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科普 | 你知道冰川在不停運(yùn)動(dòng)嗎?

發(fā)布日期:2023-02-06??來源:科普中國??作者:地球故事??瀏覽次數(shù):2776
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核心提示:在全球氣候變暖的今天,冰川已經(jīng)成了萬眾擔(dān)憂的主體,但除了知道它們在不斷消融外,你知道它們也在不停運(yùn)動(dòng)嗎?冰川也“好動(dòng)”1827年,有個(gè)地質(zhì)工作者在阿爾卑斯山的老鷹冰川上修筑了一座石砌小屋。13年后,這座小屋向下游移動(dòng)了1428米。小屋本身是不會移動(dòng)的,但小屋的地基——冰川,卻在不停運(yùn)動(dòng)。冰川之所以會運(yùn)動(dòng),是因?yàn)楸ū淖冃魏偷撞炕瑒?dòng)。它們都是由

在全球氣候變暖的今天,冰川已經(jīng)成了萬眾擔(dān)憂的主體,但除了知道它們在不斷消融外,你知道它們也在不停運(yùn)動(dòng)嗎?

冰川也“好動(dòng)”

1827年,有個(gè)地質(zhì)工作者在阿爾卑斯山的老鷹冰川上修筑了一座石砌小屋。13年后,這座小屋向下游移動(dòng)了1428米。小屋本身是不會移動(dòng)的,但小屋的地基——冰川,卻在不停運(yùn)動(dòng)。

冰川之所以會運(yùn)動(dòng),是因?yàn)?span style="font-weight: bolder;">冰川冰的變形和底部滑動(dòng)。它們都是由于冰川自身的重力作用產(chǎn)生的。

冰川運(yùn)動(dòng)和水流有些相似,中間快、兩邊慢。許多海洋性冰川上會出現(xiàn)形象十分奇特的弧形連拱,這就是冰川運(yùn)動(dòng)過程中,中間和兩邊速度不一樣產(chǎn)生的。

運(yùn)動(dòng)的冰川 圖片來源:維基百科

說起來也奇怪得很,冰川還會像水流似的,出現(xiàn)旋渦,有些冰川上的旋渦還十分壯觀。

但是冰川畢竟是冰組成的,冰和水還是有很大差別的。

最明顯的一點(diǎn),冰川表面常有許多裂隙,有些裂隙有幾十米深,裂隙的存在說明冰川有脆性。不過,經(jīng)過數(shù)百年的調(diào)查觀測,冰川上裂隙的深度也有一定限度,這又說明冰川下部是塑性的,它可以“柔軟”地適應(yīng)各種外力作用而不致發(fā)生破裂。因此,可以把冰川分為兩個(gè)部分,表面容易斷裂的這層叫作脆性帶,下部“柔軟”的部分叫作塑性帶塑性帶的存在是冰川運(yùn)動(dòng)的根本原因。

冰川裂隙 圖片來源:維基百科

冰川的“兩帶”是怎么形成的?

要回答這個(gè)問題,我們得從形變這個(gè)物理概念說起。

物體在受力的情況下,為了適應(yīng)或消除外力,有兩種形變方式,即彈性形變塑性形變。例如,一根皮筋在受到較小的力時(shí),產(chǎn)生彈性形變;當(dāng)受力超過彈性強(qiáng)度時(shí),發(fā)生塑性形變,皮筋就再也回不到原來的形狀了。當(dāng)然,當(dāng)皮筋受到的力特別大,超過了自身的破裂強(qiáng)度時(shí),它就被拉斷了。

彈性形變(A)、塑性形變(B)和斷裂(C)圖片來源:Clinical Gate

對冰來說,由于它容易實(shí)現(xiàn)晶體的內(nèi)部滑動(dòng),是有利于表現(xiàn)出塑性形變的。但是,當(dāng)外力突然增大時(shí),很容易超過冰的破裂強(qiáng)度,發(fā)生斷裂,只有在緩慢加荷并長期受力時(shí),冰才能充分顯現(xiàn)出塑性形變的特色。

我們知道,物體在長期受力時(shí),哪怕這種力較小,也會產(chǎn)生塑性形變。由于上部冰層的壓力和上游冰層的推力,冰川下部總是處于受力狀態(tài),使下部冰層的塑性表現(xiàn)得比較充分。同時(shí),下部冰層由于受壓,熔點(diǎn)比上部冰層的熔點(diǎn)低,下部冰層就更接近于熔點(diǎn),因而塑性形變更易實(shí)現(xiàn)。這樣,冰川下部出現(xiàn)塑性帶就不難理解了。而冰川表層缺乏長期受力這個(gè)重要條件,當(dāng)外力突然增加時(shí),經(jīng)常直接斷裂,成為脆性帶。

塑形帶與脆性帶,圖中虛線處為塑形帶與脆性帶的交界。圖片來源:Lauren Adams

冰川大多都是“慢性子”

冰川運(yùn)動(dòng)的速度,慢的不過日均幾厘米,快的也不過日均數(shù)米,以致人的肉眼很難發(fā)覺出冰川是在運(yùn)動(dòng)的。格陵蘭的一些冰川,運(yùn)動(dòng)速度居世界之首,但每年也不過運(yùn)動(dòng)千余米而已。其他地區(qū)的冰川,年流速不過百余米。我國的冰川大多數(shù)是大陸性冰川,冰川積累不豐富,冰川上的物質(zhì)循環(huán)較為緩慢,因而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)速度比較慢。

冰川的運(yùn)動(dòng)速度是有季節(jié)變化的,夏快冬慢。造成這種差別的原因之一是冰川溫度的變化。當(dāng)冰川增溫時(shí),冰的黏度迅速減小,黏度減小使塑性增加,因而冰川運(yùn)動(dòng)速度加快。夏天冰融水出現(xiàn)在冰川內(nèi)部及底部,是促進(jìn)冰川快速運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)原因。

冰川運(yùn)動(dòng)速度總的來說十分緩慢,但是,有些冰川的“脾氣”卻很古怪,它們會在長期緩慢運(yùn)動(dòng)之后,突然爆發(fā)式地向前推進(jìn)。爆發(fā)式推進(jìn)在有些冰川上是周期性發(fā)生的,是冰川運(yùn)動(dòng)的一種特殊方式。人們把這種現(xiàn)象叫作冰川的“波動(dòng)”,具有波動(dòng)性質(zhì)的冰川叫作“動(dòng)冰川”。

冰川波動(dòng)常引起特大洪水。在印度河上游就有一條冰川,周期性地進(jìn)入主谷,當(dāng)它攔截河流時(shí)會形成大湖,如果湖水潰決,又會形成大洪水,造成災(zāi)害。新疆葉爾羌河周期性發(fā)生特大洪水,也可能與冰川波動(dòng)造成的冰湖潰決有關(guān)。

挪威斯瓦爾巴群島的一座冰川有波動(dòng)現(xiàn)象。圖片來源:HE?DI SEVESTRE

冰川如果有大規(guī)模的運(yùn)動(dòng),可以引起一系列的地質(zhì)作用,引起生物的滅絕和變遷,從而改變整個(gè)地球的環(huán)境。研究冰川運(yùn)動(dòng)能夠及時(shí)得到海平面變化、水系和水文條件的改造、生物的滅絕和變遷等諸多信息??磥恚昂脛?dòng)”的冰川對地球來說,重要性不容小覷。

出品:科普中國

作者:地球故事

監(jiān)制:中國科普博覽

責(zé)任編輯:胡惠雯

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