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是否还记得,二十世纪福克斯公司出品,风靡全球的《冰河世纪》系列动画影片。里面的那只脑子有问题的小松鼠给我们带来一个完全由冰雪主导的世界。当然很多观众都知道,这冰河世纪不是导演虚构出的一个世界,而是以末次冰期为背景的。虽然不是它将冰川的概念带给我们,但却使冰川广为流传。随后的灾难电影《后天》也讲述了和冰川相关的故事,虽然有些夸张,但的确让观众对冰川印象深刻。
但大家真的如自己认为的那么了解冰川么?对于冰川,其实还有好多“你不知道的事”。
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我是冰川,“离家出海”的才是冰山川字在汉语里就是江河的意思,那冰川的意思就是可以像江河一样流动的冰喽?还真让你猜对了。对冰川严谨的定义为:在重力影响下,由提供冰雪补给的雪源地,向低处或者边缘处缓缓移动的冰体。而很多人会认为冰山(iceberg)和冰川(glacier)是同一个东东。其实不然!冰山是指已经脱离冰川,在海上漂浮的,像山一样形状的巨大冰块。
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贝利托莫雷诺冰川,位于阿根廷,安第斯山脉。是世界上最著名、最壮美的冰川之一。如果你运气好,可以看到断落的冰体突然落入湖中。)
(4从冰川分离漂浮在海中的冰山)
我并非为水冻结而成冰川是地球上巨大的淡水宝库,全球上85%的淡水都储存在冰川里。那冰川是怎么形成的呢?是和冬天的湖冰一样么?聪明如你,既然我这么问了,那结论多半应该是“当然不是!”构成冰川的冰可以被简单粗暴地称作冰川冰。冰川冰一般为淡蓝色和乳白色互层的结构,看起来比我们见到的普通冰要美得多,密度也比普通冰的密度大,普通冰一般为0.9(规定4℃时水的密度为1),而冰川冰的密度会达到0.999。既然不是水自然冻成的冰,那冰川冰又是从何而来呢?答案就是积雪。当下雪时,积雪里的空隙度高达90%,随着积雪逐渐加厚,下部的积雪逐渐被压实。雪花受到挤压融化,逐渐转变成小的冰粒,被称为粒雪。同时,上部融化的雪水向下渗入,重新凝结,使积雪变得致密,粒雪逐渐转化成粒状冰。粒状冰再不断受到压实作用和上层融水的重(chong)结晶作用,渐渐变成了致密的冰川冰。
(5显微镜下美丽的雪花)
(6雪转化成冰川冰的过程:1. 刚下的新雪雪花;2. 新雪经过一段时间后,由于底层雪花受到上层的压力而逐渐融化,变成粒状雪;3. 随着上层的雪融化成水,流到下层再次重结晶,使粒雪变得更致密;4. 随着上层雪层逐渐加厚,下层变得更致密成为冰川冰。)
(7美丽的蓝色冰川冰)
我很“高”“冷”!我们引入一个概念——雪线。雪线就是指常年积雪区的最低位置。低于这个线,降雪量低于融化量,很难形成常年的积雪,导致冰川难以生存。雪线的高低受到气温的影响,因此理论上应该是赤道雪线最高,并逐渐向两级降低。然而事实并非如此。赤道附近的雪线在5000-6000m左右,而位于北纬20°-30°附近的喜马拉雅的北坡雪线最高处却达到6200m。这是为何呢?原来控制雪线的高低还有一个重要因素,就是降雪量,降雪量高的雪线就会低,反之则高。赤道附近受赤道低气压带控制,降水多,因此赤道附近的雪线就会偏低;而南北纬20°-30°附近则是受到副热带高压影响,比较干旱,许多沙漠都出现在这段维度附近,因此也造成了此处雪线偏高的现象。喜马拉雅山位于北纬20°-30°附近,加上高山挡住了来自印度洋的暖湿气流,使北坡更加干旱,造成了雪线高于赤道附近。除此之外,陡坡雪线位置一般都会相对高,不易存雪;缓坡则存雪较多。
