漫话冰川

潘云唐

20 世纪 50 年代，茅盾先生翻译的一篇苏联短篇小说——《我们的落手越来越重了》的开头一段是这样的：

我的骆驼冉冉地向前，向左，向右，点头鞠躬致敬似的。我的骆驼每一步是个敬礼，蔼然有礼似的。而我，和我的骆驼一致，也是一步一低首，顶礼这肥沃的草原、这炎炎的太阳、这铿锵和鸣的飞泉、这崔嵬庄严的连山。在我们右手，蜿蜒起伏着那天山山脉。青色冰川在山顶，阳光照耀，仪态非凡。

文章用草原、太阳、飞泉、连山等来烘托那“仪态非凡”的最壮丽景色——阳光照耀下的青色冰川。

冰川，它严格的科学定义是：任何通过积雪重结晶作用在地面形成并在其自身重力作用下向前运动的存在多年的大规模冰体。

为什么会有冰川呢？首先是因为地球表面有寒、温、热的气候反差，寒区（也就是高纬度地带，尤其是两极地区）以及中低纬度的高山区，气温都在零度以下，所以大气降水都以固体，也就是冰雪晶体的形式产生。降雪到达地面后，也会融化或蒸发（升华），在很多地区，降雪量大于融化量及蒸发量，降雪就会长年累月地积聚起来，形成终年积雪区，称为“雪原”，它的下部界限叫“雪线”，也就是降雪量刚好等于融化量及蒸发量之处。就海拔高度而言，雪线在热带、温带中低纬度区较高，在寒带高纬度区低，两极区几乎全是雪原，雪线接近海面，甚至可以说无所谓雪线了。在其余地区，特别是中低纬度地带，雪线以下广大地区冬季降雪夏季都能融化，也就是融化量及蒸发量超过降雪量，一年中很多时间都不为雪所覆盖。

在雪线以上的雪原区，水蒸气在温度零下几十度的高空凝固成六角形并带有锯齿的美丽雪花（冰片），地面刚形成的雪层，密度只有 0.085克/厘米 ³ ，也就是说，还不到水的 1/10 ！但是，日复一日，年复一年，雪层越积越厚，由于热力与重力的作用，蓬松的雪花融化、蒸发（升华）、压实而形成大小如绿豆般（粒径 0.5—5 毫米）的冰晶，称为“粒雪”或“万年雪”。以后，粒雪越积越深，埋在深处的粒雪所受压力越来越大，不断增加的压力就会在颗粒边缘引起融化和重结晶，直到所有的气孔全部消失，就形成了坚硬的、结晶质的块体，其密度达到 0.9 克/厘米 ³ ，与水的密度很接近。这种冰体具有可塑性，在压力与重力的推动下，它会从高处向低处像河川一样流动，这便是“冰川”。形成冰川的冰就是“冰川冰”。水是无色透明的，雪花是浅白色的，而冰川冰则是浅蓝色、不透明的，正如茅盾先生所译的“青色冰川”。

由于地球上有寒区，因而有大量冰体，这些冰体绝不是静止不动的，而是永远“川流不息”的，只不过它不像“逝者如斯夫，不舍昼夜”那样奔腾激荡的液态的河川，而是缓慢地、肉眼难以觉察地蠕动着的固态冰川。据估计，全球有大大小小的冰川 10 万多个，而 99%的冰川冰都集中在南极洲和北半球的格陵兰岛 ，其余少数则零星散布于除澳大利亚以外的亚、非、欧、北美、南美五大洲大陆高山及高纬度岛屿上。

冰川虽然只占地球陆地表面积的 11%，却占全球淡水量的 3/4，如果全球的冰川冰全部融化，就会使海平面升高 60 米，所有海滨城市，乃至河流下游沿岸城市都要被淹没。

