走进冰河世纪的遗迹

徐亚东

“从雪到冰”的童话世界

首先让我们看看，雪是怎么一步一步变成冰川冰的。

雪花，是天空中的水汽经凝华（物质跳过液态直接从气态变为固态的现象）而成的小冰晶，多呈六角形，又名未央花和六出。

受时间和地表辐射热力影响，积雪的尖端融化并逐渐固化成较大的粒雪;雪花和粒雪都具有较大的孔隙率（>50%），空气可以在雪粒之间自由流通。

随着雪层加厚到20～50米，底层雪因承受上覆雪层的压力、融雪水的渗入和冻结，使粒雪凝结成白色粒状的冰晶。

当冰晶的空气孔隙率逐渐下降到20%～30%，经过十多年的长期压实，冰晶紧紧连接或发生重结晶作用，就会形成块状的冰川冰;其孔隙率小于20%，空气无法流通。

雪和冰随时间的形态变化

由雪转变成冰川冰，经历压实、冻结和重结晶等一系列过程，类似于把松散的雪花经压紧变成坚硬的冰雕。当它们“长大”到冰川冰时，就会产生塑性变形（不可自行恢复的变形）。冰川冰的可塑程度与冰层厚度有关，冰层越厚可塑程度越大，越容易发生冰层滑动和塑性蠕动。在上层冰雪的压力和重力作用下，冰层发生定向蠕动便成为冰川。

因此，冰川是由冰和雪经过动静变化，构成的一个蓝白色的童话世界。

冰川——

“行走”的记录者

冰川看起来似乎很“高冷”（高海拔、高纬度和高寒），所以我们对冰川的误解是认为它永远都栖伏于原地，一动不动。事实上，冰川的名字中就隐含着冰雪川流不息、运动不止的意思，只不过其体积庞大，运动很缓慢。冰川地貌的变迁可以告訴我们这里的沧桑巨变。

根据气候、地貌、规模和形态特征不同，冰川可分为大陆冰川和山岳冰川两大家族。

在高纬度的分水岭和极地的高原地带，雪线位置低、积雪面积广，冰层常厚达数千米，宽度可达10千米，形似盾牌形的盖子，即大陆冰川，也称冰盖。冰盖在重力作用下以挤压流的方式，由冰层较厚处向四周呈舌状流动。冰川的底冰与基岩发生基层滑动，造成基岩被侵蚀破坏而下凹，因此冰盖形态呈凸透镜状，向两侧的拉伸运动使得蓝白层理上厚下薄。

在中低纬高山地区，冰川的形态受山岳地形限制，雪线位置高、规模小、冰层薄，常呈线状分布，被称为山岳冰川。山岳冰川具有高瘦型的基因。中国的现代冰川均属山岳冰川，主要分布于青藏高原周边。

在冰川发育之前，地貌主要为圆弧形的山峰和山脊，孕育的高山河谷多呈“V”字形，谷底平缓（如下图A）。

到冰川发育期，冰川沿沟谷发生刨蚀作用，可使谷底加深、谷侧拓宽，山嘴部分因阻挡冰川流动而被刨蚀掉形成截切山嘴，冰蚀谷常较平直而宽阔，形成两壁陡立的“U”字形，称“U”形谷。

 大陆冰川（冰盖）的形态特征（层理，物质沿垂直方向变化所产生的层状构造）

由刨蚀作用造成的三面壁陡的半圆形洼地被称为冰斗，呈围椅状。冰斗常发育于雪线附近，且往往沿山坡走向排列，因而可以作为识别古代雪线位置的标志。相邻冰斗的谷壁因刨蚀作用发生后退，形成两坡陡峻、脊部尖薄的山脊称为刃脊（或鳍脊），似刀刃或鱼鳍状。被三个以上冰斗包围的、岩壁陡立的山峰，被称为角峰，呈金字塔状，著名的珠穆朗玛峰就是一个角峰。在冰川最前端（或称末端），常因中间部分流速较快、两侧与基岩摩擦流速较慢而形成突出的舌状，称为冰舌（如左图B）。

到冰川消融期，洼地可以积聚冰融水而成冰蚀湖，多呈串珠状，有时冰斗还可聚积冰融水成为冰斗湖（如左图C）。在最前端的冰舌消失后，其裹挟的大量碎石会堆积成各类碛堤（冰川通道两侧的堆积物叫侧碛堤，冰川消失的位置是终碛堤）地貌。

冰河世纪留遗迹

受全球气候变化的影响，冰川的消长变化随着冰川运动可以留下典型的地质遗迹。从冰河世纪的地质遗迹中可以探寻地貌演化和气候演变的时空规律。

冰川扩张时，固态冰川的塑性流动可分为推运和载运两种机械方式。推运是指冰川前端以巨大的推力，将冰床上的岩屑向前推进，类似于“推土机”。载运是指冻结在冰块内，或落在冰面上的岩块，随冰川的运动而被搬运，类似于“传送带”。

山岳冰川地貌的形态特征

随着冰川退缩，雪线上升，冰川前端冰体融化，被冰川搬运的物质和冰融水一起堆积下来，统称为冰碛物，其中不同粒径的岩石碎屑混杂在一起，形似“混凝土”。

若气候条件稳定、冰川前端停滞、冰的消融量与补给量基本平衡时，冰川挟带的碎屑物大量堆积在冰川前端，常在冰舌外构成一个弧形的长坝，即终碛堤。“U”形谷两侧谷坡常见冰溜面和冰擦痕。

在终碛堤内受冰床起伏的基岩（羊背石）可以形成椭圆形的小丘，它的长轴方向常与冰川流动方向平行，称鼓丘。

在冰床上堆积的冰碛物，称底碛，其中根据大漂砾的分布和侵蚀形态还可见飞来石和冰臼等。

冰川环境科考在路上

青藏高原冰川的生态环境脆弱敏感，对中国乃至全球的气候和生态环境都具有重要影响。2021年6月，中国科学院沈阳自动化研究所团队在青藏高原廓琼岗日冰川，完成了对攀登者号科考站外机器人的现场测试（如下图）。中国地面机器人首次高海拔冰川科考成功实现。

冰川地质遗迹

在全球变暖的背景下，基于青藏高原提供的长时期气候变化的“自然档案”，科学家们发现高原整体暖湿化、植被增多、生态系统趋好、湖泊面积明显扩张、湖水越来越清澈。然而，自1989年以来，唐古拉山的冬克玛底冰川加速退缩、厚度减薄，其主要原因是全球变暖和冰川表面污化，而后者主要来自人类排放的黑碳。此外，冰崩事件时有发生，并伴生次生灾害。

为应对冰川变化和灾害风险，中国科考队已建立中国冰川强化监测网络，并在雅鲁藏布江冰崩堵江灾害时取得成功预警。这也证明科学考察研究将对推动青藏高原可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护产生十分重要的影响。

攀登者号在廓琼岗日冰川进行雷达探冰作业