冰川的地质作用

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1、第九章 冰川的地质作用,夏 昭 德,目的要求：冰川是地表一种特殊的作用介质，形成非常特殊的外动力地质作 用。要求了解并掌握冰川的概念、形成过程、特点，以及冰川地质作用的特点、过程和产物。 课时：2学时 授课内容： 一、冰川的概念 二、冰川的形成、类型和流动 三、冰川的剥蚀作用 四、冰川的搬运和沉积作用 五、冰川作用与板块运动 重点：冰川的形成、类型和流动，以及冰川地质作用的特点、过程和产物。 难点：冰川的固体搬运方式与液体和气体明显不同。另外，冰川的搬运大多 数学生很难见到。因此，冰川的搬运作用较难理解，是教学的难点。 教学方法：以多媒体讲授为主。,一、冰川的概念和地质意义：,1、冰川的概念：

2、冰川是地球上终年缓慢流动着的巨大冰体。广泛分布于高纬度地区和中低纬度的高山区。现代冰川覆盖着陆地面积的10%，约15106km2，南极洲大陆和北极附近的格陵兰几乎全部被冰川覆盖。全球冰川总体积约29106km3。我国冰川面积约58700km2，体积约5200km3，全部分布于西部高山区。,世界冰川的分布,第一节 冰川的概念、形成、类型和流动,2、冰川的意义：冰川的存在对地球具有如下重要意义。1）、冰川是巨大的淡水资源，世界上许多大的河流均源于冰川分布区； 2）、冰川对调节气候，促进水圈循环及生命的演化等具有重要作用； 3）、冰川对高山区的剥蚀作用，促进高山及极地地区的地形改造和沉积具特殊作用。

3、,加拿大纽芬兰花岗岩表面的冰川擦痕,二、冰川的形成与类型：,1、雪线的概念：在长年气温低于0的高纬度地区和高山区，降雪不能全部融化或升华而积聚起来，常年累月形成终年不化的雪源。终年积雪区的下部界限叫雪线。雪线附近的降雪量与消融量基本相等，雪线的海拔高度各地不等，要视其纬度、气温、降雪量、地形及坡向等因素而定。,富士山与雪线,2、冰川的形成：两极地区和雪线以上地区逐年堆积的巨厚雪层，加之风的作用或是雪崩等可使山岭上的雪进一步集中于洼地，形成积雪洼地，称为雪窝。雪窝中的雪层较厚，新雪经升华、凝华和重结晶作用可转变为粒雪。当粒雪层厚度超过40m，底部雪层经压实、粒雪合并，密度达0.9时即转变为冰川冰

4、。冰川冰以自身重力及可塑性，在重力的作用下可从冰窝溢出并形成向山下流动的冰川。,冰川冰,冰川冰的形成过程,晶滢的冰川冰,冰川的形成 积雪 冰川冰 冰川,冰川冰的形成：,雪花,雪粒,粒雪,冰川冰,阶段性降雪能在冰川中形成明显的层理，从表面向下颜色也有从白色到蓝色的变化。冰川层理受侧向压力的作用后可形成各种褶皱。,3、冰川的类型：冰川主要分为大陆冰川和山岳冰川两大类。,大陆冰川：分布于两极地区的冰川称为大陆冰川。其规模大数量多，占地球冰川的99%。多形成中心厚、边缘薄的巨大冰盖或冰盾。,面积大2冰层厚3运动不受地形影响,特点：,大陆冰川分布面积和厚度巨大，可向四周运动，不受下伏地形影响。冰山 （i

5、ceberg),南极冰盖,北 极 格 陵 兰 冰 盖,格陵兰冰盾内部,山岳冰川：发育在中、低纬度高山区的冰川称为山岳冰川。山岳冰川仅占1%。山岳冰川沿山谷流动者称山谷冰川，分主冰川和支冰川。雪窝中的雪层转变成冰川冰后，雪窝也就转变成冰斗，位于冰斗中的冰川叫冰斗冰川。冰川的前缘称冰前。,规模小冰层薄分布和运动主要受地形影响和限制,特点：,我国纬度分布最低的山岳冰川 - 云南玉龙山(海拔6000米),山 谷 冰 川,山谷冰川,珠 峰,山谷冰川的分布,山岳冰川之一,山谷冰川,冰斗冰川,山 谷 冰 川 的 结 构,冰前,三、冰川的流动：冰川底部的冰层在上覆冰层的压力作用下可产生塑性流动。大陆冰川从中心

