书城科普有趣的物质循环(探索神秘的大自然)
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第16章 凝固水的冰川

冰川的形成

冰川寒冬的北国,“千里冰封,万里雪飘”,茫茫的白雪铺天盖地,真是一派壮丽而引人入胜的景象。但在温暖的地方,却很少见到降雪和地面积雪。这是因为如果接近地面的空气温度较高,雪花常常不等落地便在空中融化为水滴。有时落下来的虽是雪花,但由于地面的温度较高,雪花一经落地,便很快在地面融化成水。只有地面和近地面空气的温度有较长一段时间保持在0℃以下,降到地面的雪花才会一层层堆叠起来,形成厚薄不一的地面积雪。

在我国的大部分地方,每当温暖季节到来,积雪会消失得无影无踪。这种冬季不融而夏季全部融化的积雪,叫做季节性积雪。在寒冷的高山高纬地区,冬季积雪而夏季也融化不完,这种积雪,称为多年积雪。因此,在某些有高山的地区,出现这样一种有趣的现象:山下烈日如火,山上却雪盖冰封,白雪皑皑,山上山下犹如两个世界,相映成趣。

我国西部的高山地区就有这种情况。在晴朗的夏日里,站在草木繁茂的山谷,仰望面前高耸的群峰,常会发现拦腰有一条泾渭分明的界线沿山坡环绕。在这条界线以上是银光闪烁的冰雪世界,界线以下是一片绿草茵茵的山坡。这条界线就是所谓的雪线。

雪线是季节性积雪和多年积雪区的界线。在寒冷的山区,隆冬季节,山上山下都被雪覆盖。但随着温暖季节的到来,积雪由山下开始消融,露出大地本来的面目。这样,在显露出来的山坡与冰雪之间,就出现了一条截然分明的界线。随着消融区的扩大,这条界线会不断地向山上推移。如果山体较高,即使在盛夏季节,山上仍会保持着很低的温度,这样冰雪消融的界线在上升的过程中,终究会停留在一个位置上。在这个位置之上,冰雪则常年不融。年深日久,成为千年冰雪,孕育出冰川来。

冰川“川”,是江、河的意思。我国的四川省就是由于境内有嘉陵江、金沙江、岷江、沱江4条大河而得名的。冰川,顾名思义,就是冰的河流。它与河流一样,聚集在低洼的地方,沿着固定的路线流动。说起来会使你大吃一惊,只有探险家、登山家和少数旅行家、科学家才会光临的冰川,在地球上的分布面积竟占陆地面积的10%。

你一定会感到奇怪:既然世界上有这么多的冰川,怎么我们很难见到它呢?原来,世界上的冰川,都分布在人迹稀少的高山顶或特别寒冷的地方,人们轻易不到那儿去。比如说珠穆朗玛峰、南极洲,那里的环境非常恶劣,对人类生存造成很大威胁,所以我们大多数人很少光顾。那么,地球上的冰川是怎样由积雪转变成的呢?

山腹雪线雪线以上的区域,从天空中翩翩降落的雪花在凹地里一片片一层层地堆叠起来,形成深厚的积雪,有时从高处山坡上滑坠下来的积雪也堆在上面。凹地的形状一般都像个大盆子,所以称作粒雪盆。粒雪盆是冰川的摇篮。巨大的冰川就是从这里源源不断地生长出来。被深厚的雪层压在下面的雪花,显然不能继续保持它原来轻盈而美丽的形态。那么,多年积雪中的雪花首先会发生什么样的变化呢?伸展着6个花瓣的雪花会自动圆化,变成一个个小小的雪球,称为粒雪。变成像白砂糖一样的粒雪,后来经过合并作用,颗粒体积增大,变成像黄豆般大的粗粒雪。粒雪盆,顾名思义,就是盛放粒雪的盆子。由松软的雪花变成粒雪,积雪层中的孔隙会明显地缩小,雪层的密度也明显地增大。但颗粒状的粒雪之间仍有许多连通的孔隙,透水性很强,如果有水渗入,它会像海绵一样,一下子把水“吃”掉。

此时的粒雪向冰川的转化在不同的情况下,有不同的转化方式。如果这种粒雪的上层有大量的融水渗入,然后再冻结,原来粒雪之间的空气就会被排挤出去,重新胶结成一块很少孔隙的冰体。如果积雪层很厚,粒雪盆底部的粒雪经常受着上层粒雪的压力。这种压力使下部的粒雪缓慢地被压实沉降,发生重结晶作用。经过漫长的时间,天长日久,最下层的粒雪逐渐演变为粒雪冰。开始形成的冰体,含有很多气泡,气泡的体积也大,看起来颜色苍白。因此,有人把它叫做白冰。白冰继续受到挤压,能排出一部分气泡,与此同时,残留在冰内的气泡体积也被压缩得很小,慢慢地,逐渐变成接近透明的微带浅蓝色的冰川冰。冰川冰的年龄越老,冰体越显得灿烂清澈。地球上的冰川就这样形成了。

