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1、 地质地貌学 第九章冰川的地质作用和其实际的地貌特征 第九章冰川的地质作用及其地貌特征 第一节冰川的形成第二节冰川地貌特征第三节冰碛物与古冰川的研究意义 第一节冰川的形成 一 冰川的形成和分布 一 冰川的形成1 雪原与雪线对流层气温随高度和纬度的增加而降低 这样 到达一定高度的高山地区和一定纬度的高纬地区 气温经常在0 以下 水分的降落和保存多处于固体状态 降雪不能在一年之内全部融化或升华掉 便长年累月地积聚起来 形成终年积雪区 叫做雪原 终年积雪区的下线叫雪线 在雪线附近 年阵雪量大约等于年消融量 雪线以上 降雪量大于消融量 形成冰雪的积聚 雷线以下 降雪量小于消融量 所以没有雪的覆盖 雪线
2、高度与气温 阵雪量 地形等因素有关 所以各地雪线高度不同 总的规律是自赤道向两极迅速降低 2 冰川的形成当地面高度超出当地雪线时 那里就出现雪原 降落下来的雪 被风吹扬到背风的地形低洼之外 逐渐形成巨厚的雪层 由雪变成冰川冰须经历两个过程 新雪变成雪粒 雪粒再变成冰川冰 初降的新雪为六角形的冰片 雪层疏松 密度仅0 0085g ml 随着雪层的加厚 下部的雪层受压缩 排出部分空气 同时 在压力和阳光照射下 部分雪升华或融化 水气迁移到另一部分雪粒上再结晶 雪粒增大受圆 形成粒雪 粒雪是一种白色冰晶 比重0 2 0 4 粒雪继续被压实 孔隙进一步减少 彼此结合成冰川冰 冰川冰是浅兰色的 是致密透
3、明冰层 在缓慢持久的压力下 具有可塑性 通常在低洼处积雪达到40m厚时 底部雪层即转化为冰川冰 只要冰川冰表面达到一定坡度 冰川冰就会在上层压力和重力推动下 从高的地方流向低的地方 冰川就形成了 二 冰川的分布既然冰川是气候和地形相配合的产物 所以冰川的分布和形状 规模也受地表热量 降水量分布规模和地形条件的制约 由于地表温度自赤道向两极降低 所以决定了现代冰川分布在气候严寒的南纬度和极地地区 中低纬度地区只有高出当地雪线以上的高山上才有零星分布的冰川 我们称前者为大陆冰川 后者为山丘冰川 二 冰川的类型特征 一 山岳冰川的类型及特点山岳冰川主要分布于中低纬度地区 雪线高出海平面较多 冰川积累
4、区不大 因而冰川形态受地形限制较严格 故又分为 1 悬冰川这是山岳冰川中数量最多的一种冰川 一般面积小于1km2 依附在山坡上 由于所在的山头高出雪线不多 随气候变化易生易灭 2 冰斗冰川冰斗冰川以其所在的地形为冰斗而得名 冰斗的规模差别极大 大的可达数平方公里以上 小的不及1km2 冰斗冰川都有一个陡峭的后壁 常发生频繁的雪崩和冰崩 这是冰雪补给的一个重要来源 有时 冰斗冰川有个短小的冰舌流出冰斗口 位于谷地源头的冰斗规模一般比较大 周围还可以有次一级冰斗 这种冰川叫围谷冰川 3 山谷冰川 当雪线下降时 在有利的气候和补给条件下 冰斗冰川迅速扩大 大量冰体从冰斗中流出 进入山谷形成山谷冰川
