冰川運動

冰川運動

冰川運動指冰川的移動。它是控制冰川活動的基本過程和能量的來源。運動的形式一般分為重力流和擠壓流兩種。此外冰川運動是冰川對冰床進行刨蝕和搬運,塑造各種冰川地貌的動力,它使積累區的冰量得以輸出,並對冰川溫度有很大影響。是研究和開發利用冰川資源的重要內容,也是防止冰川災害重點研究課題之一。

基本解釋

中文名稱:冰川運動

英文名稱:glaciermotion;flowofglacier

所屬學科:地理學(一級學科);冰川學(二級學科)

冰川運動冰川運動簡圖

定義:指冰川的移動。運動速度極為緩慢,一般為每年前進幾十米至一二百米。中國西藏東南冰川運動速度較快,每年可達300米左右。大陸冰川邊緣伸出的巨大冰舌,斷裂後進入海洋成為飄移的冰山。它是控制冰川活動的基本過程和能量的來源。運動的形式一般分為重力流擠壓流兩種。

詞語分開解釋

冰川:極地或高山地區沿地面運動的巨大冰體。現代冰川覆蓋的總面積約1630萬平方千米,占地球陸地總面積的11%。可分為大陸冰川和山嶽冰川。

運動:

①物體的位置不斷變化移動的現象:運動抑揚,更相動薄。

②物質的存在形式和根本屬性。運動和物質不可分割。物質的運動是絕對的、永恆的,包括宇宙中發生的一切變化和過程。不可創造,不可消滅,只能由一種形式轉化為另一種形式。基本形式有機械的、物理的、化學的、生物的、社會的。各種運動形式都有自己特殊的規律。

③體育的基本手段。包括各種遊戲、專門運動項目和鍛鍊方法。可分為田徑、體操、球類、游泳、武術、遊戲和棋藝等類。也泛指身體活動的過程。

④指規模聲勢較大的民眾性活動:農民運動|五四運動。

⑤為某種目的而四處奔走:為換工作,他到處運動。

特點

①速度很慢(但有的冰川有時運動也很快,速度可達1—10公里/年);

②冰川的不同部位運動速度不同,邊緣運動速度慢,中間快;

③不同類型不同性質的冰川運動速度也不相同。

研究價值

冰川運動是冰川對冰床進行刨蝕和搬運,塑造各種冰川地貌的動力,它使積累區的冰量得以輸出,並對冰川溫度有很大影響。是研究和開發利用冰川資源的重要內容,也是防止冰川災害重點研究課題之一。

冰蝕地貌示意圖冰蝕地貌示意圖

運動原因

冰川表面常有許多裂隙,有些裂隙有幾十米深。裂隙的存在,說明冰川有脆性。不過,經過數百年的調查觀測,冰川上的裂隙極少超過六十米深。多數裂隙遠遠小於這個深度就閉合了。這又說明冰川下部是塑性的,它可以“柔軟”的適應各種外力作用而不致發生破裂。因此,可以把冰川分為二層,表面容易斷裂的這層叫做脆性帶,而下部“柔軟”的那層叫做塑性帶。塑性帶的存在是冰川流動的根本原因。

物體在受力情況下,為了適應或消除外力,可作三種變形,即彈性變形、塑性變形和脆性變形(或稱破裂)。一般物體在受力時都有這三個變形階段。例如一根彈簧,一般情況下,作彈性變形;當受力超過彈性強度時,作塑性變形,彈簧回不到原來的位置;當受力特大超過破裂強度時,彈簧拉斷,作脆性變形。但是,這三個階段究竟有主有從,三個階段並不同樣平分秋色。到底以何種變形為主,要取決於材料本身的性質。

冰川沉積作用示意圖冰川沉積作用示意圖

就冰來說,由於它容易實現晶體的內部滑動,是有利於表現出塑性變形的。但是,當外力突然增高時,很容易超過凍的破裂強度,發生脆性變形(斷裂)。只有在緩慢加荷並長期受力時,冰才能充分顯現出塑性變形的特色。我們知道,物體在長期受力時,哪怕這種力較小,也會產生塑性變形。在冰川下部,由於上部冰層的壓力和上游冰層的推力,老是處於受力狀態,使下部冰層的塑性表現得比較充分。同時,下部冰層的融點由於受壓比上部冰層稍低,使下部冰層更接近於融點,因而塑性變形更易實現。這樣,冰川下部出現塑性帶就不難理解了。而冰川表層,缺乏長期受力這個重要條件,當外力突然增加時,往往作彈性或脆性變形,成為脆性帶。

