冰川运动是怎么发现的？

冰川运动是怎么发现的？

南极冰川的主要运动方式分为挤压流和阻塞挤压流2种。挤压流使冰川底部的冰层受到最大压力，向外作水平移动，有时甚至可以翻越低于冰川位置的源头或山丘。有时，与冰流方向相反的逆向山坡，对上述挤压流发生阻塞作用，于是产生了阻塞挤压流。冰川运动一般说来都非常缓慢，每天平均几厘米或多到几米，必须经过一个历史时期才能发现较大的变动。但有时在特殊条件下，也会产生突发性推进，甚至达到每天60米的惊人速度。根据地质史上记载，在19世纪初期，竞相攀登阿尔卑斯山峰已风靡一时，当时有几名登山者遭到意外，被雪崩葬身于冰川的粒雪盆中。过了将近半个世纪，曾与死者同行的幸存者居然在距离原罹难处遥远的冰舌地带发现并辨认出这些同伴的尸体，这一奇迹同时就说明了冰川确实是运动着的。南极大陆巨大的冰川在本身的重力和压力的联合作用下，加上外界狂暴有力的极风的推动和冰融水的润滑，日以继夜地发生流动。尽管一朝一夕不容易察觉它的变迁，然而在历史的长河中，它却是一股改变地球面貌的巨大力量。大陆冰川在运动中往往形成许多分离冰川，并挟带走大批的冰碛石。冰碛石由碎石岩块同冰融水混杂在一起，厚达12～13米，流动时像锉刀一样刻蚀着沿途的地面，挖成许多盆地和沟槽。冰川表面的积雪由于严寒的气候冻得十分结实，但并不光滑。许多地方被风吹成几十厘米到1米左右的冰雪脊梁，参差毛糙，高低不平，很不规则，往往是探险者、狗队和雪橇的陷阱。冰川在滨海地带形成广阔无垠的起伏台地，在大陆边缘或者形成冰岸；或者伸入沿海成为冰舌和冰障；或者垂直断裂，倾泻入海，成为一座座漂浮的冰山。一、冰川是运动的冰体我们给冰川作个完善一些的定义，那就是能够运动的、分布在陆地上的，并且能长期存在的冰体，叫做冰川。凡是冰川，都是能够运动的。1827年，有个地质工作者在阿尔卑斯山的老鹰冰川上修筑了一座石砌小屋。13年后，发现这座小屋向下游移动了1428米。小屋本身是不会移动的，原来是小屋的地基——冰川向下运动，把小屋捎带着一起移动了。冰川运动有些和水流相似，中间快，两边慢。要是横过冰川插上一排花杆，不需太长时间就可发现，中间的花杆远远地跑到前面去了，原来呈直线的花杆连线变成向下游凸出的弧线。许多海洋性冰川上出现的形象十分奇特的弧形连拱，就是冰川运动过程中，中间和两边速度不一而产生的。说起来会使人奇怪，冰川还会像水流似的，出现漩涡。有些冰川上的漩涡十分壮观。但是冰川毕竟是冰组成的，冰和水，固体和液体，是有很大差别的。最明显的一点，冰川表面常有许多裂隙，有些裂隙有几十米深。裂隙的存在，说明冰川有脆性。不过，经过数百年的调查观测，冰川上的裂隙极少超过60米深。多数裂隙远远小于这个深度就闭合了。这又说明冰川下部是塑性的，它可以“柔软”得适应各种外力作用而不致发生破裂。因此，可以把冰川分为2层，表面容易断裂的这层叫做脆性带，而下部“柔软”的那层叫做塑性带。塑性带的存在是冰川流动的根本原因。那么，为什么一条冰川上，同样的冰，却有脆性与塑性之分呢?要回答这个问题，我们得从物体变形这个物理概念说起。二、冰体变形物体在受力情况下，为了适应或消除外力，可作3种变形，即弹性变形、塑性变形和脆性变形(或称破裂)。一般物体在受力时都有这三个变形阶段。例如一根弹簧，一般情况下，作弹性变形；当受力超过弹性强度时，作塑性变形，弹簧回不到原来的位置；当受力特大超过破裂强度时，弹簧拉断，作脆性变形。但是，这三个阶段究竟有主有从，三个阶段并不同样平分秋色。到底以何种变形为主，要取决于材料本身的性质、应力与晶格的方位关系、应力的大小和加荷的速度等。