不论冰川究竟是怎样移动的,可以相信的是,大多数冰川每天只移动2.5厘米或二三十厘米,有些冰川则是完全不移动。但也有移动速度相当惊人的。1966年,一位机师在加拿大育空区飞越史提尔山时,发现一条极壮观的冰川,每小时移动了0.6米,这样每天就一定15米左右!整个冰川长35千米、宽1千米多,有规律地向前冲行,所向披靡,一切东西都被它冲毁带走了。
许多世纪以来,冰川已使地球的面貌发生了很大的改观。冰川挟万钧之力冲凿地面,挖成北美洲五大湖和挪威沿海的峡湾,凿成阿尔卑斯山高耸的马特杭峰,以及掘成珞矶山脉那些惊险的峡谷等。
延伸阅读——西伯利亚冻原
西伯利亚冻原位于西伯利亚北部,是一片广袤的大平原,沿着北极冰盖的边缘绵延了3200千米,属于欧亚大陆最北部泰米尔半岛的典型景色,湖泊和沼泽星罗棋布,大部分地区苔藓遍布。
在上个世纪80年代的一个夏天,作家杰拉尔德与动物学家德罗尔在泰米尔半岛进行了一番游历。据他们记述,那里的冻土上苔藓和草本植物遍布,苔草之间还有许多小花夹杂其中。矮柳丛遍地都是,粉红的花在翠绿色的苔藓中茁壮地开放着。
那里每年有3个月的时间太阳是不落的,然而即使在仲夏,气温也只有5℃左右。冬季则有一段时间全是漫长的黑夜,不过要短于夏季太阳不落的时间。在这个时候,只有月光可见,极光则是偶尔可见。冬季的气温可降到-44℃,留给植物生长的时间很少,所以这里大多是多年生植物,而且为了免受寒风的侵袭,植物均较为矮小,生长也较为迟缓。
在冻原的下层,大部分土为永久冻土,最厚的冻土层达1370米之深。所有土壤到了冬季都会变成又紧又硬的冻土;而到了夏季,最上层的土壤会融化成一层薄薄的湿土,使植物能在此扎根并生长。湿土层的厚度在最北面只有150~300厘米,但湿土层越向南越厚,最厚可达3米多,即使是桦树和落叶松等植物也能茂盛生长。
在泰米尔半岛,有很多处均为龟裂的冻原,是一种不规则的蜂窝状特殊地貌,由垄埂将沼泽和小湖分割而成。这是由冰冻和解冻不断循环造成地面开裂形成的。在裂缝中,冰楔逐渐形成产生强大压力,地面从而凸起成垄,解冻的泥土和融化的冰水则随之沿坡而下聚成湖沼。
在冻原上,有时可以看见早已绝种的长毛猛犸的骨骼和长牙。几世纪来,西伯利亚人就是从冻土中挖出猛犸的长牙卖给象牙商。肩高4米多的猛犸也曾活跃在欧亚大陆北部和北美洲,其牙长达4米,约在1.2万年前灭绝。但不少猛犸的遗骸——包括完整的猛犸尸体,至今都保存在永久冻土中,主要在西伯利亚。第一具几乎完整无损的猛犸尸体,是1799年由一名找象牙者在利纳牛岛发现的,1803年完全挖掘出来,交给科学家进行研究。
泰米尔半岛的脊梁是贝兰加高原,高约为1500米。泰米尔湖位于高原南缘,属于是北极最大的湖泊,但只有3米左右的深度。春季湖里被融水注满,夏季有3/4的水会流入河流,冬天则全部结冰。这里的许多动物在冬季到来时都会向南迁徙到较为温暖的地方。在西伯利亚的西部,沼泽洼地一直从鄂毕河延伸到乌拉尔山脉,稀有的西伯利亚鹤就在鄂毕河下游度过夏天。