(8安第斯山脉上清晰的雪线,红色线标出)
“高瞻远瞩”,“权倾四野”冰川可以根据所存在为位置不同,分为两类:大陆冰川和山岳冰川。大陆冰川分布在南极大陆和格陵兰岛,呈盾形,都有几千米厚,表面大致平缓,中部略厚,中心部分为积累区,边缘为消融区。冰会像摊煎饼一样,从冰盖中央向四周缓慢流动,最后流到海洋中崩解成为飘浮的冰山。大型的大陆冰川可以称为冰盖,而较小的可以称为冰帽或者冰原。山岳冰川又称阿尔卑斯试冰川,主要分布在中低纬度的高山地带。因为山岳冰川需要受到山区地形的约束,因此呈河流状或者舌状。山坡上凹地长期积雪形成卵圆形或三角形的冰斗冰川,随着冰斗里的冰川逐渐长大, “不安现状”的冰川便会向外流到山谷里,向外流出的部分称为冰舌。随着冰川逐渐壮大,各山谷中的冰川会汇合形成更大的冰川,这时,较小的冰川被称为支流冰川。山谷冰川也会像河流一样随着山谷的形态出现分流现象,发展成树枝状、网状冰川等。当几条山谷冰川从山地流出,在山麓地区扩展、相互连接而成一片时,形成山麓冰川。
(9“权倾四野”的典型大陆型冰川,南极冰盖)
(10“高瞻远瞩”的山岳型冰川)
那片凹地是我压出的 当冰川积累到足够厚度,冰川巨大的重量就会使下方地壳下陷,地面会出现向着冰川最厚处倾泻的斜坡。就如同你在按压一个皮球一样,在你的按压点,皮球会有一个凹陷坑。当冰川融化之后,由于地壳的均衡作用,地壳会慢慢回升到原来的高度。但是地壳回弹的速度十分缓慢。一个典型的例子就是加拿大北部的哈德逊湾。哈德逊湾就是第四纪冰期,在北美的劳伦古冰盖的压力下,凹入海平面以下的。如果它要恢复到原始高度的话,则需要40000年的时间。
(11被第四纪北美的劳伦冰盖压得变形的哈德孙湾地区,如果变回原来的高度的话所展示出来的地貌)
我的诞生,说来话长在漫长的地球的历史中,我们地球的海陆分布、大气成分都一直在不断地改变,气候也有过多次的变迁,时而寒冷时而温暖。当地球处于全球大面积被冰川覆盖的状态下的寒冷期,就被称为冰期,也就是我们所熟知的冰河世纪,而两次冰期之间的温暖时代,则称为间冰期。那大冰期为何会出现呢。对于大冰川时期的成因,有许多不同的假说,如大气成分的改变。温室气体在大气中含量的变化,可以影响地球整体的温度,较低,则地球就会显著变得寒冷,反之则会变热。在生命出现在地球上之后,生命的活动对大气成分的影响变得很重要,像植物对氧气和二氧化碳的平衡作用,或者珊瑚虫对二氧化碳的固定。像这样的生物繁盛或者萧条,都会左右大气成分,从而影响气候的变化。洋流的运动改变也会左右地球气温的冷热。如果热带温暖洋流无法流向两极,那两极的冰川会不断增长。增长的冰川会反射更多的太阳辐射,从而使地球温度降低。