冰川可分为 3 种类型：大陆型、山岳型和山麓型。它们大小和形状都不同，各有特征，也决定了它们具有不同的运动形式，并导致不同的作用和影响。

大陆冰川最大，不受下伏地形影响，几乎一切高低起伏都淹没在冰层之下，有时只留下最高山峰突现在厚厚的冰层之上。大陆冰川面积超过5 万平方千米的就叫“冰盖”。最大的冰盖就是南极冰盖，它的面积达1400 万平方千米，平均厚度 2000 米，最厚处可达 4776 米。整个南极拥有 3000 万立方千米的冰体，占全球总冰量的 90%，全球总淡水量的68%。全球第二大冰盖当属格陵兰冰盖，它面积超过 180 万平方千米，最大厚度达 3350 米。若大陆冰川面积为数千平方千米至 5 万平方千米时，则称为“冰帽”，如北半球的冰岛、斯匹茨卑尔根岛及其他北极区岛屿上的冰帽，还有南极中国长城站附近的柯林斯冰帽。

冰盖虽大，冰层虽厚，但在夏季温暖期仍会融化，冰盖边缘会产生冰裂缝，冰体会崩落入海，因为冰体密度只有 0.9 克/厘米 ³ ，所以会浮在海面上，形成冰山。它的密度与海水相差不太大，不难算出，冰山沉入水下的部分差不多是水面以上部分的 9 倍。冰山看上去很美，但大大小小的冰山和海上浮冰对海船的航行却是一大隐患。1912 年 4 月 15 日凌晨，“泰坦尼克号” 巨轮在纽芬兰岛以南 640 千米处因撞到冰山而沉没，致使 1500 多人丧生，这就是最典型的由冰山造成的海难。

大陆冰盖的功过应当全面来衡量。两极的冰雪对全球气候变化影响很大。两极是一片冰天雪地的世界，与赤道的温度差可达 100 摄氏度，于是就产生了大气环流。冰山的形成和消融会影响大洋的水温，也会导致热平衡系统的变化，从而影响全球的气候。两极冰盖、海冰、海水和大气四者相互作用的结果，在很大程度上决定着全球气候变化。因此，极地成为全球气候变化的敏感区和关键部位，监测极地冰雪变化是研究全球气候变化的理想之处。例如，科学家通过长期观测，发现南极大陆每年降雪累计总量高达 1700 立方千米，南极大陆中心地带冰层还在逐渐增厚，因而不用担心南极的冰会越来越少。南极大陆边缘的冰体还会不断崩落海中形成冰山，向北漂移，这种动态平衡、往复循环的情况还不会终止。

山岳冰川也叫山谷冰川，是顺着山谷向下流动的冰体，一般呈长条状，具有河川的形象，亚洲的喜马拉雅山、昆仑山、天山、阿尔泰山，欧洲的阿尔卑斯山，美洲的落基山、安第斯山及世界上的其他高山，都含有这一类冰川，很多大的山岳冰川冰体厚度大致在 300—900 米之间。人们对山岳冰川研究得最详细。

山麓冰川则介于大陆冰川与山岳冰川之间，它实际上是在高纬度地区山岳冰川延伸扩张到高山之麓的低地平原而形成的。若此低地平原紧邻海滨，冰川则蔓延入海，称为“冰棚”。

当冰川冰所产生的压力超过冰体的强度时就会开始运动。底层的冰具有可塑性，由于上面的压力，就会像冷却的糖浆或焦油那样缓慢蠕动。1839 年，著名的瑞士冰川学家、古生物学家阿加西（Jean Louis Rodolphe Agassiz，1807—1873）发现，1827 年建造在一条冰川上的一间小屋已被冰川载着下移到距原地点大约 1 英里 处，由此可大致算出该冰川每年下移 133 米，平均每天下移 36 厘米，每小时下移 1.5 厘米，肉眼难以察觉。不过，大多数冰川 1 天往往只移动几厘米，就更不容易直接察觉。阿加西还在一条冰川上横向笔直地深深打入了一排标桩，两年以后，发现这些标桩有了一段相当可观的位移，而且变成了突向前进方向的“U”字形，表明中央部分移动得快些，边缘部分移动相对较慢，这是由于边部同山壁的摩擦使其运动受到阻碍的缘故。