在一個暢通的山谷中,冰川流動時最大流速出現在冰川表面,愈近谷底速度降低,這種運動方式叫做重力流。如果冰川運動過程中,在前方遇到突起的基岩或運動變緩的冰塊的阻塞,就在那裡形成前擠後壓的剪應力,這種流動方式叫做阻塞重力流。在發生阻塞重力流的地方,冰中常有許多逆斷層,還有複雜的褶皺出現。

(1)地面坡度:坡度越大則移動越快。(2)冰川厚度與度。冰層越厚則壓力越大,動能越大,運動速度越快。溫度較高時則凍的活動力較強,移動較快。(3)地面的光滑度。地表越光滑則冰川移動阻力越小,移動越快,相反,若地表面粗糙不平,則阻力較大,則移動較慢。(4)融冰含量。若溫度升高,一部分的的冰融化成水,則融冰含量增加,流動性增加,冰川移罷較快(5)冰川攜帶岩石碎片之影響。冰川所攜帶岩石碎片越多,則壓力越大,動能越強,移動越快。

大陸冰川因重量大會壓下地殼,因此中央部分的基盤岩石會成為不規則的碟狀,並非成塊狀,而是像許多平面般移動。山谷冰川滑動最快的部份是在冰川的頂部,底部因為受到基盤岩石的摩擦力而移動甚慢。冰川移動的速度,在同一冰川內各部位有差奇異,而在冰川不同部位將產生不同形式的運動,冰川的運動由內部流動和底部滑動兩部份組成。在每一冰川的橫切面,其表面速度為在中央大於兩側,是因為冰川兩側受到兩側岩壁的阻力;同樣的表面冰移動也較其內部為快。一般而言,中間流動的速度較兩側為快,頂部較底部為快。

運動速度

冰川運動有些和水流相似,中間快,兩邊慢。要是橫過冰川插上一排花桿,不需太長時間就可發現,中間的花桿遠遠地跑到前面去了,原來呈直線的花桿連線變成向下游凸出的弧線。許多海洋性冰川上出現的形象十分奇特的弧形連拱,就是冰川運動過程中,中間和兩邊速度不一而產生的。

蘭伯特冰川蒸發速率示意圖蘭伯特冰川蒸發速率示意圖

冰川運動的速度,日平均不過幾厘米,多的也不過數米,以致肉眼發覺不出冰川是在運動的。格陵蘭的一些冰川,運動速度居世界之首,但每年也不過運動千餘米而已。其它地區的冰川,象比較著名的某些阿爾卑斯山的冰川,年流速不過80~150米。我國冰川大多數是大陸性冰川,冰川積累不豐富,冰川上物質循環較為緩慢,因而導致冰川運動速度比較低。

冰川運動速度是有季節變化的,夏快冬慢。天山和祁連山的冰川,夏季運動速度一般要比冬季快50%(均指冰舌而言)。造成這種差別的原因之一是冰川溫度的變化。當冰川增溫時,凍的粘度迅速減小,從-20℃增高到-l℃,凍的粘度隨溫度作近直線的下降。粘度減小使塑性增加,因而冰川運動速度加快。夏天冰融水出現在冰川內部及底部是促進冰川快速運動的另一個原因。

冰川運動速度總的來說十分緩慢。但是,有些冰川的脾氣卻很古怪,它們會在長期緩慢運動或退縮之後,突然爆發式地向前推進。

冰川阻塞湖

l937年,阿拉斯加有一條名叫黑激流的冰川,

黑激流冰川示意圖黑激流冰川示意圖

曾在世界新聞上引起注意,報紙上連日刊載它向前推進的訊息。原來,黑激流冰川位於一條重要公路的上方,冰川出現爆發式前進有破壞公路的可能。當時住在公路邊的一家人,入冬後幾個星期,常常聽到冰川方向有隆隆響聲傳來,好像坦克履凍的聲音。l0月3日,他們從望遠鏡中突然發現,數公里外的黑激流冰川,冰舌前端亂七八糟地堆著的一垛碎冰塊,被冰舌推送著向前軋軋移動。以後,冰川移動越來越快,冰川撞擊谷床伴隨著冰裂的聲昔,把住房的玻璃震得發響,大地也在微微顫動。移動最快時每天推進60米,創造了當時所知的冰川前進的世界記錄。從1936年9月到l937年2月,黑激流冰川前進了六公里半,最後在離公路八百米的地方停下來,總算沒有造成災禍。

