第13章 冰川的地质作用

第十四章冰川的地质作用冰川是指发生在陆地上，由大气固态降水演变而成的，通常处于运动状态的天然冰体。

它随气候变化而变化，但不是在短期内形成或消亡。

雪线触及地面是发生冰川的必要条件。

因此，冰川是极地气候和高山冰雪气候的产物。

冰是水的一种形式。

从地球演化过程来看，冰是地球物质分异最后的产物。

作为最轻的矿物之一，密度只有0.917g/cm3，比水的密度小。

这一特点使它总是处在地球的表面，在水体中则总是浮在水面。

如果冰不具有这一物理性质，那么，在低温条件下水体将一冻到底，对水生生物造成严重灾难。

冰具有不稳定性，在目前地表温度状况下，自然界的冰很容易发生相变。

冰在地球上的分布非常广泛，上至8～17km高的大气对流层上部，下至1500m深的地壳中都可以发现它的踪迹。

广义冰川学把冰的分布范围称为冰圈。

冰川是冰圈的主体。

在冰川分布地区，冰川改变地表形态，形成独特的冰蚀地形，同时又把破坏下来的岩屑搬运至它处堆积。

所以，冰川是促使高纬地区和中、低纬地区地壳变化、发展的主要外动力。

由古代冰川地质作用形成的堆积物和地貌，是地质工作者研究的重要内容之一。

冰川是水圈的重要组成部分。

冰川的扩张与缩小，影响到海面的升降。

如果现代冰川全部融化，海面将因此上升50m；即使仅是南极冰川全部融化，也足以使世界海面升高20m。

显然，海陆分布、大气环流、世界气候以及生物分布都将随着海面的升降而变化。

可见，冰川对地壳的地质作用和地表自然地理的影响是非常深刻的。

第一节冰川的形成与类型一．冰川的形成1．雪线和雪原对流层气温随高度和纬度的增加而降低，到达一定高度的高山地区和一定纬度的高纬地区，气温经常在0℃以下，水份的降落和保存多处于固体状态。