6、向四周流动，山岳冰川向坡下流动。冰川是固体流，向前的推力非常大，对其经过的地形有很强的改造。冰川的流动速度十分缓慢，山谷冰川平均每年流动仅数十米到几百米。但在特殊地段也较快，如喜马拉雅山南坡冰川每年可流动700-1300米。冰川的流速与降雪量、坡度和温度等因素有关。大陆冰川流动更慢，每年平均仅几十米。,冰川底部和两侧因受地面摩擦阻力而流动较慢，各部位之间的流速差可产生一定的应力，在这种应力的作用下产生不同方向的冰裂隙和冰褶皱。,冰裂隙,四、冰川的前进与后退1、冰进与冰退：当供冰量与冰前的消融量长时间保持平衡，则冰前可固定在同一位置上；当供冰量大于消融量时，冰前向前移动，称为冰进；反之则冰前向后

7、退，称为冰退。短周期性气候变化，可使冰前在数十米范围内进、退变化。全球性大的周期性气候变化可引起山岳冰川的伸缩范围达数十公里，大陆冰川甚至可达数百公里。,2、冰期与间冰期：在地质历史上曾经发生周期性的寒冷事件，产生过全球性的大冰进，称为冰期。两个冰期之间的大冰退间隔称为间冰期。大的冰期可使地球气温平均下降5-12；雪线降低600-1200米；世界洋面降低50-100米，海洋面积大大缩小。如果现代冰川全部融化，洋面将上升60米，陆地面积将减少1%，许多沿海城市将淹没水中。,3、冰下河： 冰川越是接近前端，消融现象加剧，冰裂隙扩大，冰融水在冰层下部溶出洞穴，形成冰下河。,4、冰蘑菇、冰芽与冰塔：在

8、冰川表面常散落着从山坡滚落的大小石块，石块吸热升温快可使表层冰融化而陷落在冰层中。同时石块也可起到对其下面冰层的遮荫作用，当外围冰层融化后形成突出冰面、上顶石块的的冰蘑菇。冰蘑菇上的石块掉落后，便形成冰芽和冰塔。冰塔成片分布形成冰塔林。,南极洲埃里伯斯冰塔,一、冰川的剥蚀作用：主要是移动的冰体及其携带的石块对岩石或地层的机械破坏过程，也称为冰川的刨蚀作用（exaration），或冰蚀作用。,二：冰蚀作用的方式：冰蚀作用主要有刨蚀（拔蚀）和锉磨两种。1、刨蚀(拔蚀、挖掘)作用（sapping）：冰川将冰床底部及两侧基岩破碎，并将破碎物质掘起带走。其原因一方面是冰川的压力，如冰层厚100m时，其压

9、力达90t/m3 ，可以使岩石压碎；另一方面是渗入到岩石裂隙之中的冰融水冻结膨胀，促使岩石崩裂。崩裂的岩块被冻结在冰川底部或边侧随冰体移动。,第二节 冰川的剥蚀作用,刨蚀作用,2、锉磨(磨蚀)作用（abrasion）：冻结在冰川底部或边部的岩块在运动中，象锉刀一样不断研磨和刮削着谷底及两侧的基岩，其本身也同时被磨损。,三、冰蚀作用的产物：（一）、冰蚀地貌：,1、冰斗（cirque）： 雪线附近的围椅状的半圆形洼地是冰斗冰川的源地。因为雪线附近冰冻风化作用极为盛行，普通的积雪洼地易被冻裂崩解。崩解的岩块随着冰川运动而搬走，洼地的周壁后退而拓宽，底部剥蚀加深，积雪洼地便发展成为冰斗。,倾向（dip

10、）：标定了雪线的位置-古气候变化。,2、鳍脊与角峰 ：冰川作用之初，高地上冰斗规模较小，相邻冰斗的间距较大。随着冰川作用发展，冰斗扩大，斗壁后退，相邻冰斗靠拢，在平行发展的两冰斗之间的分水岭变得愈来愈窄，形成象鱼鳍一样的山脊，称为鳍脊（kuife-edge crest）。如果同一山头有三个以上冰斗同时进行溯源侵蚀，可形成锥形的孤峰，称为角峰（horn peak）。,3、冰蚀谷（glacial valley）：它是由山谷冰川剥蚀而形成的谷地。谷地宽阔、平直。其横剖面呈“U”形，也称“U”形谷。,美国 蒙大拿,4、羊背石（sarsen stone）：突起于冰床上的坚硬基岩受刨蚀后变为一系列低缓的椭

11、圆形小丘，其长轴方向与冰川流动方向一致，且迎流坡较平缓，并有许多擦痕或磨光面，背流坡为陡坎，这种地貌特称羊背石。羊背石可以指示冰川的运动方向。,“ 羊 背 石 ”（芬兰）,5、冰溜面与冰擦痕：冰蚀谷的谷底和谷坡经长时间磨蚀后，可形成十分光滑的冰溜面。面上常有钉子形的冰川擦痕。,冰溜面与冰川擦痕（意大利）,冰川擦 痕,冰溜面,冰川擦痕(加拿大),一、冰川的搬运作用 1、 载移：碎屑物质在冰川被搬运时恰似在一条传送带上被载运一样，这种冰的固体搬运过程称为载移。2、冰川的搬运特点： 它具固体搬运即载移特点，搬运能力极大；其上的一些巨大的石块很容易被搬运较远； 冰川内的岩石碎块不能自由移动，彼此间很少

