冰川类型与形成-水文学概论

1.冰川的形成

大气固态降水的年收入等于年支出的界线，称为雪线。雪线不是一条线，而是一个高度带。雪线高度在不同地区是不同的，它受温度、降水量及地形的影响。雪线以上全年冰雪的补给量大于消融量，形成了终年积雪区。冰川形成于雪线以上的常年积雪区，由于那里终年气候严寒，积雪不会完全融化，逐年积累，从而为冰川的发育创造了前提条件。冰川发育与气候因素和地形条件关系密切，气候因素中的气温和降水又决定着冰川的存在与消亡。所以，有人认为，冰川是气候的产物。地形条件可以影响一个地区的气候特点和冰川形成的规模、性质及形态。当气候和地形因素综合作用后，对冰川的形成才有积极意义。

从气候的角度看，形成冰川的有利条件是全年低温和大量的固态降水，特别是夏季的低温，这样才有可能使固态降水不仅不被消融掉，而且每年不断积累。

在雪线以上的常年积雪，经过一系列的“变质”作用而形成冰川冰，这个过程称为成冰作用。新降的雪呈片状、星状、针状、枝状、柱状、轮柱状和不规则状等，具骸晶形态。当骸晶形态完全消失而成为大体圆球状雪粒，称之为粒雪。雪与粒雪晶粒之间的孔隙，与大气相连通。在变质成冰过程中，总的趋向是密度不断增大，孔隙率不断降低。新雪的密度只有0.05～0.07g/cm3，而粒雪的密度已增至0.4～0.8g/cm3。一旦孔隙完全封闭成气泡，与大气不相通，则认为粒雪变成了冰川冰。此时，冰的密度达0.83～0.91g/cm3。

成冰作用具有明显的地带性。在高纬极地区为冷型成冰作用，又称重结晶成冰作用，即在永久负温的条件下，靠很厚雪层的巨大压力而使新雪变为粒雪，再变为冰川冰。这一成冰过程速度缓慢，南极中央200余米深处的冰体，已经历了近千年的历史。在中低纬高山地区，主要是暖型成冰作用，又称渗浸—冻结成冰作用。夏季气温高，白天积雪表面融化，冰雪融水渗浸，夜晚再冻结作用，它加速了粒雪化和成冰作用过程，甚至当年就可能使粒雪成冰川冰，由此形成的冰川冰密度为0.9g/cm3左右，一般比极地区冷型成冰的冰川冰密度大，透明度高。

当冰川冰积累到一定厚度，只要地表或冰面具有适当的坡度，冰体就能向雪线以下地区缓慢流动，伸出冰舌，形成冰川。

运动是冰川区别于其他自然界冰体的最主要特征。冰川运动主要通过冰川内部的塑性变形和块体滑动来实现。冰川冰是冰晶的聚合体。它在低温条件下，冰晶体相互之间结合十分紧密。当冰层厚度达到某一临界厚度时，冰层下部受到上部冰层的较大压力，使冰的融点降低，这时在下部冰层内部则是冰、水和水汽三相共存的物态。在缓慢增加的压力作用下，冰的晶体之间的相互位置就可以变动而出现塑性变形。因此，一般较大的冰川常可以分为两层，上部为脆性带，下部是塑性带。塑性带的存在是冰川流动的根本原因。但对于小冰川，塑性带流动常不明显，冰川运动主要依靠底面滑动。

导致冰川运动的力源主要是重力和压力。取决于底床坡度而流动的叫重力流，多见于山岳冰川；取决于冰面坡度而流动的叫压力流，多见于大陆冰盖。

冰川运动的速度取决于冰川的厚度，冰床或冰面坡度，冰川速度与厚度（或冰面坡度）成正比关系，见表10.4。冰川的流动速度是非常缓慢的，肉眼不易觉察。山岳冰川流速一般为每年几米到一百多米。例如，中国天山冰川流速10～20m/a；珠穆朗玛峰北坡的绒布冰川，中游最大流速为117m/a。但是，世界上有些冰川在短期内出现爆发式的前进，如1953年3月21至6月11日不到三个月，喀喇昆仑山南坡的斯塔克河源的库西亚冰川前进了12km，平均113m/d；西藏南迦巴瓦峰西坡的则隆弄冰川，在1950年8月15日（藏历七月初二）晚，冰川突然前进，数小时内冰川末端由原来海拔3650m处前进至海拔2750m的雅鲁藏布江河谷，前进水平距离达4.8km，形成数十米高的拦江冰坝，使江水断流。