冰期为何会循环
如今,科学界正在大声疾呼,称地球正在日益被二氧化碳所污染,其后果就是产生“温室效应”,导致地球变暖。据说到21世纪,全球的平均温度可能会上升2℃。这个数字意味着:南北极的冰山会溶化一部分,海平面将升高,一批沿海城市都将陷于汪洋之中。
可是,从地球的长期气候周期来看,这不过是件芝麻小事而已。因为一直以来,地球都处于一种“冰期-冰间期(较暖和)-冰期”的循环当中。大约在2万年前,地球和绝大部分陆地都被厚厚的冰层所覆盖着,某些地方的冰层甚至厚达几千米。由于大量的水囤于冰中,那时的海平面要比现在的低100多米。
冰期的成因
一个多世纪来,科学家们一直都企图解释冰期的成因,但都没有获得圆满的答案。直至最近,研究者根据冰期循环这一现象,分析了南极和格陵兰冰帽中的气泡后,揭示出冰期的大气成分与现在的有很大不同。尤其是饱含温室气体和尘粒,所有这些在冷却地球中都起着重要作用。
一个最有价值的研究,是前苏联和法国联合开发的伏斯克钻孔。这是一项非常艰辛的工作,科学家们花了14年的时间,在冰冷的南极洲挖掘出一个世界最深的人工洞穴,并从深处取得了一个长达2000米的冰芯。之所以这样做,是因为那里的冰层含有10多万年前的大气样品。1988年,科学家把这个冰芯运到了法国地球物理和冰河学实验室进行研究。
伏斯托克冰芯的取得被誉为20年来这一研究领域中最大的成就,它隐藏着有关南极和世界其他区域16万年来的气候消息。这一时间跨度十分重要,因为它覆盖了一个大于完整冰期的时间。我们现在正处于一个冰期结束后的冰间期,而这个冰芯经历了最近一个长达10万年的冰期,还有其他4个来自南极和格陵兰的大冰芯,但它们年龄都比不上前者。
研究发现,冰芯中含有许多气泡,这些气泡中保存了冰期的大气样品,这使得科学家第一次看到了大气在冰期循环中所起的巨大作用。在研究了冰芯和深海芯后,科学家找到了一个冰期循环的模式:地球慢慢地滑入约延续10万年的冰期,此时冰川横行,到处都是水。此后在一个短暂的冰间期中气候逐渐转暖,而我们现在正处于这个短暂的融暖期。现今的冰间期约始于1.1万年前,它将再继续上万年的时间,然后再度进入寒冷世界。这样看来,虽然地球上冰暖相互交替,但还是严寒占上风,大约占80%的时间。
冰期为何会循环
既然地球上的气候是冷暖循环的,那究竟是什么原因触发了这种冷暖循环呢?
大部分科学家认为,这主要源于地球轨道形状的变化。人们在做了进一步的研究后认为,轨道效应虽然是一个“最初一击”的力量,但由此引起的日照面变化对地球温度的影响非常小,仅为0.4℃。更为奇妙的是,为何冰期的时期是10万年左右?而对应的地球轨道变化中则10万年又是变化最小的一种周期。
如今,科学家主要面临两个难题:按轨道效应,温度变化并不大,那么是通过哪些放大机制,让地球变得严寒到冰川铺地呢?又是什么原因,使得地球对10万年周期这样敏感?
