冰川运动

冰川的移动

冰川运动指冰川的移动。它是控制冰川活动的基本过程和能量的来源。运动的形式一般分为重力流和挤压流两种。冰川的边缘运动速度慢，中间运动速度快。

运动特点

①速度很慢，通常每年数十米，个别冰川最快可达1—10公里/年；

②冰川的不同部位运动速度不同，边缘运动速度慢，中间快；

③不同类型不同性质的冰川运动速度也不相同。

原理

冰川冰在重力作用下自源头向末端的移动。包括塑性变形和底部滑动两种过程。运动是冰川区别于其他自然冰体（如河冰、湖冰、海冰和地下冰）的最主要特点。一系列的冰川地质地貌现象,如裂隙、褶皱等的形成,冰川侵蚀、搬运和沉积作用都与冰川运动紧密有关。最早提出冰川在自身原因下运动的科学家是冰岛人斯韦恩·帕尔森。

塑性变形　冰是一种多晶体固体，当温度不远低于它的融点时，冰的变形方式像高温金属一样，变形速率与施加的应力之间成非线性关系。冰的变形可用位错理论解释。用X线衍射观测到,冰内位错的组态与其他可塑性变形物质的情况明显相似。除了晶体内位错运动和晶体间彼此相对移动外，晶体生长，晶体边界迁移和重结晶作用，对多晶体冰的变形均有重要影响。多晶体冰变形远比单晶冰变形缓慢。

冰的第二蠕变包括一般冰川流动中重要的应力范围(0.5～2巴)。切应变率 (εxy)与切应力（τxy）的关系为：εxy=Aτnxy，这就是通常所谓格伦冰流律。式中n为常数（变化范围为1.5～4.2，平均值约为3）；A为系数，取决于冰温度、冰晶大小及方位、杂质含量和其他可能因素。虽然上述关系式已被确立，而且可以用位错理论表述，但是,不同的试验却获得差异很大的A和n值。在给定应力和温度下测得的应变率值差可达10倍左右。在应力低于约1巴时，n值降低，接近于1。全部塑性变形发生在最低层。速度沿着离冰川源头的距离上的变化一般趋势为：纵向应变率在积累区为正，而在消融区为负。在平行于冰流方向的应力分量大于垂直于冰流方向的应力分量的地方出现伸张流，即冰层在拉伸力作用下流动；反之则出现压缩流，即冰层在压应力作用下流动；在两者相等处出现层状流，即冰体在单一剪切力中变形，流线平行于冰体表面。

底部滑动　只发生在冰川的底部冰处于融点的情况下。冰川顺冰床流动，遇到基岩凸起时，同时产生两种过程。一种是再冻结（又称复冰现象）。当冰川运动通过这种凸起时，在凸起的上游一侧遇到阻力，产生余压，使冰融化，融水绕凸起流动，流至下游一侧便产生再冻结。冻结释放的潜热,通过凸起及周围的冰,传导到上游一侧，又使这里的冰融化。这样的机制不适用于基岩凸起的长度大于1米处,因为通过这种凸起的热传导，微不足道，不产生融化和冻结的反复过程。当冰温低于融点时，也不产生这种现象。另一种过程是塑性流动的增强。在凸起附近,冰内纵向应力大于冰内应力平均值,这里的应变率也大于冰内应变率的平均值，冰的运动速度同应变率和距离的乘积成正比。比较大的基岩凸起，会使冰体在凸起较大的距离上增大应力和提高运动速度。比较小的凸起这种效应较差。冰床上如果有水，会影响滑动速度；基岩、岩块和砾石之间的摩擦降低滑动速度，许多地方冰与岩层之间有砾石层也会减低滑动速度。冰川表面运动速度为冰的塑性变形速度和滑动速度之和，滑动速度与冰面速度的比率变化很大，各地钻孔测得的比率变化不同。