表10.4　世界主要冰川区大冰川的概略运动速度

冰川运动的速度在冰川各部分是不同的。从冰川的纵剖面来看，中游流速大于下游；从横剖面来看，冰川中央流速大于两侧；从垂直剖面来看，冰舌部分以冰面最大，向下逐步减少，而在冰雪补给区则因下部受压大，故最大流速常位于下层离冰床一定距离的地方（在冰川最底部因为和冰床摩擦速度降低）。由于冰川表面各点运动速度的差异，因而冰面上常产生各种裂隙。

冰川的运动速度及末端的进退，往往反映了冰川物质平衡的变化。当冰川的积累量与消融量处于平衡时，冰川停滞稳定。随着气候的变化，若降雪增多，冰川积累量加大，就会导致冰川流速变快，并以动力波的方式向下传播，冰舌末端向前推进；反之，若冰川补给量减少或消融量增加，则冰川流速相应减小，冰川后退。

2.冰川的分类

冰川的分类有按形态分类的，有按地理分类的，还有按冰川的物理性质分类的，分类方法很多，但多不完善。最早的分类是根据冰川的形态划分的，虽然它不完备，但能在野外的实际考察中直观地进行初步划分，简单又方便，至今仍被较广泛采用。地理分类是按冰川形态的区域特征划分的，实际上仍属形态分类法的派生，如它常分为阿尔卑斯型，斯堪的那维亚型，土尔其斯坦型等。目前，从冰川学的角度进行分类的是物理分类方法，它是根据冰川的物理性质来划分的，是一种较为科学的分类法，但是，它必须要有足够的实际观测资料才能进行。下面仅就常用的形态分类和物理分类分别加以简介。(www.xing528.com)

3.冰川的形态分类

按照冰川的形态和规模，地球上的冰川基本上分为两大类，即大陆冰川和山岳冰川。

（1）大陆冰川。大陆冰川又称大陆冰盖，是补给区占优势的冰川，其特点是面积大，冰层巨厚，分布不受下伏地形的限制，冰川呈盾形，中部最高，冰体向四周辐射状挤压流动，至冰盖边缘往往伸出巨大的冰舌，断裂后入海，成为巨大的海洋漂浮冰，它们形成的年代很古老，在第三纪时就存在了。国际上习惯把超过5万km2面积的冰川才当作冰盖，目前，世界上主要是南极和格陵兰两大冰盖。其中南极冰盖最为巨大，包括边缘分布着的冰架在内，总面积达1380万km2。冰盖的平均厚度为720～2200m，最大厚度达4267m。整个南极大陆几乎都被永久冰雪所覆盖，只有极少数山峰突出于冰面之上，称为冰原石山。冰盖边缘有一些没有脱离冰盖的大冰流伸向海中，并漂浮于海上，有的可延伸几百千米，虽然冰体是运动着的，但其范围基本是稳定的，这叫冰架，或称冰棚。比较著名的大冰架有罗斯冰架、菲尔希内尔冰架和罗纳冰架等。在冰盖边缘的其他地方也常有一些冰舌伸入海上，这就是流动速度较快的溢出冰川。冰架和溢出冰川都是陆缘冰，它们的前端由于消融而崩解，使大小不等的冰块在海上漂流，称为冰山。格陵兰冰盖面积170万km2，由南北两个大冰穹组成，冰盖最大厚度3411m，其边缘没有大冰架，而溢出冰川甚多。另外，在南北极地区的一些岛屿上，还形成许多比冰盖规模小得多的所谓冰帽或冰原。如北极地区的斯瓦巴德群岛、新地岛、北地岛、加拿大极地岛和冰岛，以及南极地区的克尔格伦岛、布维岛等都有冰帽或冰原存在。

