了解冰川运动：全球视角

冰川，巨大的冰河，是我们星球的动态特征。它们不是静态的块状物，而是不断移动的物质，对重力和环境条件做出反应。了解冰川运动对于理解地球的气候系统、地貌演化以及气候变化对水资源和海平面上升的影响至关重要。

什么是冰川？

在深入研究冰川运动之前，必须定义什么是冰川。冰川是由冰、雪和粒雪（至少经历过一个夏季融化季节的部分压实雪）组成的长年累月的物质，经过多年形成，并在自身重量下移动。除了澳大利亚之外，冰川遍布各大洲，从极地地区到高海拔山区。

冰川的主要特征包括：

尺寸和厚度：冰川的尺寸范围从小型的冰斗冰川到覆盖数千平方公里、厚度达数公里的巨大冰盖。
冰的形成：冰川冰是通过雪经过长时间的压实和重结晶形成的。随着积雪的积累，它会压缩下层，将雪晶转变为更致密的粒雪，最终转变为冰川冰。
运动：在自身重量下流动的能力是冰川的决定性特征。
物质平衡：冰川通过积累（降雪）增加物质，并通过消融（融化、升华和崩解）减少物质。积累和消融之间的平衡决定了冰川是前进、后退还是处于平衡状态。

冰川运动的机制

冰川通过多种过程的组合运动，大致可分为：

内部变形
基底滑动

内部变形

内部变形，也称为蠕变，是冰川内的冰晶在重力作用下变形并相互滑动的过程。内部变形的速率受多种因素的影响：

温度：较暖的冰比冷冰更易变形。冰川内的温度梯度会影响内部变形的速率，较暖的基底冰更容易变形。
冰的厚度：上覆冰的重量会增加冰晶上的压力，从而促进变形。较厚的冰川会经历更大的内部变形速率。
冰晶取向：冰晶的取向会影响冰晶变形的难易程度。以有利于变形的取向排列的冰晶将对冰川运动做出更大的贡献。

可以把它想象成一堆从侧面推的扑克牌；牌相互滑动。在冰川中，冰晶起着牌的作用。

基底滑动

当冰川在其床上滑动时，就会发生基底滑动。冰床界面处水的存在促进了这一过程。水可能来自：

压力融化：来自上覆冰的压力降低了水的熔点，导致基底处的冰融化。
地热：来自地球内部的热量可以融化冰川底部的冰。
地表融水：来自冰川表面的融水可以通过冰裂隙和冰洞（垂直竖井）渗入到河床。

水的存在会减少冰川与其河床之间的摩擦，从而使冰川更容易滑动。基底滑动的速率受以下因素影响：

水压：较高的水压会降低摩擦并增加滑动速率。
床粗糙度：较平滑的床允许更容易滑动，而较粗糙的床会增加摩擦。
沉积物：河床中沉积物的存在可能会促进或阻碍滑动，具体取决于其特性。

基底滑动对于快速流动的冰川和冰流而言尤其重要，它们可以以每天几米的速度移动。

冰川流动的类型

虽然内部变形和基底滑动是冰川运动的基本机制，但冰川会根据其特征和环境条件表现出不同的流动行为。这些包括：

层流
塞流
伸展和压缩流动
冰川涌流

层流

当冰层平稳地相互滑动而不混合时，就会发生层流。这种类型的流动在流动速率相对较低的较冷冰川中很典型。层流的速度分布是，由于与河床的摩擦，基底的冰比表面的冰移动得更慢。

塞流

当整个冰川作为一个整体移动，而没有明显的内部变形时，就会发生塞流。这种类型的流动在河床相对平滑且水压较高的冰川中很常见。塞流的速度分布比层流更均匀，表面和底部的冰以相似的速度移动。

伸展和压缩流动

在冰川河床坡度发生变化的区域，会发生伸展和压缩流动。在河床坡度增加的区域（伸展流动），冰川会拉伸并变薄。在河床坡度减小的区域（压缩流动），冰川会压缩并变厚。这些流动模式会在伸展区域产生冰裂隙（冰中深裂缝），并在压缩区域产生奥吉纹（冰川表面上的带状图案）。

冰裂隙形成于冰中的拉应力超过其强度的地方。它们对登山者和研究人员来说可能很危险。

冰川涌流

冰川涌流是冰川流动快速加速的时期，在此期间，冰川可以以每天数十甚至数百米的速度移动。涌流通常是由冰川河床的水压累积触发的，这会减少摩擦并允许冰川快速滑动。触发涌流的确切机制仍在调查中，但水供应、河床地形和冰层厚度等因素被认为起着重要作用。

阿拉斯加的杂色冰川是记录最完善的涌流型冰川之一，在经过数十年的静止之后，于 1995 年经历了重大涌流。涌流导致冰川的几何形状和流动模式发生重大变化。

影响冰川运动的因素

许多因素会影响冰川运动的速率和方式。这些包括：

气候
地形
地质
冰川大小和厚度

气候

气候是冰川运动的主要驱动因素。温度和降水量的变化会影响冰川的物质平衡，进而影响其流动速率。较高的温度会导致融化增加和积累减少，导致冰川变薄和后退。相反，较低的温度和增加的降水量会导致积累增加和冰川前进。