冰川跃动(glacier surges) 　有些冰川在经历了较长时期的稳定甚至停滞之后，在短暂时间内突然出现异常快速的前进或巨大的水平位移。跃动期间运动速度为正常冰川速度的10～100倍。这种冰川称跃动冰川。在同一条冰川中跃动是重复地在有规律的时间间隔中发生的；跃动起因于冰川内部的不稳定性。在跃动冰川发生地区，只是若干条冰川而并非所有冰川都发生跃动。

苏联中亚帕米尔的梅德韦日冰川在1963年和1973年跃动期间的特点是：冰舌末端区内停滞冰复活或被积极活动冰所超越；新的积极活动的末端在不到两个月内前进了1.5公里,最大运动速度为105米/日；运动速度不稳定。喀喇昆仑山的哈桑阿巴德冰川在20世纪初也发生过跃动，在一个冬季和春季内冰舌末端前进了9.6公里。

冰川的运动速度　常态冰川运动很缓慢。不同冰川的冰面速度变化很大。中国天山乌鲁木齐河源Ⅰ号冰川，1980～1981年间51个测点的平均年流速为6米,最大年速度测点仅为10.62米。珠穆朗玛峰北坡绒布冰川中游海拔5520米处1966～1968年间最大年流速达117米。阿尔卑斯山的大山谷冰川(长10～20公里),一般年流速为80～150米,格陵兰的林克斯冰川每天的运动速度高达28米。同一条冰川在不同部分的运动速度亦有明显差异。在纵向上，零平衡线附近流速最大，而向源头或冰舌末端流速降低；在横向上，冰川中心线上流速最大，向两侧逐渐减少；在垂向，冰面流速大于冰内和冰下。冰川运动速度也随着时间而变化。一般说,时间间隔越短，速度变化愈大。冬、夏平均速度彼此间相差达10%或20%，逐月的速度差值可达40%；隔数小时测得的速度变化差，已知的达 100%或更大。产生这种差异的原因是每一点处的运动发生一系列的“跳动”，而在不同点上跳动并不同步。运动速度的季节变化主要由于冰厚度变化和冰床处融水的“润滑作用”影响所致。

研究价值

冰川运动是冰川对冰床进行刨蚀和搬运，塑造各种冰川地貌的动力，它使积累区的冰量得以输出，并对冰川温度有很大影响。是研究和开发利用冰川资源的重要内容，也是防止冰川灾害重点研究课题之一。

案例

十九世纪初叶，在阿尔卑斯山上，有几个登山者不幸被雪崩掩埋在冰川粒雪盆里。当时有个冰川工作者推测说，过四十年后这几个人的尸体将在冰舌前出现。果然不出所料，四十三年后，这几个不幸者的尸体在冰舌前出现了，登山者同伴中的幸存者很快把尸体辨认出来。

1827年，有个地质工作者在阿尔卑斯山的老鹰冰川上修筑了一座石砌小屋。十三年后，发现这座小屋向下游移动了1428米。小屋本身是不会移动的，造成小屋移动的原因是小屋的地基随着冰川向下运动，把小屋捎带着一起移动了。

运动原因

冰川表面常有许多裂隙，有些裂隙有几十米深。裂隙的存在，说明冰川有脆性。不过，经过数百年的调查观测，冰川上的裂隙极少超过六十米深。多数裂隙远远小于这个深度就闭合了。这又说明冰川下部是塑性的，它可以“柔软”的适应各种外力作用而不致发生破裂。因此，可以把冰川分为二层，表面容易断裂的这层叫做脆性带，而下部“柔软”的那层叫做塑性带。塑性带的存在是冰川流动的根本原因。

物体在受力情况下，为了适应或消除外力，可作三种变形，即弹性变形、塑性变形和脆性变形(或称破裂)。一般物体在受力时都有这三个变形阶段。例如一根弹簧，一般情况下，作弹性变形；当受力超过弹性强度时，作塑性变形，弹簧回不到原来的位置；当受力特大超过破裂强度时，弹簧拉断，作脆性变形。但是，这三个阶段究竟有主有从，三个阶段并不同样平分秋色。到底以何种变形为主，要取决于材料本身的性质。