(12陆地的分布位置影响太阳辐射的反照率,影响地球的气温变化;陆地的分布情况还影响洋流的运动,导致地球气温的改变;浅海的造礁生物和陆地上的植物的分布多少会影响大气成分,调节地球温度变化;太阳的辐射变化也会影响地球的气温。图中地球年代为二叠纪) 大陆的分布对冰川作用的影响是多重的。大陆在地球上的分布情况会影响洋流的变化。陆地的影响除此之外,如果大部分大陆集中在地球上赤道附近,则反射的太阳辐射就较多,从而降低地球的热量吸收,地球温度就会下降,产生大型的冰期。陆地的块数的多少,影响到近陆浅海的面积,从而影响近海生物的繁盛与否,影响大气成分,对地球气温产生作用。陆地的位置分布影响洋流的流动,会进而对地球气候产生影响。除此之外,地球轨道的变化,和太阳活动变化带来的辐射变化,也会影响地球冰期的形成。那冰河时期如何结束呢?当然,当上述的几个导致冰河世纪的因素发生相反条件的变化时,如:太阳辐射增强,加热地球;地球生物面貌的改变,导致吸收二氧化碳的生物减少,火山活动进入活跃期,改变了大气成分;地球板块的分裂改变地球对太阳辐射的反射率,改变洋流的流向等。
(13 2015年10月8日,厄瓜多尔的科托帕希火山喷发)
那只蜗牛,靠边停,你超速了……正如前言,冰川之所以成为“川”,就是因为它们具有一定的流动性。但是它的流速十分的缓慢。要使冰川向前移动1米,一般需要一周甚至一个月的时间,蜗牛?嗯,还是个飙车党嘛。假如我们在南极的冰盖上开车,车速80km/h的话,从大陆中心开到海岸,需要30多个小时。但是如果冰川要走完这段距离,则需要花费10万年的时间。所以一般情况,科学家会通过测量冰川上和岸边的两个定位点之间距离的变化,来研究冰川的流动。推动冰川运动的,主要是自身的重力和来自冰源处的压力。山岳冰川在自身重力作用下,克服与峡谷底部和侧壁的摩擦力向低处流动;而大陆冰川受到来自冰源处(补给处)的压力,由厚的冰源中心向薄的边缘流动。像河流一样,冰川内部的流速也不一样,中心处会相对快一点,两侧和底部的则相对慢。但是冰川和河流不同,河水内部质点的运动特点是“杂乱人流”,当其一个“质点”空出“自己的位置”时,其他“质点”会迅速进行“位置的补缺”,占据它的位置,保持水流的连续性。而冰川内部质点则是“站排行军”,冰川内部质点无法随意移动进行位置交换,所以冰川内部,在流速分布不均匀的情况下,冰川内部会产生冰裂隙。
(14冰川的移动速度十分缓慢)
我也是懂艺术的冰川像锉刀一样磨蚀围岩。山谷经过冰川的剥蚀作用后,会留下独特的地貌特征。最具典型的,就是鱼鳍一样的鳍脊和角峰,还有崖壁陡立、光滑U型谷。这些都成为探险爱好者的活动圣地。
(15典型的U型谷) 而当冰川退去以后,原先被冰川占据并侵蚀的山谷和洼地,逐渐蓄水,形成了冰川湖。因为和冰川活动有关,所以一般分布在高纬度地区或者高山高原地区。它们一般会形成湖群,星罗棋布般散落在高原或者高纬度冻土地区。北美著名的五大湖,就是第四季冰川退却后遗留下的最有名最美的湖泊群。与冰川活动有关的湖泊还有很多种。在冰川发生时期,会有一些特殊的湖泊存在。比如冰堰塞湖。冰堰塞湖其实成因和普通堰塞湖类似,只不过堵塞河道的物质是冰川。冰堰塞湖最终会因为冰川的融化而决堤。北美著名的史前米苏拉冰湖大洪水事件,就是第四纪冰期末期,冰川堵塞克拉克福特河和哥伦比亚河河谷形成的巨大湖泊决堤事件。几十米深的巨大的洪水横扫了美国西北部地区,最后流入了太平洋。
(16美丽的冰川湖——弗拉特黑德湖)
(17深蓝色区域为被冰川堵塞形成的冰堰塞湖,左侧面积小的为哥伦比亚冰湖;右侧面积较大的为米苏拉湖。粉色部分为冰坝决堤时,洪水冲刷区域。浅蓝色为洪水在下游的积水区域。米苏拉大洪水最终在哥伦比亚河口注入太平洋)