冰川也能流动

冰川,初看起来,似乎纹丝不动。从名字上讲,是冰的河流,它虽然不像江河之水,日行千里,但也不是完全不动,只是移动的速度特别慢罢了。科学工作者对珠穆朗玛峰地区个别大冰川观测发现,冰川裂缝最快的每年流动60多米,最慢的几乎不动,难怪人们会产生“冰川不动”的错觉。要是冰川不是经常不断地向下发生塑性流动的话,那么冰川的厚度早就超过珠穆朗玛峰了,目前地球上的最高点,很难知道会出现在哪里。可见,运动是冰川生命活动的动力。但是,冰川毕竟是固体,一般来说,固体的东西是不会自己流动的。那么,冰川的运动是怎样的?

观察一下冰川,就会发现,它的表面常有许多裂隙,有的深达几十米。它们是在冰川运动过程中受到拉伸形成的。裂隙的存在说明,冰川的表层具有一定的脆性,然而冰川上面的裂隙一般向下便逐渐闭合了。这说明,冰川的下部似乎是“柔软”的,具有塑性变形的特点。实际上正是这样,塑性变形的存在是冰川运动的根本原因。

为什么下层的冰塑性变形大而上层的冰那么脆呢?原因是这样的:下面的冰层受到上层冰的压力作用融点降低了,当压力达到一定程度,冰川冰晶体就会从周围开始慢慢融化,冰晶体之间出现“悬浮”的水,每个冰川冰晶粒被一层液态水薄膜包裹着,就好像一堆涂过润滑油的滚珠,而这些“滚珠”上面是坚硬的冰体。

冰川流动起来,有些和水流相似,中间快,两边慢。如果横过冰川插上一排花杆,用不着太久,就会发现,中间的花杆远远跑到前边去了,原来呈直线的花杆变成了向下游凸出的弧线。冰川还会像水流似的,在地形阻塞的地方出现涡漩。冰层在涡漩的地方看起来非常美丽好看,很像海滩上拾到的贝壳上的花纹。

河流在落差大的地方,往往形成瀑布。“冰的河流”也不例外。这就是奇特的冰瀑的来历。这些冰瀑实际上就是陡立的冰崖,有的高达30多米,好似一座奔腾咆哮、直泻而下的瀑布突然之间冻结成了冰块。

大冰川在前行的途中,还不断接纳一些汇入的小冰川,这就是冰川的“支流”。世界上著名的大冰川,都是由若干小冰川汇合而成的。冰川汇合的时候,尽管各条支冰川仍旧保持着自己的独立性,但是,冰体经过挤压,变形得非常厉害。本来沿着河谷笔直地流动的主冰川,当它遇到两侧谷口里流出的支冰川时,冰体也会受到严重的歪曲,一会儿扭向这一岸,一会儿扭向那一岸,变成弯弯曲曲像蛇一样蜿蜒的冰流了。在汇合时,冰川上不断发出冰的断裂声,此起彼伏,动人心魄。

还有一种特殊的情形,当汇入的小冰川太弱小,不能克服主冰川的阻挡时,支冰川在河谷中无法获得立锥之地,索性爬到主冰川上去,把主冰川表面当做自己的冰床而流动。这种景观在自然界中常有发生,因此,特地给这种情况的冰川起了一个名字,叫双层冰川。

冰川的类型

人们喜欢用冰天雪地来形容冷,一提起冰,自然而然就想到冷。冰川的栖身之处必然是一个严寒的地方。在地球上,不仅两极地区终年覆盖着冰雪,而且在许多高山地区,由于地势高亢,气候寒冷,也发育了深厚的冰川。根据冰川形成区的特点和形态,将它分成两大类:大陆冰川和高山冰川。山岳冰川大陆冰川主要分布在气候寒冷,有一定降雪量的两极或高纬度地区。在那里,地面常年积雪,使高低起伏不平的地表被冰川所覆盖,形成自边缘向中心隆起的盾形冰盖,大陆冰川的中心是积聚区,边缘是消融区。冰川的流动不受下伏地形的制约,从中心向四周流动。大陆冰川也称大陆冰盖。

高山冰川也叫山岳冰川。它出现在“高处不胜寒”的高山上,流动于山谷之间。在温带甚至热带的高山上,只要山体超过雪线高度,也能够形成山岳冰川。如非洲赤道附近的乞力马扎罗山和肯尼亚山,不管山下何等炎热,山顶上依然白雪皑皑,冰川覆盖。