就冰来说，由于它容易实现晶体的内部滑动，是有利于表现出塑性变形的。但是，当外力突然增高时，很容易超过冰的破裂强度，发生脆性变形(断裂)。只有在缓慢加荷并长期受力时，冰才能充分显现出塑性变形的特色。我们知道，物体在长期受力时，哪怕这种力较小，也会产生塑性变形，这种现象叫做物体的松弛。任何物体都有它自己的松弛期，就是说，受力超过一定时间，物体即发生塑性变形(松弛)。实验证明，冰的松弛期在普通条件下是8～90分钟。加荷时间在8～90分钟内，冰或作弹性变形或作脆性变形。如果加荷时间超过8～90分钟，冰将表现出明显的塑性变形。很早以前有人做过这样一个实验，把一块长条形的冰，架在二个支点上，经过若干时间，冰就自行弯曲，发生塑性变形。这是因为冰本身的重量使冰条松弛弯曲了。冰的塑性变形程度和温度有很大关系。温度在-3.5℃～-12.0℃，冰条一昼夜下垂弯曲2毫米；温度在0℃～-1.0℃时，冰条一昼夜可下垂9毫米。在冰川下部，由于上部冰层的压力和上游冰层的推力，老是处于受力状态，使下部冰层的塑性表现得比较充分。同时，下部冰层的融点由于受压比上部冰层稍低，使下部冰层更接近于融点，因而塑性变形更易实现。这样，冰川下部出现塑性带就不难理解了。而冰川表层，缺乏长期受力这个重要条件，当外力突然增加时，往往作弹性或脆性变形，成为脆性带。三、冰川运动方式有人把冰川流动方式分为4种，即重力流、挤压流、阻塞重力流和阻塞挤压流。重力流和阻塞重力流是山岳冰川的主要运动方式，挤压流和阻塞挤压流是大陆冰盖的主要运动方式。在一个畅通的山谷中，冰川流动时最大流速出现在冰川表面，愈近谷底速度降低，这种运动方式叫做重力流。如果冰川运动过程中，在前方遇到突起的基岩或运动变缓的冰块的阻塞，就在那里形成前挤后压的剪应力系统，冰层沿最大剪应力面破裂并形成蓝带，这种流动方式叫做阻塞重力流。在发生阻塞重力流的地方，冰中常有许多逆断层，还有复杂的褶皱出现。挤压流是大陆冰盖的特色，但也可以发生在部分山岳冰川的粒雪盆中。与重力流相反，大陆冰盖底部的冰层受的压力最大，因而向外方作水平移动，愈近底部流速愈大。挤压流可以翻越低于冰川源头的陡坡或小山。经过大陆冰盖作用过的地区，有时能在孤立的山头上发现其他地方来的巨大漂砾，这是挤压流携带漂砾爬坡上山的有力证据。与冰流方向相反的逆向山坡，对挤压流产生阻塞效应，发生阻塞挤压流，这里的冰川构造很相似于阻塞重力流处的冰川构造。冰川除了塑性流动外，还能在冰川内部发生片状滑动，以及通过陡坡作块体运动(如冰崩和冰瀑布)。特别在切割强烈的山区，冰的块体运动十分发育，当冰川通过悬崖时，甚至会出现“中断”现象，经常的冰崩使悬崖之下重新形成一条冰川，这种冰川称为“再生冰川”。四、冰川运动速度冰川运动的速度，日平均不过几厘米，多的也不过数米，以致肉眼发觉不出冰川是在运动的。格陵兰的一些冰川，运动速度居世界之首，但每年也不过运动千余米而已。其他地区的冰川，像比较著名的某些阿尔卑斯山的冰川，年流速不过80～150米。我国冰川大多数是大陆性冰川，冰川积累不丰富，冰川上物质循环较为缓慢，因而影响到冰川运动速度比较低。天山、祁连山的冰川长度在10千米以内的，年流速均不超过30米。珠穆朗玛峰北坡的绒布冰川，是一条长22千米的大型树枝状山谷冰川，1966～1968年间在冰舌中段海拔5520米处测到最大年流速为117米，但在冰舌下段海拔5320米处，平均流速就降为27米。西藏察隅的阿扎冰川(海洋性冰川)，是我国已知运动速度最快的冰川。