冰川是怎么造出桌子的？

編譯 夏冰

巖石下的冰融化得比周圍的冰慢時，就會形成這樣的冰川桌

冰川桌——狹窄冰基座上的一塊大石頭，看上去搖搖欲墜的樣子——是低海拔冰川地區的常見現象。最近，一項研究揭示了這類地貌特征的成因。研究人員以各種形狀和材質的石頭為對象，做了大量實驗，進而發現，石頭的表面積和導熱性是決定冰川桌能否成形的兩大重要屬性。這支研究團隊把這兩種屬性整合到了一個模型里，并據此估算了能夠形成冰川桌的最小石塊尺寸。其結果符合實際。此外，這個模型還可以在沒有傳統監測設備可用的情況下根據冰川桌的相關情況粗略估算冰川融化量。

一般來說，冰川桌往往出現在海拔低于10 000英尺（約3 000米）的地區。那里，夏季的溫度足以融化冰。如果冰川頂部壓著一塊巨石或大圓石，那么石頭正下方冰塊的融化速度就會變慢。這些受到保護的冰就形成了基座——通常高度能夠達到1~2米——在周圍冰融化的時候支撐著石塊。一般來說，冰川桌只能維持幾個月，等到冰基座直徑融化到過小時，石塊就會傾覆。

登山愛好者尼古拉斯?塔伯雷特（Nicolas Taberlet）就看到過冰川桌。塔伯雷特也是法國里昂大學物理學家，他很好奇為什么大石塊常常能形成冰川桌，而小石塊往往就只能沉到冰里面。于是，他就和同事們在實驗室里做起了實驗。他們找來了一只3厘米厚的透明冰盤，以各種角度傾斜以模擬微型冰川。

首先，這些研究人員通過跟蹤記錄冰盤的厚度變化測定冰在實驗室里的融化速度。他們證明，冰接收的熱量主要來自實驗室墻壁的輻射以及周圍對流的空氣。其次，冰融化后的水在流動時也會帶來一些熱量。這些結果都符合研究團隊早先在真實冰川中觀察到的實際情況。

接著，研究團隊使用了各種材質的圓柱形“石頭”，把它們放在冰盤頂部，并跟蹤記錄數個小時。總共有6種材質的“石頭”，每種材質的導熱性不同，導熱能力最弱的是聚苯乙烯，最強的則是花崗巖。這些石頭大小也不盡相同，直徑在4~14厘米，高度則在0.5~7厘米。

實驗中，有些石頭形成了冰川桌，其他的則沉到了冰塊表面之下。聚苯乙烯石頭的下面可以形成冰基座，而花崗巖石頭下面則不行，這證明導熱性就是決定冰川桌能否形成的因素之一。聚苯乙烯是效果更好的“保溫毯”，能更有效地在溫暖環境中保留下冰。

另一個因素則是形狀，石頭越薄越容易形成冰川桌。研究人員把這個現象描述為幾何形狀誘發的強化融冰效應：石頭越厚，與周圍環境接觸的表面積就越大，吸收的熱量就越多，這就導致下方的冰融化得更快。

塔伯雷特解釋說，這也是為什么大表面積散熱片能夠加快釋放發動機和電子元件產生的熱量，只不過，在這個例子中，熱量的流向與冰川桌的形成過程相反。

最后，這支團隊將導熱性和幾何強化效應整合到一個通用公式中，并據此計算覆蓋著石頭的冰究竟會比未覆蓋石頭的冰融化得快還是慢。此外，他們還根據這個公式估算出，要想形成冰川桌，冰川上方的石塊寬度至少要達到10~20厘米，這也與實際情況相符——我們看到的大部分冰川桌上的石塊寬度都要在1米以上。

科學家或許可以把更深入的冰川桌研究當作考察冰川的基準程序。對冰川桌的深入研究將來或許還能在探測木星衛星歐羅巴時派上用場——在未來考察這個冰凍世界的任務中，登陸器長時間位于冰層上的場景就類似于冰川上的石塊，必然會改變下方冰層的融化速度，這對登陸器造成的影響很有可能會令我們擔心。

印度瓦迪亞喜馬拉雅地質研究所冰川學家巴努?普拉塔普（Bhanu Pratap）說，針對冰川桌的相關實驗和實地考察很好地解釋了產生這種現象的環境條件。不過，他認為，還需要進一步研究才能認識各類“碎片”（比如巖石、塵埃和各種污染物）對冰川演化的影響。

資料來源physics.aps.org