科学家们又重新研究冰层,因为它是过去长期覆盖1/4大陆面积的冰期的标志。科学家们设想:当地球轨道发生变化时,地球的敏感区域首先会受到日照面变化的影响。具体地说,在夏季,如果加拿大北部日照减弱,那么冬季留下的积雪将终年不化,如此年复一年,这个区域本来冬积夏溶的冰层现在就更会一年年地扩大,最终可向南伸展直至美国纽约。这一大规模的冰川显然成了寒冷的放大器,原先日照面变小仅限于加拿大北部,相应地变冷的地方也仅限于那一区域,但随着冰川日益大,它在更大面积上反射日光,这就大大降低气温,因而十分显着地也就加剧了轨道效应。
大面积的厚冰层也可解释10万年的周期。因为冰层变厚,它下面的大地被压得慢慢下沉,甚至在今天,我们还可以见到一个反证:斯堪的那维亚半岛和其他一度埋于厚冰之下的区域,它们今天因释去了冰层的重负而在缓慢地升起。由于地壳对冰的压力反应很慢,在时间上也是一个几万年数量级的过程。一些专家提出,地质学上的惰性时间可能将气候变化时间调节到10万年的周期上。
不过,尽管用冰层和其他物理机制来解释冰期的过程相当成功,但最近从伏斯托克冰芯的研究揭示出,化学物质和生命物质的变化,也是这种大气候循环的重要媒剂。
物理化学变化对冰期循环的影响
科学家们发现:在大气成分变化中,二氧化碳并不是唯一的参与者,其他如甲烷和硫酸盐粒子等,也会参与其中。在冰期中,甲烷降低,而硫酸盐粒子处于峰值。从冰芯中可以看到,这些尘粒在南极洲有较多积累。在众多而复杂的因素中,理清了这些物质跟温度的关系后,原因几乎就不解自明了,因为它们都属于温室气体的成分,有助于加热大气;而硫酸盐粒子则刚好相反,它具有促进云层生成的作用,进而助长云层对日光的反射,从而使大气冷却。
大气中的这些化学成分的变化,代表了冰期世界曾经发生的一些变化。理论家和电脑专家曾利用这些数据在电脑上进行模拟试验,十分逼真地重现了这种大气候系统的周期变化。
科学家们相信,化学物质的变化具有很大的意义,其中二氧化碳的变化似乎更关键。这也使得人们马上想到了海洋,因为大气中二氧化碳的含量仅及海洋的1/50。他们的研究也的确看到,海洋中二氧化碳的含量与冰期中二氧化碳(密度)的起伏关系密切。既然海洋参与这一大气候系统,那么海洋中的生物也不甘落后。许多电脑模拟说明,海洋生物的光合作用对气候也有一定的影响。海洋中二氧化碳的含量与冰期中二氧化碳(密度)的起伏关系密切。既然海量繁殖。它们的光合作用使得大气中的二氧化碳含量减少,从而促进全球趋向寒冷。不仅如此,它们还可能产生硫化物,这些分子一旦进入大气,便会形成硫酸粒子,促进云层的扩大而反射更多的日光。
目前,科学界们还不能彻底解释冰期的循环之谜,但基本上已经有个大概的轮廓了。而传统的地球轨道效应仅仅是其中的因素之一,现在我们可以看到,它的成因要复杂得多,既有天文的,也有地质和物理的,甚至还有生物学因素。
新知博览——世界上最大的冰架
世界最大的冰架面积约52万平方千米,相当于一个法国的面积。冰架四周冰壁呈陡峭之势,异常险峻。1841年1月5日,一支英国海军探险队乘坐2艘特别加固的三桅木船,穿过通往南极洲的太平洋浮冰区,试图对地球南磁极的位置进行确定。4天后,他们在四天后驶出浮冰区继续前行,不料在1月11日,迎面一堵硕大无比的冰壁将他们的去路挡住了。由于这次探险队的队长名叫罗斯,因此他们发现的这座巨大冰架就以他的姓氏命名了。