就冰来说，由于它容易实现晶体的内部滑动，是有利于表现出塑性变形的。但是，当外力突然增高时，很容易超过冰的破裂强度，发生脆性变形(断裂)。只有在缓慢加荷并长期受力时，冰才能充分显现出塑性变形的特色。我们知道，物体在长期受力时，哪怕这种力较小，也会产生塑性变形。在冰川下部，由于上部冰层的压力和上游冰层的推力，老是处于受力状态，使下部冰层的塑性表现得比较充分。同时，下部冰层的融点由于受压比上部冰层稍低，使下部冰层更接近于融点，因而塑性变形更易实现。这样，冰川下部出现塑性带就不难理解了。而冰川表层，缺乏长期受力这个重要条件，当外力突然增加时，往往作弹性或脆性变形，成为脆性带。

在一个畅通的山谷中，冰川流动时最大流速出现在冰川表面，愈近谷底速度降低，这种运动方式叫做重力流。如果冰川运动过程中，在前方遇到突起的基岩或运动变缓的冰块的阻塞，就在那里形成前挤后压的剪应力，这种流动方式叫做阻塞重力流。在发生阻塞重力流的地方，冰中常有许多逆断层，还有复杂的褶皱出现。

运动速度

冰川运动有些和水流相似，中间快，两边慢。要是横过冰川插上一排花杆，不需太长时间就可发现，中间的花杆远远地跑到前面去了，原来呈直线的花杆连线变成向下游凸出的弧线。许多海洋性冰川上出现的形象十分奇特的弧形连拱，就是冰川运动过程中，中间和两边速度不一而产生的。

冰川运动的速度，日平均不过几厘米，多的也不过数米，以致肉眼发觉不出冰川是在运动的。格陵兰的一些冰川，运动速度居世界之首，但每年也不过运动千余米而已。其它地区的冰川，象比较著名的某些阿尔卑斯山的冰川，年流速不过80～150米。我国冰川大多数是大陆性冰川，冰川积累不丰富，冰川上物质循环较为缓慢，因而导致冰川运动速度比较低。

冰川运动速度是有季节变化的，夏快冬慢。天山和祁连山的冰川，夏季运动速度一般要比冬季快50%(均指冰舌而言)。造成这种差别的原因之一是冰川温度的变化。当冰川增温时，冰的粘度迅速减小，从-20℃增高到-l℃，冰的粘度随温度作近直线的下降。粘度减小使塑性增加，因而冰川运动速度加快。夏天冰融水出现在冰川内部及底部是促进冰川快速运动的另一个原因。

冰川运动速度总的来说十分缓慢。但是，有些冰川的脾气却很古怪，它们会在长期缓慢运动或退缩之后，突然爆发式地向前推进。

冰川阻塞湖

l937年，阿拉斯加有一条名叫黑激流的冰川曾在世界新闻上引起注意，报纸上连日刊载它向前推进的消息。原来，黑激流冰川位于一条重要公路的上方，冰川出现爆发式前进有破坏公路的可能。当时住在公路边的一家人，入冬后几个星期，常常听到冰川方向有隆隆响声传来，好像坦克履冰的声音。l0月3日，他们从望远镜中突然发现，数公里外的黑激流冰川，冰舌前端乱七八糟地堆着的一垛碎冰块，被冰舌推送着向前轧轧移动。以后，冰川移动越来越快，冰川撞击谷床伴随着冰裂的声昔，把住房的玻璃震得发响，大地也在微微颤动。移动最快时每天推进60米，创造了当时所知的冰川前进的世界记录。从1936年9月到l937年2月，黑激流冰川前进了六公里半，最后在离公路八百米的地方停下来，总算没有造成灾祸。

冰川波动

爆发式推进在这类冰川上是周期性发生的，是冰川运动的一种特殊方式。人们把这种现象叫做冰川的“波动”，具有波动性质的冰川叫做“动冰川”。

冰川“波动”常引起特大洪水。在印度河上游就有一条冰川，周期性地进入主谷，当它拦截河流时，形成大湖，以后湖水溃决，又形成大洪水，造成灾害。在新疆的叶尔羌河周期性的发生特大洪水，也可能与冰川“波动”造成的冰湖溃决有关。

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