1973年夏天观测，16天中移动最快的地方达到22.83米，推测年流速当在300～400米。冰川运动速度是有季节变化的，夏快冬慢。天山和祁连山的冰川，夏季运动速度一般要比冬季快50％(均指冰舌而言)。造成这种差别的原因之一是冰川温度的变化。当冰川增温时，冰的黏度迅速减小，从-20℃增高到-1℃，冰的黏度随温度作近直线的下降。黏度减小使塑性增加，因而冰川运动速度加快。夏天冰融水出现在冰川内部及底部是促进冰川快速运动的另一个原因。冰川不同部位的流速也不相同。五、冰川的波动冰川运动速度总的来说十分缓慢。但是，有些冰川的脾气却很古怪，它们会在长期缓慢运动或退缩之后，突然爆发式向前推进。1937年，阿拉斯加有一条名叫黑激流的冰川曾在世界新闻上引起注意，报纸上连日刊载它向前推进的消息。原来黑激流冰川位于一条重要公路的上方，冰川出现爆发式前进有破坏公路的可能。当时住在公路边的一家人，入冬后几个星期，常常听到冰川方向有隆隆响声传来，好像坦克履冰的声音。10月3日，他们从望远镜中突然发现，数千米外的黑激流冰川，冰舌前端乱七八糟地堆着一垛碎冰块，被冰舌推送着向前轧轧移动。以后，冰川移动越来越快，冰川撞击谷床伴随着冰裂的声音，把住房的玻璃震得发响，大地也在微微颤动。移动最快时每天推进60米，创造了当时所知的冰川前进的世界纪录。从1936年9月到1937年2月，黑激流冰川前进了6500米，最后在离公路800米的地方停下来，总算没有造成灾祸。黑激流冰川自然不是冰川爆发式前进的唯一例子，现在已知，世界上起码有200多条冰川发生过这种情况。喀喇昆仑山的一次冰川爆发式前进更加惊人。1953年3月21日，喀喇昆仑山南坡的斯塔克河河源，有一条叫库西亚的冰川，突然爆发式前进，形成一条1000米多宽的庞大冰流，摧毁了沿途苍翠的森林，景色如画的村庄和大片耕地。到6月11日止，不到3个月时间，库西亚冰川前进了12千米，平均每天113米，每小时4.7米。前进的冰川把斯塔克河暂时阻塞起来，使河水猛涨。当时意大利有个考察队在喀喇昆仑山活动，巴基斯坦政府叫他们前去调查。据作过现场考察的意大利人狄西俄的意见，喀喇昆仑山的冰川总的趋势是在后退和减薄，在后退过程中，支冰川失去了主冰川的依托而悬空起来，变得较不稳定，大概由于地震的诱发，粒雪盆中冰雪发生崩塌，因而终于在不到3个月内使冰川爆发前进12千米。最近许多冰川学者对冰川的上述爆发式推进在做了研究，特别在北美阿拉斯加利用重复航空摄影的方法，发现了更多爆发式推进的冰川。爆发式推进在这类冰川上是周期性发生的，是冰川运动的一种特殊方式。人们把这种现象叫做冰川的“波动”，具有波动性质的冰川叫做“波动冰川”。某些冰川为什么会发生波动呢?有一种说法认为，当冰川上游某一部分(可在粒雪盆，也可在冰舌上段)冰的积累量增大到一定程度，超过冰的强度极限，下游的冰就会发生断裂，冰川运动由一般的塑性流动突然转变为快速的块状滑动，以求在短期内解除长期积累的应力。这样就导致冰舌的爆发式推进。当冰内应力消减到冰的强度极限之下时，“波动”停止，冰川恢复常态。有的人认为，冰川的底部可能在某一部分周期性地聚积起相当数量的冰融水，融水作为一种润滑剂，会使冰川沿着较陡的谷床突然滑动。这样也会造成“波动”现象。现在还不能肯定这种或那种解释更为合理，但冰川“波动”现象的存在，使我们有可能去研究它的规律，以避免它的危害。冰川“波动”常引起特大洪水。在印度河上游就有一条冰川，周期性地进入主谷，当它拦截河流时，形成大湖，以后湖水溃决，又形成大洪水，造成灾害。新疆叶尔羌河周期性的发生特大洪水，也可能与冰川“波动”冰湖溃决有关。