5、山谷冰川以雪线为界 有明显的冰雪积累区 粒雪盆 和消融区 冰舌 山谷冰川长度可由数公里至数十公里 冰川厚度数百米至近千米 单独存在的称为单式山谷冰川 由几条山谷冰川汇合的称为复式山谷冰川 汇合的方式有并列 嵌入和上迭等形式 见图9 1 二 大陆冰川的特点发育在两极地区 由于面积广大和冰层巨厚 常超过千米 冰流不受下伏地形限制 由中央最高处向四周作放射状流动 冰流下常掩埋规模宏大的山脉和低于海面的盆地 三 高原冰川的特点高原冰川是大陆冰川与山谷冰川的一种过渡类型 冰川下伏的是起伏和缓的高地 向周围伸出许多冰舌 高原冰川亦叫冰帽 如斯堪的纳绍亚半岛上的约斯特达尔冰帽 面积达1076km2 长为90
6、km 宽为10 12km 有许多冰舌向东西两侧伸出 冰岛东南部的伐特纳冰帽规模更大 面积达8410km2 我国西部高原和高山常在古夷平面上发育平顶冰川 也属高原冰川的性质 祁连山西南部最大的平顶冰川面积达五十多平方公里 四 山麓冰川的形成及特点一条巨大的山谷冰川或几条山谷冰川从山地流出 在山麓地区扩展或汇合成一片广阔的冰原 叫做山麓冰川 山麓冰川是山岳冰川向大陆冰川转化的中间环节 当雪线下降时 山岳冰川先联合形成山麓冰川 山麓冰川向平原扩大并逐渐掩盖山地 分水岭不再是山地而是冰川的高起部分 于是冰川摆脱地形限制 成为大陆冰盖 三 冰川地质作用 一 冰川的运动任何冰川都有或大或小的运动速度 冰川
7、的运动一般以年为计算单位 由数十米至数百米不等 但是 有一种冰川能发生周期性的突然前进 运动速度十分惊人 这种冰川叫波动冰川 是特殊类型的冰川 其运动规律不受气候变化控制 冰川运动速度在冰川的各个部分是不一样的 较快的是在冰川的中部 即从粒雪盆出口到冰舌的最上部这一段 因为这里冰川最厚 由此向上游和下游都逐渐减薄 横穿冰舌 运动速度最快在冰川的中部 冰川通过陡坡常形成冰瀑布 这里运动速度最快 因拉伸作用 冰面布满裂隙 冰川运动速度随季节变化 一般夏季快于冬季 日间快于夜晚 因为夏天和日间冰川融水多 经裂隙及边缘渗入冰川床 使冰川底部润滑 因而速度加快 冰川冰受力后易发生翅变 这种力主要来源于冰
8、川自身的重力 因而冰川可分为表而的脆性带和下部的可塑带 裂隙的深度很少超过30m 这说明这个深度以下冰川冰处于塑性状态 破裂面易于闭合 主要以流变方式来消除应力 冰川的流动即发生在这个带中 表面的脆性带是被下部的可塑带托着往前运动的 过去有一种推论 认为冰川的下部由于处于可塑状态 因而运动速度比表面快 经实际观测 运动速度以表面最快 并向底部递减 因为冰川底部存在摩擦阻力 冰川运动是由可塑带的流动和底部的滑动两部分组成的 在中低纬度地区 由于冰融水活跃 滑动常占运动总量的20 80 但不能认为高纬度地区冰川不发生滑动 南极冰盖深钻探明 冰上部虽然温度极低 但底部基本上处于压力融点 冰的融点每增