(18米苏拉大洪水最高峰值时,浪高120多米。10英尺=3米) 有些湖泊是直接与冰川本身有关的。这就是冰面湖、冰内湖和冰下湖。这类湖泊又称融冻湖。由于冰面塌陷,或者冰体内部存在裂隙或冰洞,逐渐积水而形成的湖泊。在冰面上形成的称作冰面湖。当冰下河道融蚀冰川,产生巨大的洞穴或隧道,洞穴顶部塌陷;或者冰川低陷处积水,在夏季产生强烈的融蚀作用,冰面湖就会形成。冰内湖一般是冰川内部的洞穴被融水填满后,顶部的水再次被冻结,形成了在冰川内部存在的巨大的储水的空间。冰下湖的产生和冰内湖成因相似。但是也有可能在冰川出现之前就存在的古湖泊,再冰川形成的时候一直到如今都被封存与冰盖之下。如在南极发现的最大的冰下湖——东方湖,据推测存在了至少有1500万年。
(19格陵兰冰川美丽的冰峡谷)
(20位于南极洲的冰底湖:东方湖。科学家猜测湖中被冰封着古老的水) 有一种特殊的冰川遗迹,成因和这类湖泊的存成因相同,都是由冰川融水的作用形成的。这就是冰臼。冰臼的特征是“口小、肚大、底平”。如同舂米的石臼一样。在我国,冰臼的首次发现是在20世纪70年代,当时也仅仅是在黄山、庐山和西藏等地有过零星的记录,世界上也仅有北欧、北美、南极等地发现过。最初地质学家对冰臼的成因很困惑,因为它实在像人工加工过的东西。随着科学研究的进行,认为冰臼形成和冰川运动有关。当古代冰川融化后,大量冰川融水沿着冰川裂缝向下流,融水携带冰碎屑、岩屑物质,自上向下以滴水穿石的方式,强烈冲击、研磨冰川下的岩石,经过很长的时间后,逐渐形成形似舂米的石臼一样的一个个美丽而又奇特的孔穴。
(21美丽又神奇的冰川遗迹——冰臼)
我爱“大胖子”那在寒冷地区的动物都是什么样子呢?总体来讲,就是要大。这可是有依据的。根据贝格曼定律,自身表积比越小的动物,越适应寒冷生活,反之则适应炎热的生活,这样,越是体型大的动物,表面积相对越小,越不容易散热。这样,越是寒冷的地区,大型动物越有竞争力,当然这也得和食物的丰富程度相协调,不然太大的话就可能会被饿死。当然,这个比较一定要同属种之间对比,而且要同时代,否则拿北极兔和非洲象,现今的犀牛和巨犀对比就没有意义了。现今的例子,就是北极熊,它同其他熊类的体型对比,要大一些,同样的例子还有西伯利亚虎(东北虎),也比其他猫科动物体型要大。除了体型,还有一个特点。根据阿伦定律:生活在寒冷地区的恒温动物,其体表的突出部分缩短,热带地区的恒温动物,相对较长。因此热带地区的动物的耳朵等突出物都很大,而寒冷地区的动物则都很小。这就解释了为何非洲象的耳朵比亚洲象的耳朵大,耳廓狐也比北极狐耳朵大。在寒冷地区,什么萌萌的大耳朵、美丽的大长腿,都会增加则身表面积,是生存的障碍,统统要不得。因此,要在寒冷地区生存,你就要长得像个球,而且是个大球。而且还要有厚厚的脂肪层,或者厚厚的毛发护体,防治热量散失。这样看起来像萌萌的胖大白了。现今生活在南北两极的动物,都有类似的特点,像北极熊、企鹅等。
(22北极熊)
(23企鹅)冰雪世界虽然寒冷,但是却十分圣洁与美丽。如今,随着人类的发展,温室气体的过量排放,导致两极的冰雪逐渐融化,冰川在不断地退却。这个趋势几乎已成必然。在我们庆幸自己还能看到冰雪世界,和依靠冰雪世界生存的动物们的同时,还是一起努力起来保护这片圣洁的领域。