降雪不能在一年之内全部融化或升华掉，便长年累月的积聚起来，形成终年积雪区，叫做雪原。

终年积雪区的下部界线称为雪线。

在雪线附近，年降雪量大约等于年消融量；雪线以上，降雪量大于消融量，形成冰雪的积聚。

雪线高度与气温、降雪量、地形等因素有关，所以各地雪线高度不同，总的规律是自赤道向两极迅速降低。

雪线高度在赤道非洲地区为5700～6000m，中纬度的阿尔卑斯山降低至2400～3200m，再到高纬度的挪威更降低至1540m，而到北冰洋，雪线已接近海面。

局部地区的雪线高度与降雪量和地形有关。

气候干燥使雪线位置升高。

20～30°地区的雪线普遍比赤道地区高。

地形影响当地太阳辐射强度和气候。

喜马拉雅山雪线南坡高度为4400～4600m，北坡为5800～5900m。

2．冰川冰成冰作用是指积雪转化为粒雪，再经过变质作用形成冰川冰的过程。

雪是一种晶体，而任何晶体都具有使其内部包含的自由能趋向最小，以保持晶体稳定的性质，这就是最小自由能原则。

晶体的自由能包括内应力和表面能两部分。

表面能的大小与晶体表面积成正比。

圆球体是表面积最大的几何形体之一。

在外界环境条件稳定时，雪晶力图向球形体转变。

这一过程称为自动圆化或粒雪化。

雪的圆化是通过固相的重结晶作用、气相的升华、凝华作用和液相的再冻结作用三种方式来实现的。

结果是消灭晶角、晶棱，填平凹处，增长平面，合并晶体，形态变圆，雪花变为雪粒。

粒雪化过程可以分为冷型和暖型两类。

前者没有融化和再冻结现象，过程缓慢，雪粒直径通常不超过1mm；暖型粒雪化过程进行得较快，雪粒直径比较大。

粒雪中含有贯通孔隙，当其进一步变化，全部孔隙被封闭后就变成冰川冰。

成冰作用也分冷型和暖型两类在冷型变质过程中，粒雪只能依靠其巨大厚度造成的压力加密而形成重结晶冰。

这种冰密度小，气泡多且气泡内的压力大。

冷型成冰过程历时长，在南极中央，成冰时间往往超过1000年，而成冰的深度至少需要200m。

暖型成冰作用有融水参与，并因融水数量不同而分别形成渗浸－重结晶冰、渗浸冰和渗浸－冻结冰。

在粒雪很薄而夏季气温较高时，粒雪可以完全融化，而后在冰川冷贮作用下，在冰川表面重新冻结成冰。

由上述可知，重结晶、渗浸和冻结成冰。

是成冰作用的三个基本类型；渗浸－重结晶及渗浸－冻结作用则是两个过渡类型。

上述各种冰是成冰作用初期的原生沉积变质冰，它们仅仅分布于冰川表层。

冰川冰的绝大部分是沉积变质冰在运动中经受压力形成的动力变质冰。

其中最常见的是冰川塑性流动状态下形成的此生重结晶冰。

动力变质冰具有一般变质岩的特点，如片理、褶皱和冰晶的定向排列等。

3．冰川冰川冰是浅蓝色、致密透明的冰层，比重0.9，在缓慢而又持久的压力下，具有可塑性。

只要冰川表明达到一定的坡度，冰川冰在上层压力和重力推动下，就从高处流向低处，从而形成冰川。

二．冰川的类型冰川个体规模相差很大，形态各具特征，生成时代前后不同，冰川性质和地质地貌作用等也都不一致。

因此，可根据不同标志划分冰川类型。

通常按照冰川形态，规模及所处地形把冰川分为山岳冰川、大陆冰川和山麓冰川。

1、山岳冰川主要分布于中、低纬地区、由于雪线较高，积累区不大，因而冰川形态受地形的严格限制。

特点：规模小；冰层薄；形成和运动主要受地形影响和限制。

山岳冰川按形态又可以分为：（1）悬冰川数量最多，依附在山坡上，面积通常小于1km2，对气候变化的反映十分灵敏。

（2）冰斗冰川发育在冰斗中的冰川，面积1～10km2。

都有一个陡峭的后壁，经常发生雪崩或冰崩。

谷地源头的冰斗规模一般比较大，周围还有第二级冰斗，为围谷冰川。

（3）山谷冰川在有利气候条件下，雪线下降，补给增加，冰斗冰川溢出冰斗进入山谷形成。

流到雪线以下山谷的冰流，叫做冰舌。

它和两侧谷坡的界线很分明。

2．大陆冰川又称冰盾或冰盖。

冰期（末次冰盛期）时大陆冰川占据广阔的面积，目前正处于末次冰期间冰期，海面处于缓慢上升阶段，因此仅发育于两极地区。

特点：面积大，可达几百万km2；冰层厚，中部上千米，中原四周薄，呈盾形；运动不受地形影响，由于压力使中心向四周缓慢运动。

3．山麓冰川山麓冰川：数条山谷冰川在山麓扩展汇合成为广阔的冰原，叫做山麓冰川。

它是山岳冰川向大陆冰川转化的中间环节。

4．其它分类还可以依据冰川的物理性质进行分类：（1）冰川的动力活动性积极冰川、消极冰川和死冰川；（2）冰川温度状况温冰川、冷冰川。

温冰川除表层在冬季可以暂时变冷外，整个冰川厚度大致接近于压力熔点，冰内包含液态水，而且融水可以在全厚度内出现。

融水湿润基床，增进冰川冰的滑动，相对冷冰川而言，运动速度更大，侵蚀力量更大。

第二节冰川的分布目前全球冰川面积约为1550×104km2，占陆地总面积的10％以上。

冰川总体积2400～2700×104km3。

如果这些冰全部融化，将使世界洋面上升66m。

其中以南极洲和格陵兰最为重要，南极洲冰川面积占85%，而且全球冰总体积约有91%在南极洲；格陵兰则占有全球冰川地区面积之12%，冰川体积则为总量8%。

第三节冰川的运动特点一．冰川为什么会流动一方面是由于冰川冰具有可塑性，冰晶在压力下可以改变空间位置，故有流动的可能性；二方面是冰川表面或冰床高度的不同，冰川冰在重力或压力驱使下自地面高处（或冰厚处）流向地面低处（或冰层薄处）。