12、摩擦与撞击，只是岩块与岩壁间有摩擦； 冰川具有较大的压力，往往形成“钉”子形擦痕。,第三节 冰川的搬运和沉积作用,冰川将刨蚀的产物以及堕落冰面的风化物一并冻结于冰体之中，像传送带一样将它带到冰川的前端。冰川的搬运物都是碎屑物，在冰川中呈固着状态。除因冰体不同部分运动速度有所差异，某些粗大碎屑物相互之间可以局部发生摩擦，以及位于冰川底部和边部的碎屑物可以和冰床基岩发生摩擦以外，绝大多数搬运物在冰体内不能自由转动和位移，不能相互作用，因而在搬运过程中难以受到改造。,冰川搬运和流水搬运的重要区别：,由于冰川是固体介质，尽管其流速很慢，但其搬运能力很强，它可以将直径达数十米的巨大石块搬运很长的距离。大

13、陆冰川以冰山的形式伸入高纬度地带的海洋中，将大量粗大的碎屑物带入海洋中沉积，能造成异常的海底沉积物分布。,冰川的搬运物质通称为冰运物 (ice-moraine)。冰运物按其在冰体中所处的部位，可分为不同类型：,位于冰川表面者称为表碛(surface moraine)；陷入冰体内部者称为内碛(internal moraine)；位于底部者称为底碛(ground moraine)；分布在冰川两侧者称为侧碛(lateral moraine)。两条冰川汇合后，相邻的两条侧碛在汇合点以下并合成一条，成为位于冰川中间的中碛(medial moraine)。,二、冰川的堆积作用 1、冰川的堆积作用：冰川消融

14、后，冰川中携带的碎屑物质就地堆积下来的过程。2、冰碛物：冰川沉积的物质称为冰碛物(moraine deposit)。3、冰碛物具有以下特点： 1）皆由碎屑物组成； 2）大小混杂，缺乏分选性，经常是巨大的石块或细微的泥质物的混合物； 3）碎屑物无定向排列，扁平或长条状石块可以呈直立状态； 4）无成层现象；,5）绝大部分棱角鲜明； 6）有的角砾表面具有磨光面或冰擦痕，擦痕的长短不一，大的擦痕长数十厘米以上，小的擦线细似头发丝； 7）冰擦痕形状多样，有的呈钉形，一端粗而深，一端细而浅，具有擦痕的冰碛砾石称为条痕石，有的砾石受冰川压力长期作用而弯曲，称为“猴子脸”； 8) 根据扫描电镜观察，冰碛物中的

15、石英砂粒形态不规则，棱角尖锐，表面具有碟形凹坑，坑内有贝壳状断口及平行阶坎； 9）含有适应寒冷气候的生物化石，如寒冷型的植物孢子等。,沉积的直径在1m以上的巨大石块称为漂砾（drift boulder），它有时来自很远，其岩性和附近任何基岩显著不同。已固结的冰碛物称为冰碛岩。,冰 漂 砾,搬运中的冰漂砾 (格棱兰),4、冰碛地貌 1）、冰碛丘陵（moraine hill）：冰川在退却过程中，由于冰体融化，原来的表碛、内碛和中碛都沉落在底碛之上，称为基碛（basal moraine）。由基碛所形成的波状起伏的丘陵，称为冰碛丘陵。,2）、侧碛堤（lateral moraine dam）：山谷冰川两

16、侧，侧碛构成了顺谷地延伸的条状岗地，称为侧碛堤。其形态似河流阶地，只是侧碛堤内侧与山坡之间常有排水沟槽。,侧 碛 堤,（瑞士）,终碛堤是冰川前端由冰碛物构成的弧形高地。它是在冰川的补给与消融处于平衡时，因冰川前端的位置固定，冰川搬运的物质不断运送到冰川前端堆积而成。终碛堤的位置指示冰川前缘所到的边界，也是冰川前端停顿地点的识别标志。,3）、终碛堤（terminal moraine dam）：,大陆冰川之 “终碛” （德国）,4）、鼓丘（drumlin）：分布在终碛堤内缘由冰碛物组成的椭圆形高地为鼓丘，其长轴与冰流方向一致。高度由几米到几十米，长几百米。,对古冰川地质作用的研究发现他能判别板块运动。如前所介绍，大陆冰川只分布在南北两极的高纬度地区。当我们在现在的低纬度板块上发现了地史中可靠的大陆冰川沉积记录时，表明该板块在地史中曾经位于高纬度区，经过大陆板块的漂移运动，漂移到现在的低纬度区。这是最合理的解释。但要和全球气候变冷的全球冰期事件相区别。,