冰川波動

爆發式推進在這類冰川上是周期性發生的,是冰川運動的一種特殊方式。人們把這種現象叫做冰川的“波動”,具有波動性質的冰川叫做“動冰川”。

冰川“波動”常引起特大洪水。在印度河上游就有一條冰川,周期性地進入主谷,當它攔截河流時,形成大湖,以後湖水潰決,又形成大洪水,造成災害。在新疆葉爾羌周期性的發生特大洪水,也可能與冰川“波動”造成的冰湖潰決有關。
當冰層堆積越來越厚,由於冰體本身的的重量所形成的壓力,再加上重力的影響,可以使冰川底部沿著坡度向下發生流動。冰川運動的速度比河流流速要小很多,一年只前進數十公尺到數百公尺。冰川的移動一般來說很慢。

組成部分

冰川的運動主要是由兩個部份組成,一部份的運動是冰川內部的運動,由下到上遞增;另一部份的運動是冰川底部的滑動,稱為“底滑”,是冰川底部因為融水的滑潤而在底岩上的滑動。在冰川的流動中,底滑的運動是大於冰川自己的內部運動的。所以,冰川的運動主要是靠“底滑“。對每一冰川而言,均有一堆積區和消融區,由雪線分隔,在雪線上冰積和冰融作用相等。堆積帶中有上端雪不斷的補充,同時有山谷兩側的雪崩供大量冰雪;消融帶中則發生冰雪的溶融及蒸發作用。如果冰川的增補量和耗損量恰能平衡,則冰川就停留不再前進;如果增補量超過耗損量,則冰川向前移進;但如果耗損量超過增補量,則冰川向後退卻。所誤用退卻,並不是指冰川真正的向後退,因為冰川是固定向下移動,所以退卻是指冰川分布範圍縮小了。

目前世界上的大部分冰川皆在退卻的階段中。此外,冰川除了前後可以分為兩帶(即堆積帶和消融帶)之外,冰川還可分為上下兩部份,上面部份較脆稱為破裂帶;下面部份承受上面的重量和壓力,呈現如可塑體般慢慢滑動稱為流動帶。另外,冰川的流動由於速度的變化而造成伸張流和壓縮流在冰川谷的坡度變緩的段落,冰層擠而加厚,形成壓縮流;相反的,冰層發生拉長,形成伸張流。

由於冰川下部的流體各處快慢不同,上層堅脆的冰體強度很低,加上山谷兩側谷壁的摩擦力和冰川底下山谷地面的高低起伏地形,所以冰川表面發生許多冰隙。冰隙是冰川中最明顯、最豐富的構造,是上層堅脆冰體的脆裂當在下面的冰持續流動下作用所造成的巨大列縫。冰隙是張力的裂隙是由於冰川的不同運動所產生的。

冰川在不同的位置運動會產生不同的冰隙,一般來說冰隙主要包括有:(1)橫向冰隙當冰川運動時,冰川底部岩石高低不平,使冰川流動的速度不一,當冰川加速時形成的伸張流會產生橫向冰隙,橫向冰隙與冰川流動的方向垂直。(2)邊緣冰隙冰川運動時,沿著山谷壁拉拖所產生的。(3)縱向冰隙當冰川開始向外擴展,形成在冰川末端的冰隙,縱向冰隙與冰川流動的方向平行。(4)放射狀冰隙是產生在冰川的最外圍,當冰川發展成園形突出的部份所形成的。 

冰川流動的控制因素有冰層的厚度、溫度、坡度的特性,河谷的形狀和冰川中所夾帶的岩塊和岩屑的多寡等。如果冰川底部和谷壁之間有一層融冰造成的水膜,對冰川的流動可以有很大的幫助。不論冰川的流動受何種因素影響,冰川始終向前流動。
 

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