冰川在塑性流动中如果进入耗损量超过年积雪量的区域，冰川的生命也就终止了。如果冰川下降到雪线以下，耗损主要是由于融化和蒸发；但是冰川扩展到海里的地方，则大部分损耗来自冰川裂解崩落入海而成冰山。冰川流动并不等于前端也会同样前进。冰川冰供给量相对于消融量的关系是大于、等于或小于，这决定着冰川前端是前进、稳定或后退。冰川前端可达雪线以下较远地区，如补给量跟不上，冰川前端会被强烈地消融，常形成冰裂缝、冰井、冰塔林、冰牙、冰蘑菇等。冰裂缝、冰井等是登山探险家们时常要提防和回避的。

冰川的运动方式有塑性流动和块状滑动。

冰川是所有侵蚀作用中最强大的一种地质营力，它以纯机械动力刨刮着地面。它一方面以塑性冰体本身流动的力将冰床底部及两侧岩石压碎、挖掘而带走；另一方面，这些被它刨刮带走的岩屑又成为它进一步刨刮和锉磨下游地区冰床及谷壁的工具，在冰川及谷壁上时常形成光滑而具有平行细条纹的磨光面，又叫“冰溜面”。而冰川携带的岩屑面上形成宽窄、深浅不一的凹槽，就是“冰川擦痕”，冰川块粒不像流水携带的块粒那样在冲撞过程中磨掉轮廓、尖脊而形成磨圆度很好的鹅卵石。

冰川学家通过观察冰川谷底、谷壁冰擦痕特征，就可以判断古冰川的流动方向。若冰床上原有凸起的基岩，则基岩背流面挖掘作用最强烈。锉磨作用以山谷突岸和冰床上突起处迎流面最强烈。这两种共同作用于冰床基岩凸起处，使基岩迎流面变得坡度和缓，表面较光滑，能见到冰溜面和冰擦痕，而基岩背流面则变得坡度陡峭，表面粗糙。古冰川消退后，若原冰床上有较多凸起的基岩，像伏地休息的羊群，则称为“羊背石”。“羊背”是缓坡，“羊头”则是陡坡，由此不难判断，当年古冰川是从“羊背”流向“羊头”的。

山岳冰川的雪原区往往是山间洼地，被冰川刨蚀后洼地扩大，形成“冰斗”，就像巨人的座椅，冰斗逐渐被刨蚀后退，后壁越来越陡。两个相邻的、背靠背的冰斗之间的分界岭变得越来越窄，称为“鳍脊”或“刃脊”。相邻的三个以上冰斗之间的山峰也越来越陡，越来越尖，称为“角峰”。总的看来，被山岳冰川侵蚀、改造过的山区变得陡峭、崎岖。冰川在山谷里推进时，刨刮、挖掘作用的结果使得冰床宽阔平坦、谷壁陡峭，从而形成U形谷，大大不同于河流上游向深处切割的V形谷。

大陆冰川在流动过程中，对它覆盖的整个冰床地面都在刨蚀，然而由于原始地形起伏、岩石抗蚀性质差异、冰层厚度不同等因素，它这种面状刨蚀仍使冰刨地面凹凸不平。古冰川消融后，冰蚀洼地积水成湖，有时称为“壶状湖”。

冰川这一巨大的塑性固体流将岩屑刨刮下来，夹带在冰层里向前搬运。它还像一个巨大的传送带，把冰川两侧高坡上寒冻风化碎裂而滚落其上的巨石搬走，这种被冰川推运或载运的巨石称为“冰川漂砾”，因为流水是搬运不了它们的。

冰川的搬运能力很强，不仅能将巨石搬到很远的距离，而且能将巨石搬到很高的位置。

冰川流动到雪线以下地区时大量融化，以至完全消失，冰川携带、搬运之物也就全部卸下并堆积起来，称为“冰碛物”。冰川前端（终端）和侧方的堆积物往往成堤状，分别叫作“终碛堤”和“侧碛堤”。若两条冰川会合，它们相邻的侧碛物会合起来，在新冰川的中央形成“中碛堤”。冰碛物与河流沉积物等相比有它明显的特点。它大小混杂，没有分选性；它没有层理，不像河湖沉积物那样一层一层的；它的岩块或角砾没有定向排列；它的河滩上的石头不像鹅卵石，而是带棱带角的；冰漂砾和冰碛岩屑还可见冰擦痕；冰碛物内有时能分析出古代植物的孢子花粉，肯定是寒带植物型的（松、冷杉、云杉等针叶树花粉）。

