冰川也“好動(dòng)”

1827年，有個(gè)地質(zhì)工作者在阿爾卑斯山的老鷹冰川上修筑了一座石砌小屋。13年后，這座小屋向下游移動(dòng)了1428米。小屋本身是不會(huì)移動(dòng)的，但小屋的地基——冰川，卻在不停運(yùn)動(dòng)。

冰川之所以會(huì)運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)?span style="font-weight: bolder;">冰川冰的變形和底部滑動(dòng)。它們都是由于冰川自身的重力作用產(chǎn)生的。

冰川運(yùn)動(dòng)和水流有些相似，中間快、兩邊慢。許多海洋性冰川上會(huì)出現(xiàn)形象十分奇特的弧形連拱，這就是冰川運(yùn)動(dòng)過程中，中間和兩邊速度不一樣產(chǎn)生的。

運(yùn)動(dòng)的冰川 圖片來源：維基百科

說起來也奇怪得很，冰川還會(huì)像水流似的，出現(xiàn)旋渦，有些冰川上的旋渦還十分壯觀。

但是冰川畢竟是冰組成的，冰和水還是有很大差別的。

最明顯的一點(diǎn)，冰川表面常有許多裂隙，有些裂隙有幾十米深，裂隙的存在說明冰川有脆性。不過，經(jīng)過數(shù)百年的調(diào)查觀測，冰川上裂隙的深度也有一定限度，這又說明冰川下部是塑性的，它可以“柔軟”地適應(yīng)各種外力作用而不致發(fā)生破裂。因此，可以把冰川分為兩個(gè)部分，表面容易斷裂的這層叫作脆性帶，下部“柔軟”的部分叫作塑性帶，塑性帶的存在是冰川運(yùn)動(dòng)的根本原因。

冰川裂隙 圖片來源：維基百科

冰川的“兩帶”是怎么形成的？

要回答這個(gè)問題，我們得從形變這個(gè)物理概念說起。

物體在受力的情況下，為了適應(yīng)或消除外力，有兩種形變方式，即彈性形變和塑性形變。例如，一根皮筋在受到較小的力時(shí)，產(chǎn)生彈性形變；當(dāng)受力超過彈性強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生塑性形變，皮筋就再也回不到原來的形狀了。當(dāng)然，當(dāng)皮筋受到的力特別大，超過了自身的破裂強(qiáng)度時(shí)，它就被拉斷了。

彈性形變（A）、塑性形變（B）和斷裂（C）圖片來源：Clinical Gate

對冰來說，由于它容易實(shí)現(xiàn)晶體的內(nèi)部滑動(dòng)，是有利于表現(xiàn)出塑性形變的。但是，當(dāng)外力突然增大時(shí)，很容易超過冰的破裂強(qiáng)度，發(fā)生斷裂，只有在緩慢加荷并長期受力時(shí)，冰才能充分顯現(xiàn)出塑性形變的特色。

我們知道，物體在長期受力時(shí)，哪怕這種力較小，也會(huì)產(chǎn)生塑性形變。由于上部冰層的壓力和上游冰層的推力，冰川下部總是處于受力狀態(tài)，使下部冰層的塑性表現(xiàn)得比較充分。同時(shí)，下部冰層由于受壓，熔點(diǎn)比上部冰層的熔點(diǎn)低，下部冰層就更接近于熔點(diǎn)，因而塑性形變更易實(shí)現(xiàn)。這樣，冰川下部出現(xiàn)塑性帶就不難理解了。而冰川表層缺乏長期受力這個(gè)重要條件，當(dāng)外力突然增加時(shí)，經(jīng)常直接斷裂，成為脆性帶。

塑形帶與脆性帶，圖中虛線處為塑形帶與脆性帶的交界。圖片來源：Lauren Adams

冰川大多都是“慢性子”

冰川運(yùn)動(dòng)的速度，慢的不過日均幾厘米，快的也不過日均數(shù)米，以致人的肉眼很難發(fā)覺出冰川是在運(yùn)動(dòng)的。格陵蘭的一些冰川，運(yùn)動(dòng)速度居世界之首，但每年也不過運(yùn)動(dòng)千余米而已。其他地區(qū)的冰川，年流速不過百余米。我國的冰川大多數(shù)是大陸性冰川，冰川積累不豐富，冰川上的物質(zhì)循環(huán)較為緩慢，因而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)速度比較慢。

冰川的運(yùn)動(dòng)速度是有季節(jié)變化的，夏快冬慢。造成這種差別的原因之一是冰川溫度的變化。當(dāng)冰川增溫時(shí)，冰的黏度迅速減小，黏度減小使塑性增加，因而冰川運(yùn)動(dòng)速度加快。夏天冰融水出現(xiàn)在冰川內(nèi)部及底部，是促進(jìn)冰川快速運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)原因。

冰川運(yùn)動(dòng)速度總的來說十分緩慢，但是，有些冰川的“脾氣”卻很古怪，它們會(huì)在長期緩慢運(yùn)動(dòng)之后，突然爆發(fā)式地向前推進(jìn)。爆發(fā)式推進(jìn)在有些冰川上是周期性發(fā)生的，是冰川運(yùn)動(dòng)的一種特殊方式。人們把這種現(xiàn)象叫作冰川的“波動(dòng)”，具有波動(dòng)性質(zhì)的冰川叫作“動(dòng)冰川”。

冰川波動(dòng)常引起特大洪水。在印度河上游就有一條冰川，周期性地進(jìn)入主谷，當(dāng)它攔截河流時(shí)會(huì)形成大湖，如果湖水潰決，又會(huì)形成大洪水，造成災(zāi)害。新疆葉爾羌河周期性發(fā)生特大洪水，也可能與冰川波動(dòng)造成的冰湖潰決有關(guān)。

挪威斯瓦爾巴群島的一座冰川有波動(dòng)現(xiàn)象。圖片來源：HE?DI SEVESTRE

冰川如果有大規(guī)模的運(yùn)動(dòng)，可以引起一系列的地質(zhì)作用，引起生物的滅絕和變遷，從而改變整個(gè)地球的環(huán)境。研究冰川運(yùn)動(dòng)能夠及時(shí)得到海平面變化、水系和水文條件的改造、生物的滅絕和變遷等諸多信息。看來，“好動(dòng)”的冰川對地球來說，重要性不容小覷。

出品：科普中國

作者：地球故事

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責(zé)任編輯：胡惠雯