产生的“热岩溶”洞穴，充填在这些洞穴中的冰叫洞穴冰。

（3）埋藏冰

埋藏冰主要分布在冰川前缘地区，是冰川融化后残留下来的“死冰”，后来又被新的沉积物所复盖而形成。

2.冻土区地下水

在冻土区内，冰和水是不可分割的整体，它们按一定条件相互制约、相互转化，形成各种结构的冻土，各种形式的地下冰及各种地貌形态。

冻土区地下水按其与永冻层的关系分为三种：

（1）层上水

分布在活动层中的地下水，它以永冻层为隔水底板，每年都发生一次溶化和冻结。层上水的另一特性是具有季节承压性。当秋季冻结时，冻结作用从上层开始，因此首先在上层形成一个隔水顶板，从而使下层未冻结的水失去自由水面，并且缩小了活动空间，在一定条件下，下层水就会产生承压性。例如，在低地中，这种承压性就表现得特别明显。在来年解冻以后，承压性就消失了。

（2）层间水

永冻层中个别融层和融道中的地下水，它在永冻层中的连续运动是使其保持液态的主要原因。层间水可以看作是层上水与层下水的联系纽带。

（3）层下水

层下水是位于永冻层以下不冻层中的地下水，它们大多数都具有一定的承压性。

由于温度周期性地发生正负变化，冻土层中的地下冰和地下水不断发生相变和位移，使土层产生冻胀、融沉、流变等一系列应力变形，这一复杂过程称为冻融作用。冻融作用是寒冷气候条件下特有的外营力作用。它使岩石遭受破坏，松散沉积物受到分选和干扰，冻土层发生变形，从而塑造出各种类型的冻土地表类型。

第二节冰川侵蚀

一、冰川分布与类型

1.冰川分布

在高纬度和高山地区，气候严寒，年平均温度在0°C以下，常年积雪。当降雪的积累大于消融时，地表积雪逐年增厚，经过一系列物理过程，积雪就逐渐变成微兰色的透明的冰川冰。冰川冰是多晶固体，具有塑性，受自身重力作用沿斜坡缓慢运动或在冰层压力下缓慢流动，就形成冰川。

2.冰川类型

在雪线以上的积雪，积累到一定厚度并转化成冰川冰后，如地面或冰面有一坡度，冰川冰就能沿坡向下移动，形成各种冰川。现按冰川的形态、规模和所处的地形条件，把冰川划分为以下4种类型。

（1）山岳冰川

山岳冰川是发育在高山上的冰川，主要分布在中纬和低纬地区。山岳冰川形态和所在的地形条件有很大的关系，根据冰川的形态和部位可分为冰斗冰川，悬冰川和山谷冰川3种。

（2）大陆冰川

大陆冰川是在两极地区发育，面积广、厚度大的一种冰川。它不受下伏地形影响。如冰川表面中心形状凸起似盾状，叫冰盾。还有一种规模更大的、表面有起伏的大陆冰体，叫冰盖。格

陵兰冰盖和南极冰盖是目前世界上最大的两个冰盖。南极洲东部冰层最厚达4267m，冰面平均海拔为2610m，下伏陆地平均高度为500m。南极洲西部冰面平均海拔1300m，但下伏地面大部分在海面以下，平均为-280m。由于大陆冰川有很厚的冰体，在强大的压力下，从冰川中心向四周呈放射状流动。

（3）高原冰川

高原冰川是大陆冰川和山谷冰川的一种过渡类型，由于它发育在起伏和缓的高地上，所以叫高原冰川，又称冰帽。有时，在高原冰川的周围伸出许多冰舌。斯堪的纳维亚半岛的约斯特达尔冰帽，长90km，宽10～12km，面积达1076km2，在冰帽的东西两侧伸出许多冰舌。冰岛东南部的伐特纳冰帽规模更大，面积达8410 km2。我国西部高山地区，常在古夷平面发育一种平顶冰川，和高原冰川属同一种类型，祁连山西南部最大的平顶冰川面积达50 km2。

（4）山麓冰川

当山谷冰川从山地流出，在山麓带扩展或汇合成一片广阔的冰原，叫山麓冰川。阿拉斯加在太平洋沿岸就有许多山麓冰川，最著名的是马拉斯平冰川，它由12条冰川汇合而成，面积达2682 km2，冰川最厚处达615m，冰川覆盖在一个封闭的低洼地上，这个洼地的地面比海面低300m。马拉斯平冰川目前处于退缩阶段，冰面多冰碛，生长着云杉和白桦，有些树木已有100a左右。

二、冰川运动

冰川运动速度比河流水流流速要小得多，一年只前进数十米至数百米。即使有一些突然性的快速运动冰川，运动速度也不及河流水流速度。例如喀喇昆仑山的哈拉莫希峰，南坡有几条小冰川流入库西亚谷地，1953年3月21日，几条小冰川突然前进，汇成一条大冰川向前流动，直到6月11日冰川才停止前进，总共向前移动了12km，平均每天也才前进150m。

三、冰川侵蚀过程

1.冰川侵蚀作用

冰川具有很强的侵蚀力。根据冰岛河流含砂量的分析，冰源河流含砂量超过非冰源河流的5倍，说明冰川的侵蚀作用很强。从理论上讲，冰的硬度小（0°C时，硬度为1～2；-15°C时，硬度为2～3；-40°C时，硬度为4；-50°C时，硬度为6），抗压强度低（0°C时为2kg/cm2），纯粹的冰侵蚀力非常有限。而实际上冰川极强的侵蚀力主要依赖于所夹的坚硬岩块，与冰川一起运动，在强大的挤压下而表现出巨大的侵蚀作用。冰川的侵蚀方式可分为拔蚀作用和磨蚀作用两种。

2.冰川搬运作用

冰川在运动过程中，不仅具有强大的侵蚀力，而且还能携带冰蚀作用产生的许多岩屑物质，接受周围山地因冻融风化、雪崩、泥石流等作用所造成的坠落堆积物。它们不加分选地随着冰川的运动而位移，这些大小不等的碎屑物质，统称为冰碛物。冰碛物中的巨大石块叫做漂砾。

3.冰川堆积作用

在冰川运动的后期，冰的消融占据主导地位，冰川所携带的冰碛物就相应地被堆积下来。当冰川的冰雪积累与消融处于相对平衡阶段时，冰川边缘比较稳定，冰川源源不断地将上游的表碛、中碛、内碛等各类冰碛物，向下游运送，直至冰川末端堆积，部分底碛还沿着冰川前沿剪切滑动面上移，它暴露冰面，当冰体消融后，也堆积于冰川边缘地带；若冰川迅速消退，冰体大量融化后，表碛、中碛、内碛等各类冰碛物就地坠落，即运动冰碛物转化为消融堆积冰碛，从而形成各种冰碛地貌类型。