南极冰盖

大陆冰川分布面积最广的是南极洲。这个世界各国共有的南极洲终年酷寒,地面遍地冰雪,成为一片白茫茫的冰盖,号称白色大洲。它是冰川一家头号巨人居住的地方。南极洲冰盖的面积,达1200多万平方千米,比整个欧洲的面积还要大。大陆上的高山深谷,都被掩盖在冰雪之下,只有极少数的高峰在冰面上冒一个小尖儿。冰盖的平均厚度超过1700米,最厚的地方达4200米。如果把著名的秦岭主峰太白山移到那里,也要遭到被冰雪掩埋的灭顶之灾。南极洲,堪称世界上最大的天然固体水库。说起这头号巨人的年龄,也许会使你瞪大眼睛,它已有4000万岁的高龄了。

地球上除了屈指可数的大陆冰川外,剩下的大大小小的冰川,都属于山岳冰川家族的成员了。山岳冰川家族里,仅有极个别的面积超过上千平方千米的巨人,绝大多数是默默无闻的小侏儒。也许你想知道,冰川一家大大小小的成员,一共有多少?这个问题,等于在问天空中的星星有多少一样,无法说清楚。

山岳冰川的数量不仅数不胜数,而且由于山地地形极为复杂,山岳冰川的形状不像大陆冰川家族那样单调,它们的面貌可丰富多彩了。下面给大家展示几种。山岳冰川中数量最多、个子最小的一类冰川是悬冰川。在山坡地形相对低凹的地方,有许多仿佛古代武士们手里拿着的盾牌似的冰体,悬挂在陡坡上,这类冰体就叫悬冰川。悬冰川也有舌头形状的,还有星星形状的。

冰斗冰川数量仅次于悬冰川的一类叫冰斗冰川。冰斗冰川是什么样的呢?让我们先看一下什么是冰斗。高山上接近山顶和分水岭的地方,常常有一些三面环山好像一张藤椅似的凹地,这种地形一般叫做冰斗。发育在冰斗凹地里但还没有形成显著冰舌流出凹地的冰川,叫做冰斗冰川。冰斗冰川的面积稍大于悬冰川,但比其他类型的冰川都小。它的形状近似于椭圆形,有时也像三角形。有时,冰斗凹地里单式山谷冰川流出又长又壮的冰舌,一直伸入到山谷底部,这种冰川叫山谷冰川。山谷冰川还有3种不同的模样,也分别有自己的名字。由一个冰斗流出一条冰舌的山谷冰川,叫做单式山谷冰川。由两个冰斗流出的冰流汇合成一条冰舌的,叫复式山谷冰川。由3个或者3个以上冰斗流出的冰流汇合而成的,形状好像树杈,叫做树枝状山谷冰川。

山谷冰川进一步扩大,冰舌奔流出山口,许多冰舌在山前平原地带平铺展开,连成一片裙子状的冰体,这样的冰川叫山麓冰川。这种冰川的数量极少。

还有一种平顶冰川,顾名思义,发育在超过雪线高度的比较平坦的山巅上。平顶冰川的数量很少,一般仅占冰川总数的1%左右。

冰川的孩子——海上冰山

在南北极广阔的海面上,经常漂浮着一座座肃穆而壮丽的冰山,在阳光的辉映下,有的洁白如玉,有的嫩绿晶莹,加上蓝天碧海的衬托,显得巍然壮观。

海上冰山海里的冰山与陆地上的冰川,一个在海洋中,一个在大陆上,怎么会有这么近的亲缘关系?陆地上的冰川冰,是怎么跑到海洋中去的呢?原来,在极地地区,雪线接近或者就在海平面上。大陆冰盖的边缘,常常形成一个个巨大的冰舌伸入大海。这种冰舌的根基毕竟不牢,而且延伸得越远越经不住风浪的袭击。当风暴和潮汐来临的时候,海浪就冲刷这些漂浮的冰舌。天长日久,它就会随着“卡拉”一声巨响,拦腰断裂,从大陆冰川母体上分离下来,坍入大海,在海面上慢慢漂移。这种冰块就是人们看到的冰山。

还有个别的冰山是从海水里浮上来的。这种情况出现在坡度比较陡的陆地边缘。冰舌伸向海洋时,不是漂浮在水面上,而是伸入海水中。当冰舌的浮力超过冰川联结力的时候,冰舌被折断,于是就从海水中突然钻出来。

另外,强烈的地震也能使漂浮冰舌断裂而形成冰山。1899年,阿拉斯加发生大地震,有几条伸入冰川湾港口的冰川被地震震断了冰舌,因而冰川湾水域出现了许多冰山,港湾被冰山堵塞,直到1907年冰山融化完以后,轮船才能进入冰川湾。悠然漂浮的冰山,美丽但又残酷,海船遇到它,是非常危险的。一经出现在海轮的前面,海员们会立即紧张起来,因为轮船与冰川相撞,从而造成船毁人亡的事件,在航海史上屡见不鲜。