冰川到了终端融化成水以后，冰水又会将若干泥粒、砂粒带走，在更远更低的地方沉积，形成冰水冲积扇、外冲平原。冰水湖中泥粒沉积物往往随冷暖季节不同、流水量不同、搬运力不同而有粗细交替，颜色上反映出深浅，称为“冰水湖纹泥”或“季候泥”，一组深浅色纹代表一年，数一数纹泥层数，就可推断出它是代表多少年沉积的产物。

在地质历史上，冰川并不是一成不变的。若干年的气候历史是以冷暖交替为特点的，温暖期约占9/10，寒冷期约占 1/10。在寒冷期，陆地上冰雪覆盖面积扩大，称为“冰期”。约 8 亿年前的震旦纪中期有过一次大冰期，其产物包括我国南方的南沱冰碛岩（以长江三峡宜昌附近为典型）。2.5 亿—3.5 亿年前的石炭二叠纪也是一次大冰期，其产物多位于非洲等地。一二百万年以来的第四纪又是一次大冰期。人们对欧洲阿尔卑斯山区研究得最详细，分为钧茨、明德、里斯、玉木这四个冰期（在美国相应为内布拉斯加、堪萨斯、伊利诺伊、威斯康星四个冰期），每两个冰期之间是一个“间冰期”。我们今天是处于“冰后期”，也就是“间冰期”。间冰期气候是相对温暖的。

冰期到来之时，大气降水多以冰雪形式出现，并且大量冰体滞留在陆地上，流入海中的水量减少，海平面降低。而且，大气降水是由海洋水分子蒸发而成的，大量的水变成冰川冰，以淡水的形式储存在陆地上，海洋淡水少了，盐类相对浓缩，海水咸度提高。相反，在间冰期，大量冰川冰融化，淡水流入海洋，海平面又回升，海水又被冲淡，咸度相对降低。冰期与间冰期多次反复，海岸线也反复进退，对于大陆沿岸地区的地质地貌发育影响很大。例如，在第四纪冰期最盛时期，我国东部的渤海湾及黄海、东海大陆架均为陆地，台湾岛与大陆相连；而在欧洲，英伦三岛也与法国、比利时相连。

在冰川最盛时期，大部分河流上游被占据或消失，有些河流被改道，原有的水系被大大改造了。而在间冰期，大量冰体融化，冰川向后退缩，原来冰川刨刮过的地方很多洼地积水成湖，如我国西藏、青海，欧洲俄罗斯北部和芬兰许多湖泊就是冰碛湖。

读者如果有机会的话可以去实地考察一下，既能领略大自然的伟力，又能开阔视野，陶冶情操。

冰期与间冰期气候变迁也明显地影响到地球的生物界。冰期酷寒，茫茫冰雪覆盖的范围很大，喜冷植物（例如针叶树）向低纬度迁移，喜暖植物生活范围缩小，生物量减少，营养物缺乏，食物链脆弱，不适应的动植物招致灭绝之灾。到了间冰期，生物有明显复苏，生长面积扩大。喜暖植物又向中高纬度扩张，动物也有更大发展，新的生态系统又建立起来。

冰川作用有明显的周期性。如前所述，大约每隔 3 亿年出现一次大冰期，大冰期内又分为很多冰期和间冰期。有的学者认为，这也许与“银河年”有关。就是太阳系绕银河系中心旋转一周时间也刚好是 3 亿年左右。另外，太阳辐射能和日地距离等也有更短的周期性变化，这又可以用来解释大冰期中的冰期和间冰期。

冰川是世界上最壮观的景色之一，是宝贵的旅游资源。我国四川贡嘎山麓的“海螺沟冰川”、新疆博格多山天池附近的“一号冰川”等都是著名的旅游胜地。在冰川作用发生过的地区，我们要从事工程建设等经济活动，就必须对该地冰川发育的历史及其产物、后果进行仔细研究。冰川冰体里又蕴藏着关于整个地球气候等方面变化的丰富信息。所以，无论科学研究、生产实践，还是人们的生活都与冰川有着极其密切的关系。对冰川有害的方面人们要尽量避免和克服，而对它有利的方面则要大力开发利用。