四、冰川

地表固态降水的积累与演化，形成能自行流动的天然冰体称为冰川，它是陆地表面的一种固态水体。

1.冰川的形成

冰川是由积雪转化而成的。初降的雪花为羽毛状、片状和多角状的结晶体，密度只有0.085g/mL；经过成冰作用，先变成粒雪，再变为密度达0.9g/mL的具有塑性、透明浅蓝色的多晶冰体——冰川冰。由雪花转变为冰川冰可以分为三个阶段。

(1)雪的沉积。降落的雪花积聚在地面上。

(2)粒雪化。当雪积聚在地面上后，若温度降低到零下，可以受到它本身的压力作用或经再度结晶而形成粒雪，这一过程称为粒雪化。

(3)成冰作用。成冰作用有两种方式：冷型成冰作用和暖型成冰作用。

①冷型成冰作用。在低温干燥的环境，积雪不断增厚，下部雪层受到上部雪层的重压，进行塑性变形，排出空气，从而增大了密度，使粒雪紧密起来，形成重结晶的冰川冰。在冷型成冰过程中，粒雪成冰只靠重力形成重结晶，因而所成的冰川冰密度小、气泡多，成冰过程时间长。如南极大陆冰川中央，埋深2000多米，成冰需时近千年。这种依赖压力的成冰过程称冷型成冰(或压力成冰)作用。

②暖型成冰作用。在温湿环境下，冰雪融水沿粒雪层内的孔隙渗浸，降温时以粒雪为核心再结晶或冻结成冰。视融水数量多寡可分别形成渗浸——重结晶冰、渗浸冰或渗浸——冻结冰，统称冻结冰，其密度较大，晶粒较粗，气泡少，成冰过程较快。一般来说，冬季或极地、高纬地区主要是冷型成冰过程；春、夏季或中低纬度地区主要是暖型成冰过程。这种依赖太阳辐射热力条件的成冰过程称做暖型成冰作用。

冰川冰形成后，在冰体压力和重力等作用下，开始运动，形成冰川。

2.冰川的运动

冰川是一种运动着的冰体，运动使冰川具有生命力，对冰川的生存和发展具有重要意义。当冰川物质平衡与冰川运动相协调时，冰川保持稳定，若两者关系失调，则发生冰川前进或后退。冰川冰不断地从冰川上、中部向冰川尾端运动。冰川的运动不仅把大量的冰体从积累区运送到消融区，而且对冰川各层的热量平衡有巨大的影响，是造成冰川内部的褶皱、断裂和逆掩等构造变化的动力来源，冰川运动是塑造地表的重要动力。

冰川运动的主要方式有两种：一为重力流，一为挤压流。当斜坡上因冰川自重而产生的沿坡向的分力大于冰川槽对冰川的阻力时，所引起的运动称为重力流；由于冰川堆积的厚薄不同使内部所受的压力分布不均，引起的冰川运动称做挤压流。大陆冰盖的运动以挤压流为主，山岳冰川中重力流与挤压流两种运动方式均有，但以重力流为主。

冰川运动速度的大小，主要取决于冰床或冰面坡度与冰川厚度。在雪线附近，一般冰川厚度最大，运动速度最快。自此向上游或下游，随着冰川厚度的减薄，运动速度不断减小，只有冰川流经坡变较大地带时，流速才又会增长。一般而言，冰川运动速度在冰舌横向上的分布，中部快于两侧，自中央向边缘递减；冰川的垂向速度分布，冰舌部分以冰面最大，向下逐步减小，而在冰雪补给区则因下部受压大，最大流速常位于下层。冰川运动速度还随时间而变化，一般夏季快，冬季慢；白天快，夜间慢，但其变化幅度较小。

3.冰川在地球环境中的意义

(1)冰川对大气的影响。辽阔的南极冰盖是一个巨大的“冷源”，在那里形成一个稳定的高压中心。与北极相比南极的冷高压既强又稳定。北极地区由于海洋性质的影响，每年6～8月由高压转变为低压，气旋活动经常可达北极；而南极的高压，甚至夏季也不消失，只是其强度略有降低而已。强大冷高压使南极地面的盛行风常保持为南风和东南风，风速离大陆中心愈远愈大，当其吹至陡急的冰盖边缘时，形成强大的下降风，年平均风速可达20m/s，以致南极地区有“风极”之称。同时稳定的冷高压使气旋很难深入南极大陆，故在南极冰盖中心部分年降水量仅约数毫米，与撒哈拉沙漠差不多。可以设想，如果北极不是海洋而是冰盖，北半球的气候也将会残酷得多。

山岳冰川规模虽不及冰盖，但它对气候也有明显的影响。据祁连山、天山和喜马拉雅山高山冰川的气象观测，山区降水的垂直分布除在山地中部森林带出现丰沛的降水带外，在高山冰川带还存在另一个更大的降水带，冰川气象工作者称其为第二降水带。第二降水带的产生与冰雪下垫面的作用有关，在相同高度上，冰川表面气温一般比无冰川覆盖的山地低2℃左右，而湿度却高得多，水汽容易饱和，有利于产生降水。此外，冰雪覆盖的山头是个冷中心，同样能形成稳定的下沉气流，它紧贴冰川表面吹向下游，形成“冰川风”。在傍晚，冰川风和山风迭加在一起，风势特强，常超过10m/s，白天则因山谷风上吹而有所减弱。冰川风带来的冷空气，能在山谷中比较闭塞的部位停滞，造成局部逆温现象，这种逆温对植物生长有很大的影响，往往导致喜欢冷温的冷杉林在谷底生长，而在山坡上却生长着喜干热的松树林和一些阔叶林。

(2)冰川与海洋的相变转换。地球上气候转冷的时候，冰川的规模就大，大量的水从海洋转移到冰川上储存起来，导致海面降低。气候转暖时，冰川退缩，大量的冰川融水又通过河流注入大海，导致海面抬升。例如，20世纪上半叶，全球气候变暖，从1900～1950年海面上升了6.1cm，相当于440km³的水量从陆地转移到海洋中去；50年代以后，全球气候又有变冷的趋势，冰川前进扩大，这就会使海面逐渐下降。由于冰川进退所引起的海平面变化，甚至高差可达200m左右。第四纪以来由于冰期、间冰期的交替，世界洋面就这样反复地上升和下降，改变着地球上的海洋、陆地轮廓，例如，欧洲北部斯堪的纳维亚半岛，第四纪时是冰川作用的中心之一，自最后一次冰期结束后的近一万年内，由于上伏的大陆古冰盖的消退，地壳一直在抬升，波罗的海面积不断缩小，波的尼亚湾是原冰盖的中心，冰期时下沉最多，所以现在上升最剧烈，约每百年抬升90cm，芬兰南部每百年抬升60 cm。古冰盖的边缘——瑞典南部，则每百年仅上升10 cm，人们预言，由冰川引起的均衡运动完全恢复时，波的尼亚湾将不复存在，欧洲的瑞典、芬兰将连成一片，丹麦附近的陆地将与斯堪的纳维亚半岛联结在一起，波罗的海将成为一个封闭的湖泊。