气候变化的影响正在全球范围内感受到。例如，喜马拉雅山的冰川，通常被称为“亚洲水塔”，由于气温升高而迅速融化。这对该地区的水资源和农业具有重大影响。

地形

冰川流经的土地地形会影响其运动。陡坡促进更快的流速，而缓坡会减慢流速。冰川所在的谷地或盆地的形状也会影响其流动模式。谷地的收缩会导致冰川加速，而更宽的区域会导致冰川减速。

考虑一下局限在陡峭山壁内的山谷冰川和蔓延在相对平坦的平原上的冰盖之间的对比。由于坡度更陡峭，山谷冰川通常会表现出更快的流速。

地质

冰川河床的地质会影响基底滑动的速率。平滑、不透水的河床会促进更快的滑动，而粗糙、可渗透的河床会减慢滑动。河床中沉积物的存在也会影响滑动速率，具体取决于其特性。例如，某些类型的沉积物（如软粘土）很容易变形，并允许冰川更容易滑动。

冰川大小和厚度

较大、较厚的冰川通常比较小、较薄的冰川移动得更快。这是因为冰的重量会增加冰晶上的压力，从而促进内部变形，并增加河床的水压，从而促进基底滑动。

冰川运动的影响

冰川运动对景观、气候和人类社会产生深远的影响。

景观演变
气候调节
水资源
自然灾害

景观演变

冰川是强大的侵蚀和沉积介质。当它们移动时，它们会开凿山谷、雕刻山脉并输送大量沉积物。冰川侵蚀会产生独特的地貌，例如：

U 形山谷
冰斗（碗状洼地）
刃脊（锋利的脊）
角峰（金字塔形山峰）
冰川擦痕（基岩上的划痕）

冰川沉积产生地貌，例如：

冰碛（沉积在冰川边缘的沉积物山脊）
蛇丘（由冰川下的融水流沉积的蜿蜒沉积物山脊）
冰砾阜（沉积在冰川表面的沉积物堆）
冰水扇（由冰川末端的融水流沉积的沉积物平坦区域）

挪威的峡湾是冰川在过去冰河时代雕刻的 U 形山谷的经典例子。北美洲的五大湖也是由冰川侵蚀形成的。

气候调节

冰川在调节地球气候方面发挥着作用。它们明亮的表面将阳光反射回太空，有助于保持地球凉爽。它们还储存大量的水，可以调节径流并有助于缓冲干旱。

然而，随着冰川因气候变化而融化，它们会导致海平面上升并减少反射回太空的阳光量，这会进一步加速变暖。

水资源

冰川是世界许多地区的重要淡水来源。来自冰川的融水为饮用、灌溉和水力发电提供水。然而，随着冰川因气候变化而萎缩，这种水的可用性受到威胁。

在南美洲的安第斯山脉，许多社区依赖冰川融水来供水。该地区冰川的萎缩正在导致水资源短缺和水资源冲突。

自然灾害

冰川运动也会造成自然灾害。冰川涌流会引发灾难性洪水，称为冰川溃决。这些洪水会淹没下游地区，造成广泛的破坏和生命损失。

冰岛的格里姆斯沃滕火山位于瓦特纳冰川冰盖下。格里姆斯沃滕火山的喷发会融化大量的冰，从而引发冰川溃决，从而威胁到下游的基础设施和社区。

监测冰川运动

监测冰川运动对于了解冰川的动态及其对气候变化的响应至关重要。有几种技术用于监测冰川运动，包括：

卫星遥感
地面测量
GPS 测量
延时摄影

卫星遥感

卫星遥感提供了一种经济高效的方式来监测大面积的冰川运动。卫星图像可用于跟踪冰川范围、流动速度和表面高程的变化。干涉合成孔径雷达 (InSAR) 是一种特别有用的测量冰川运动的技术，因为它可以高精度地检测地球表面细微的变化。

地面测量

地面测量包括使用全站仪和经纬仪等测量仪器直接测量冰川运动。这些测量可以提供有关冰川流速和变形模式的高度准确的数据。然而，地面测量劳动密集型，并且在偏远和危险的环境中进行具有挑战性。

GPS 测量

GPS（全球定位系统）测量提供了一种相对简单而准确的方式来跟踪冰川运动。可以将 GPS 接收器放置在冰川表面上，并用于跟踪它们随时间推移的位置。从 GPS 接收器收集的数据可用于计算冰川流速和变形速率。

延时摄影

延时摄影包括随时间推移拍摄一系列冰川照片。通过比较这些照片，可以可视化冰川运动并跟踪冰川范围和表面特征的变化。延时摄影可以成为公众参与和提高对气候变化对冰川影响的认识的宝贵工具。

结论

冰川运动是一种复杂而迷人的现象，在塑造我们的星球方面发挥着至关重要的作用。了解冰川运动的机制、影响冰川运动的因素以及冰川运动对景观、气候和人类社会的影响对于应对气候变化带来的挑战和可持续地管理水资源至关重要。

随着冰川继续融化和退缩以应对气候变化，监测它们的运动并了解对未来的影响比以往任何时候都重要。

通过结合科学研究、技术进步和公众参与，我们可以更深入地了解冰川运动，并为我们的星球实现更可持续的未来而努力。

进一步阅读

Paterson, W. S. B. (1994). *冰川物理学*（第 3 版）。巴特沃思-海涅曼。
Benn, D. I., & Evans, D. J. A. (2010)。*冰川与冰川作用*（第 2 版）。霍德教育。