罗斯冰架填满了南极的一个巨大海湾,面积与法国相近,位于爱德华七世半岛与罗斯岛之间,东西长约800千米,南北最宽约970千米,冰架靠海边缘高60米,接近陆地的边缘最厚达750米。冰架就像一个巨大的浮筏,在港湾漂浮,以每天1.5~3米的速度向海洋延伸。几条大冰川从遥远的山脉流来,在冰架后部施压,增加它的体积;冰架下极冷的海水不断冻结,增加其厚度。冰架靠近陆地处形成的裂隙,宽达几千米,待裂隙伸展割裂巨大冰块时,就已经形成了巨大的冰山。目前,已经发现的最大冰山面积为3.1万平方千米。
古希腊人曾经作出断言说,一定有一块大陆位于南半球陆,以和地处北半球的欧亚大陆相平衡。但南极地区长期以来,一直没有被探索。古希腊人的这种观点在早期的地图上反映了出来,在荷兰着名地图绘制家麦卡托(1512~1595年)绘制的地图上,就画了一块大陆在南极附近。不过,1578年德雷克爵士航海时被风暴吹到遥远的南方后,并没有任何的陆地迹象在那里发现。
200年后的库克船长为寻找这块大陆用了3年的时间,但直到越过南纬70也没有发现任何大陆的踪迹。但他仍然相信有一块大陆存在于南极附近,它是汇入南极海洋的冰川的源头。
直到1820年,南极半岛被一艘英国皇家测量船发现了,第二年就有猎人来到这个地方。捕鲸业在19世纪末取代了捕海豹业。科学探察和捕鲸活动在该地区迅速开发展,但浮冰遍布的海洋对通向南极仍然是一个障碍。
南极洲有达3500米的冰原覆盖厚度,在世界上的大陆中,海拔最高,一半地区高达2000米,许多活火山在此分布,位于罗斯岛上的埃伯斯火山是其中最大的一个。南极比撒哈拉沙漠还要干燥,是世界上最干旱的大。年降雪量内陆只有50厘米,沿海为500厘米。
尽管冰架是南极的屏障,但是探险家还是登上了南极大陆,并在那里设立了科学考察站。在那里,科学家们还发现了许多动植物化石,这些化石证明南极洲一度是冈瓦纳古陆的一部分,同时科学家还证实了地球臭氧层的确出现了空洞。
冰川的主要地貌
塑造地表形态的巨大外力之一就是冰川。冰川的前进和后退会引起海平面的升降和地壳的均衡运动。有冰川流经的地区,受到了冰川的侵蚀、搬运和堆积作用的影响,一旦冰川消失或退缩,就会有一系列独特的冰川地貌形成。
冰川地貌有三种类型:冰蚀地貌、冰碛地貌和冰水堆积地貌。
冰蚀地貌
冰斗、槽谷(U形谷)、峡湾、羊背石等是冰蚀地貌最典型的类型。
冰斗、刃脊、角峰:冰斗是山地冰川侵蚀作用而形成的呈围椅形状的凹地。典型的冰斗三面都以高在200~300米之间的陡崖予以环绕,开口之处是一个高起的岩槛,叫做“冰槛”,冰斗的低部比较低洼。冰斗按分布位置来划分,有谷源冰斗和谷坡冰斗两种类型,其中谷源冰斗在规模上一般比谷坡冰斗要大。对于谷源冰斗来说,在其周围,往往还有次一级的冰斗分布,因而又叫围谷。
冰斗主要分布在雪线的附近。在起伏较为平缓的山坡上,或者是在山坡上由流水侵蚀作用而形成的低洼地,常有多年积雪积聚于此,叫永久积雪斑。雪斑边缘有频繁的冻融作用发生,在冻融风化作用下,岩石受到破坏,在重力和融化雪水的联合作用下,崩解的岩屑被搬运到低处,渐渐地在积雪斑的后沿部分形成一个陡坎。陡坎在冻融风化作用下不断地加高,洼地得到扩大,叫做“雪蚀洼地”。形成雪蚀洼地之后,为积雪创造了更加有利的堆积条件,积雪愈变愈厚,变成粒雪斑,进而演化成冰川。
冰川形成之后,运动的冰川对底床产生磨蚀和侵蚀作用,并在整个冰川的旋转运动之下使底部加深,在前方造成坡向相反的岩槛。因冻融作用和冰川掘蚀作用,冰斗的后壁后退并变高,一般为200~300米。
在冰斗的不断扩大之下,斗壁渐渐向后退却,相邻的冰斗之间的岭脊逐渐地变成刀刃状的山脊,叫做刃脊。而几个由冰斗所夹峙的山峰逐渐变成尖锐的如金字塔形的角峰。
槽谷:槽谷又叫冰川谷、U形谷,由冰川作用所形成的谷地。因受冰川侵蚀,谷地比较平直,谷坡陡峻,谷底宽平,横向呈U字形。