走進冰河世紀的遺跡

徐亞東

“從雪到冰”的童話世界

首先讓我們看看，雪是怎么一步一步變成冰川冰的。

雪花，是天空中的水汽經凝華（物質跳過液態直接從氣態變為固態的現象）而成的小冰晶，多呈六角形，又名未央花和六出。

受時間和地表輻射熱力影響，積雪的尖端融化并逐漸固化成較大的粒雪;雪花和粒雪都具有較大的孔隙率（>50%），空氣可以在雪粒之間自由流通。

隨著雪層加厚到20～50米，底層雪因承受上覆雪層的壓力、融雪水的滲入和凍結，使粒雪凝結成白色粒狀的冰晶。

當冰晶的空氣孔隙率逐漸下降到20%～30%，經過十多年的長期壓實，冰晶緊緊連接或發生重結晶作用，就會形成塊狀的冰川冰;其孔隙率小于20%，空氣無法流通。

雪和冰隨時間的形態變化

由雪轉變成冰川冰，經歷壓實、凍結和重結晶等一系列過程，類似于把松散的雪花經壓緊變成堅硬的冰雕。當它們“長大”到冰川冰時，就會產生塑性變形（不可自行恢復的變形）。冰川冰的可塑程度與冰層厚度有關，冰層越厚可塑程度越大，越容易發生冰層滑動和塑性蠕動。在上層冰雪的壓力和重力作用下，冰層發生定向蠕動便成為冰川。

因此，冰川是由冰和雪經過動靜變化，構成的一個藍白色的童話世界。

冰川——

“行走”的記錄者

冰川看起來似乎很“高冷”（高海拔、高緯度和高寒），所以我們對冰川的誤解是認為它永遠都棲伏于原地，一動不動。事實上，冰川的名字中就隱含著冰雪川流不息、運動不止的意思，只不過其體積龐大，運動很緩慢。冰川地貌的變遷可以告訴我們這里的滄桑巨變。

根據氣候、地貌、規模和形態特征不同，冰川可分為大陸冰川和山岳冰川兩大家族。

在高緯度的分水嶺和極地的高原地帶，雪線位置低、積雪面積廣，冰層常厚達數千米，寬度可達10千米，形似盾牌形的蓋子，即大陸冰川，也稱冰蓋。冰蓋在重力作用下以擠壓流的方式，由冰層較厚處向四周呈舌狀流動。冰川的底冰與基巖發生基層滑動，造成基巖被侵蝕破壞而下凹，因此冰蓋形態呈凸透鏡狀，向兩側的拉伸運動使得藍白層理上厚下薄。

在中低緯高山地區，冰川的形態受山岳地形限制，雪線位置高、規模小、冰層薄，常呈線狀分布，被稱為山岳冰川。山岳冰川具有高瘦型的基因。中國的現代冰川均屬山岳冰川，主要分布于青藏高原周邊。

在冰川發育之前，地貌主要為圓弧形的山峰和山脊，孕育的高山河谷多呈“V”字形，谷底平緩（如下圖A）。

到冰川發育期，冰川沿溝谷發生刨蝕作用，可使谷底加深、谷側拓寬，山嘴部分因阻擋冰川流動而被刨蝕掉形成截切山嘴，冰蝕谷常較平直而寬闊，形成兩壁陡立的“U”字形，稱“U”形谷。

?大陸冰川（冰蓋）的形態特征（層理，物質沿垂直方向變化所產生的層狀構造）

由刨蝕作用造成的三面壁陡的半圓形洼地被稱為冰斗，呈圍椅狀。冰斗常發育于雪線附近，且往往沿山坡走向排列，因而可以作為識別古代雪線位置的標志。相鄰冰斗的谷壁因刨蝕作用發生后退，形成兩坡陡峻、脊部尖薄的山脊稱為刃脊（或鰭脊），似刀刃或魚鰭狀。被三個以上冰斗包圍的、巖壁陡立的山峰，被稱為角峰，呈金字塔狀，著名的珠穆朗瑪峰就是一個角峰。在冰川最前端（或稱末端），常因中間部分流速較快、兩側與基巖摩擦流速較慢而形成突出的舌狀，稱為冰舌（如左圖B）。

到冰川消融期，洼地可以積聚冰融水而成冰蝕湖，多呈串珠狀，有時冰斗還可聚積冰融水成為冰斗湖（如左圖C）。在最前端的冰舌消失后，其裹挾的大量碎石會堆積成各類磧堤（冰川通道兩側的堆積物叫側磧堤，冰川消失的位置是終磧堤）地貌。

冰河世紀留遺跡

受全球氣候變化的影響，冰川的消長變化隨著冰川運動可以留下典型的地質遺跡。從冰河世紀的地質遺跡中可以探尋地貌演化和氣候演變的時空規律。

冰川擴張時，固態冰川的塑性流動可分為推運和載運兩種機械方式。推運是指冰川前端以巨大的推力，將冰床上的巖屑向前推進，類似于“推土機”。載運是指凍結在冰塊內，或落在冰面上的巖塊，隨冰川的運動而被搬運，類似于“傳送帶”。

山岳冰川地貌的形態特征

隨著冰川退縮，雪線上升，冰川前端冰體融化，被冰川搬運的物質和冰融水一起堆積下來，統稱為冰磧物，其中不同粒徑的巖石碎屑混雜在一起，形似“混凝土”。

若氣候條件穩定、冰川前端停滯、冰的消融量與補給量基本平衡時，冰川挾帶的碎屑物大量堆積在冰川前端，常在冰舌外構成一個弧形的長壩，即終磧堤。“U”形谷兩側谷坡常見冰溜面和冰擦痕。

在終磧堤內受冰床起伏的基巖（羊背石）可以形成橢圓形的小丘，它的長軸方向常與冰川流動方向平行，稱鼓丘。

在冰床上堆積的冰磧物，稱底磧，其中根據大漂礫的分布和侵蝕形態還可見飛來石和冰臼等。

冰川環境科考在路上

青藏高原冰川的生態環境脆弱敏感，對中國乃至全球的氣候和生態環境都具有重要影響。2021年6月，中國科學院沈陽自動化研究所團隊在青藏高原廓瓊崗日冰川，完成了對攀登者號科考站外機器人的現場測試（如下圖）。中國地面機器人首次高海拔冰川科考成功實現。

冰川地質遺跡

在全球變暖的背景下，基于青藏高原提供的長時期氣候變化的“自然檔案”，科學家們發現高原整體暖濕化、植被增多、生態系統趨好、湖泊面積明顯擴張、湖水越來越清澈。然而，自1989年以來，唐古拉山的冬克瑪底冰川加速退縮、厚度減薄，其主要原因是全球變暖和冰川表面污化，而后者主要來自人類排放的黑碳。此外，冰崩事件時有發生，并伴生次生災害。

為應對冰川變化和災害風險，中國科考隊已建立中國冰川強化監測網絡，并在雅魯藏布江冰崩堵江災害時取得成功預警。這也證明科學考察研究將對推動青藏高原可持續發展、推進國家生態文明建設、促進全球生態環境保護產生十分重要的影響。

攀登者號在廓瓊崗日冰川進行雷達探冰作業