9、加一个大气压力要降低0 0075 即冰川底部与基岩并没有冻结在一起 冰川的滑动是可能的 冰川滑动又叫冰川块状运动 一条冰川是否以块状运动为主 可以从冰川横剖面上流速的分布看出 如果以块状运动为主 冰川两侧运动最慢 中部流速几乎是齐头并进 如果以流动为主 则中央流速最快 冰川滑动不仅有冰川沿谷床的块状运动 还有冰川内部的相互滑动 最常见的就是冰舌部分的逆掩断层 由于下游冰舌消融变薄速度降低 上游运动较快的冰向前推挤 沿破裂面发生滑动 二 冰川的侵蚀 搬运和堆积冰川是一种巨大的侵蚀力 有人计算过冰岛河流的含沙量 冰源河流是非冰源河流的5倍 相当于每年全流域蚀低2 8mm 阿拉斯加的谬尔冰川以含沙量
10、计 每年流域蚀低19mm 估计冰川的全部侵蚀力可超过一般河流10 20倍 冰川本身的搬运力量极为惊人 大陆冰川可以把大片基岩从原地搬走 纯粹的冰川是没有什么侵蚀力量的 因为冰的硬度很低 按莫氏硬度计算 冰在不同温度下硬度为 0 1 2 15 2 3 40 4 50 6 另外 冰在长期受力时 易发生流变 在0 时 冰的抗压强度为2 105Pa 即22m深处的冰已处于可塑状态 遇到基岩突起时只能绕过 冰川所以能侵蚀地表 主要依靠冰中所含的岩石碎块 冰碛 特别是冰川底部的石块突出冰外时 就成为铁犁和挫刀一样的有力工具 冰碛石愈大 突出冰外的部分 角 棱 愈小 刻蚀力量愈大 冰川底部就像砂轮一样 在滑
11、运过程中不断锉磨冰床 这种作用叫做刨蚀作用 主要产生一些细粒物质 另外 冰川还有一种掘蚀作用 冰床上如果有因节理而已松动的岩块 其突出部分能与冰冻结在一起 冰川向前移动时即把岩块掘出带走 在冰斗后背 冰川侵蚀的方式也是如此 见图9 6 一条冰川究竟以刨蚀作用为主还是掘蚀作用为主 将取决于冰床基岩的岩性 花岗岩节理发育 有利于掘蚀作用的进行 因此 花岗岩地区冰碛物的漂砾特别多而又巨大 冰川除通过刨蚀和掘蚀从谷床上获得冰碛物外 雪崩 冰崩及山坡上的块体运动常给冰川带来大量碎屑物质 这些碎屑在冰川中被携带而来 运动冰碛 出露在冰川表面的叫表碛 夹带在冰内的叫内碛 冰川底部的叫底碛 冰川边沿的叫侧碛
12、两支冰川会合后 侧面合并的冰碛物叫中碛 冰川末端冰碛物环绕冰舌形成高大的冰碛堤 叫做终碛 前碛 冰川消融以后 冰碛物堆积下来 形成基碛 包括运动冰碛中的底碛 表碛 内碛和中碛 侧碛和终碛等 分别构成一定的冰川堆积地貌 第二节冰川地貌特征 一 冰蚀地貌的类型及其形成特点 一 冰斗 刃脊与角峰冰斗是山岳冰川最典型的冰蚀地貌之一 按其分布位置可分为谷源冰斗和谷坡冰斗两种 谷源冰斗规模一般大于谷坡冰斗 往往还有次一级的冰斗分布在周围 因而又叫做围谷 典型的冰斗是半圆形 三面环以陡峭的岩壁 开口处为一高起的岩槛 冰斗底部是一个洼地 冰川消退后 往往积水成湖 叫做冰斗湖 随着冰斗的不断扩大 斗壁后退 相邻