山谷冰川受重力作用，从冰床高处流向冰床低处。

大陆冰川受压力作用，从冰层厚处（中心部分）流向冰层薄处（边缘部分）。

运动速度缓慢：通常肉眼难以观察冰川的运动，现冰川通过打桩来观察桩位的变化。

1959-1960 珠峰北坡V=M-129m/y南极的大陆冰川V=25M/y冰体从南极大陆的中部运移到海岸需10万年。

二．影响冰川运动的因素1．地面坡度坡度越大则移动越快。

2．冰川厚度与温度：冰层越厚则压力越大，动能越大，运动速度越快。

温度较高时则冰的活动力较强，移动较快。

3．地面的光滑度地表越光滑则冰川移动阻力越小，移动越快；若地表面粗糙不平，则阻力较大，则移动较慢。

4．融冰含量若温度升高，一部分的的冰融化成水，则融冰含量增加，流动性增加，冰川移动较快5．冰川携带岩石碎片的影响冰川所携带岩石碎片越多，则压力越大，动能越强，移动越快。

冰川移动的速度，在同一冰川内各部位有差奇异，而在冰川不同部位将产生不同形式的运动，冰川的运动由内部流动和底部滑动两部份组成。

在每一冰川的横切面，其表面速度为在中央大于两侧，是因为冰川两侧受到两侧岩壁的阻力；同样的表面冰移动也较其内部为快。

一般而言，中间流动的速度较两侧为快，顶部较底部为快。

冰川的运动主要是由两个部份组成，一部份的运动是冰川内部的运动，由下到上递增；另一部份的运动是冰川底部的滑动，称为“底滑”，是冰川底部因为融水的滑润而在底岩上的滑动。

在冰川的流动中，底滑的运动是大于冰川自己的内部运动的。

所以，冰川的运动主要是靠“底滑“。

冰川运动过程中的分带性：对每一冰川而言，均有一堆积带和消融带，由雪线分隔，在雪线上冰积和冰融作用相等。

如果冰川的增补量和耗损量恰能平衡，则冰川就停留不再前进；如果增补量超过耗损量，则冰川向前移进；但如果耗损量超过增补量，则冰川向后退却。

冰川除了前后可以分为两带（即堆积带和消融带）之外，冰川还可分为上下两部份，上面部份较脆称为破裂带；下面部份承受上面的重量和压力，呈现如可塑体般慢慢滑动称为流动带。

另外，冰川的流动由于速度的变化而造成伸张流和压缩流在冰川谷的坡度变缓的段落，冰层挤而加厚，形成压缩流；相反的，冰层发生拉长，形成伸张流。

由于冰川下部的流体各处快慢不同，上层坚脆的冰体强度很低，加上山谷两侧谷壁的摩擦力和冰川底下山谷地面的高低起伏地形，所以冰川表面发生许多冰隙。

冰隙是冰川中最明显、最丰富的构造，是上层坚脆冰体的脆裂当在下面的冰持续流动下作用所造成的巨大裂缝。

冰隙是张力的裂隙是由于冰川的不同运动所产生的。

冰川在不同的位置运动会产生不同的冰隙，一般来说冰隙主要包括有：1．横向冰隙当冰川运动时，冰川底部岩石高低不平，使冰川流动的速度不一，当冰川加速时形成的伸张流会产生横向冰隙，横向冰隙与冰川流动的方向垂直。

2．边缘冰隙冰川运动时，沿着山谷壁拉拖所产生的。

3．纵向冰隙当冰川开始向外扩展，形成在冰川末端的冰隙，纵向冰隙与冰川流动的方向平行。

4．放射状冰隙是产生在冰川的最外围，当冰川发展成圆形突出的部份所形成的。

由于冰川是固体流，在表面产生的冰裂隙，气温暖时，具冰裂隙的冰体发生差异融化，裂隙处融化快，形成冰塔、冰牙、冰蘑等奇特现象，随气温进一步转暖则消失。

冰川流动的控制因素有冰层的厚度、温度、坡度的特性，河谷的形状和冰川中所夹带的岩块和岩屑的多寡等。

如果冰川底部和谷壁之间有一层融冰造成的水膜，对冰川的流动可以有很大的帮助。

不论冰川的流动受何种因素影响，冰川始终向前流动。

三．冰川动力的性质与大小冰川是一种固体流，它的动力性质完全是机械的。

若与河流相比，如果它们质量相同，因其流速缓慢，冰川的动力就小得多。

但冰川厚度大于河流水深几倍甚至几十倍，所以冰川同样拥有巨大的动能。