（2）山岳冰川。山岳冰川也称山地冰川，是运动占优势、积累与消融大致平衡的冰川。山岳冰川是完全受地形约束而发育的冰川，主要分布于地球的中低纬高山地带，其中，亚洲山区最发达。山岳冰川发育于雪线以上的常年积雪区，沿山坡或槽谷呈线状向下游缓慢流动。根据冰川形态、发育阶段和地貌特征的差异，山岳冰川进一步可分为以下几种。

1）悬冰川，这是山岳冰川中数量最多但体积最小的冰川，成群见于雪线高度附近的山坡上，像盾牌似的悬挂在陡坡上，其前端冰体稍厚，没有明显的粒雪盆与冰舌的分化，厚度一般只有10～20m，面积小于1km2。对气候变化反应敏感，容易消退或扩展。

2）冰斗冰川，分布在河谷源头或谷地两侧围椅状的凹洼处，冰斗底部平坦，而壁龛陡峻。冰体越过冰坎呈短小冰舌溢出冰斗，悬挂在斗口。冰斗冰川面积一般小于10km2。

3）山谷冰川，是山岳冰川中发育最成熟的类型，具有山岳冰川的全部功能，是冰川研究的主要对象。山谷冰川具有明显而完整的粒雪盆和伸入谷地中的长大冰舌，冰川长度达到数公里至数十公里，冰川厚度为数百米。如喀喇昆仑山的希亚臣冰川长75km，最厚处达950m；帕米尔的费德钦科冰川长71.2km，最厚处达900m。以雪线为界，山谷冰川具有明显的冰雪积累区和消融区，分别表现为粒雪盆和长大冰舌。它像河流那样顺谷而下，沿途还可接纳支冰川汇入，组合为规模更大的复式山谷冰川、树枝状山谷冰川。

4）山麓冰川，巨大的山谷冰川从山地流出，在山麓地带冰舌扩展或汇合成大片广阔的冰体，叫山麓冰川。现代山麓冰川只存在于极地或高纬地区，如阿拉斯加、冰岛等。阿拉斯加的马拉斯平冰川是条著名的山麓冰川，它由12条冰川汇合而成，山麓部分的冰川面积达2682km2，冰川最厚达615m。

5）平顶冰川，是山岳冰川与大陆冰盖的一种过渡类型，它发育在起伏和缓的高原和高山夷平面上，故又名高原冰川或高山冰帽。有时，在平顶冰川的周围常伸出若干短小的冰舌。这类冰川规模差别很大，其面积自数十至数千千米不等。如我国祁连山最大的平顶冰川土尔根达坂山的敦德冰川，面积为57km2；斯堪的纳维亚半岛上的约斯特达尔冰帽，长90km，面积达1076km2；冰岛东南部的伐特纳冰帽规模更大，面积达8410km2。

4.冰川的物理分类

根据冰川活动层（由冰川表面以下至15～20m深度内）以下的恒温层所特有的热力特征，将冰川分为3类：暖型、冷型和过渡型。

（1）暖型冰川。冰川上部的活动层受气温变化而升高或降低，而下部的恒温层则不受气温变化的影响，使冰川至底部的温度具有压力融点的等温状态，只有冬季上层几米处于负温。此类冰川主要分布在温带海洋性气候区，如欧洲阿尔卑斯的现代冰川。我国西藏东南部山地及横断山的一些山区，受印度洋西南季风影响下发育的冰川亦属此类。

（2）冷型冰川。在极地或温带某些山岳冰川中，不仅冰川活动层的温度很低，恒温层内温度也明显低于冰融点温度。冰体直到很大深度都是负温，主体温度常在-10～-1℃以下。此类冰川主要分布在极地地区和温带大陆性气候下的中、低纬山地。我国西部和中亚高山冰川大多属此类型。

（3）过渡型冰川。冰川表层为低温，而底部为相应的压力融点温度。