13、冰斗间的岭脊渐渐变成刀刃状山脊 称为刃脊 几个冰斗所夹持的山峰就变成尖锐的金字塔形角峰 二 槽谷与峡湾冰川谷的典型形状是槽谷 亦称U形谷 U形谷正是冰川为本身创造出的理想断面 因为流体只有当所通过的断面大于最大平均深度时才能畅通无阻 冰川槽谷具有明显的谷肩和冰蚀三角面 这是不同于普通山区河谷的明显特征 槽谷在谷源冰斗下方形成的陡壁叫槽谷头 冰川通过时形成巨大的冰瀑布 槽谷的形成和冰川的下蚀和展宽是密切相关的 下蚀使冰斗和支谷高悬起来 形成悬谷和槽谷头 展宽则削平交错山嘴 造成特殊的冰蚀三角面 使槽谷平直畅通 美国加利福尼亚州的约斯迈特槽谷深900 1200m 只是冰川的下蚀量就有450m 近年
14、的物探表明 谷床上还有厚达300m的松散堆积物 包括冰渍 在我国西部山地也有深达千米的大槽谷 在支冰川注入主冰川的汇合处 常在谷肩处出现悬谷 这是由于支冰川厚度比主冰川小 侵蚀力弱 底床深度也较小 冰退以后支谷就成为悬谷 我国西部许多山地的悬谷高出主冰川谷达百余米至数百米 槽谷在纵剖面上常有冰坎 岩槛 与冰盆交替 并形成串珠状湖泊 冰坎与冰盆是冰川作用选择性侵蚀的结果 这种选择性侵蚀与冰床基岩的构造 节理有关 冰前期河床剖面的原始起伏也起很大作用 冰川在冰坎上为伸张流 流速快而侵蚀量小 在冰盆中为压缩流 沿破裂面向上滑动 发生类似冰斗中的旋转运动 使冰盆受到下蚀而加深 冰坎的高度由数十米到数百
15、米不等 冰盆积水成湖 深度一般为数十米 另外 在山谷冰川出山口的地方常挖成很深的尾端湖 槽谷的另一种形态是纵断面呈平滑曲线 谷底宽敞平坦 前一种槽谷常见于新构造运动比较强烈 气候比较湿润 地形切割比较强烈的山地 如喜马拉雅山 阿尔卑斯山 阿拉斯加沿海岸的山脉等山地中的槽谷属之 后一种槽谷常见于新构造运动相对较弱 气候比较干燥 地形和缓的山地 如我国祁连山 唐古拉山中的槽谷 从冰川性质而论 海洋性冰川侵蚀力强 易形成阶梯状纵剖面 大陆性冰川侵蚀力较弱 易形成平滑纵断面 峡湾是槽谷的一种特殊形式 大陆冰流或岛屿冰盖入海常形成许多峡湾 它是过去溢出冰川的通道 溢出冰流有较高的流速 因而有强大的侵蚀力
16、 由于冰川很厚 入海尚未漂浮之前仍然侵蚀冰床 形成冰盆和岩槛相交替的纵剖面 峡湾入海终端常为高起的岩槛 它和后方的冰盆高差由数百米到上千米 三 羊背石与磨光面 冰擦痕羊背石是冰川底部的一种侵蚀地形 形态上为一些石质小丘 远望如甸伏谷地的羊群 迎冰面因刨蚀作用平缓而倾向上游 布满磨光面 擦痕 刻槽等侵蚀微形态 背冰面因掘蚀作用多为参差不齐的陡坎 形成这种特征是因为迎冰面的冰川冰因压力增长而出现暂时的融化 融水向下方流到背冰面时 因压力降低而重新冻结起来 造成冰下的冻融风化 使岩石沿节理 层面裂开 冰川越过时即把这种松动的碎块掘蚀而去 冰川作用所形成的磨光面不仅出现在羊背石上 在u形谷的谷壁和漂砾上也可形成磨光面 条件是岩石比较致密 磨蚀物是沙和粉沙一级的碎屑 如果磨蚀物的粒径增大则成擦痕和刻槽 擦痕长数厘米至1m 深度一般为数毫来 由于冰川底部的冰流方向可以变化 因面磨光面上的擦痕常成几组交叉出现 冰川擦痕细长而较深 有横向阶梯的擦痕叫颤痕 二 冰碛地貌特征 一 冰碛丘陵 基碛丘陵 冰川消融后 原来的表碛 内碛 中碛都沉落到底碛之上 合称基碛 基碛是大陆冰川地区分布最广的一种冰碛 多成片
