第九章冰川冻土地貌

第九章冰川地貌与冻土地貌公共管理学院曾克峰2013.12冰川是降雪积压而成并能运动的冰体。现在世界上冰川覆盖面积约为1623万平方公里，主要分布在极地、中低纬的高山和高原地区。冻土的主要外力作用是融冻作用，以融冻作用为主所形成的一系列地质地貌现象总称为冻土地貌。全世界冻土地貌分布面积为3500万平方公里。第一节冰川形成和冰川作用一、雪线与成冰过程雪线是常年积雪的下界，即年降雪量与年消融量相等的均衡线。雪线以上年降雪量大于年消融量，降雪逐年加积，形成常年积雪，进而变成粒雪和冰川冰，发育冰川。雪线是一种气候标志线，其分布高度主要决定于气温、降水量和地形条件。不同地区的温度、降水量和地形不同，雪线的高度也不相同。雪线第一节冰川形成和冰川作用一、雪线与成冰过程（1）温度：多年积雪的形成首先取决于近地表空气层的温度是否长期保持在0℃以下，气温随高度和纬度升高而逐渐降低在中国西部。雪线高度（据严钦尚）（2）降水量：一般固态降水越多，雪线越低；固态降水越少，雪线越高因而雪线全球高度最高处在亚热带高压带，而不在赤道。（3）地形：地形对雪线高度的影响主要表现在山势、坡向等方面。第一节冰川形成和冰川作用二、冰川运动与冰川作用运动是冰川区别于其他自然界冰体的主要特征。冰川运动的诱发因素主要是冰川本身的重力和压力。冰川具有2种运动方式：①冰川借助冰与床底岩石界面上融水的润滑和浮托作用，沿冰床向前滑动，称基底滑动。②由于冰川冰释不同粒度冰晶的集合体，当冰川达到一定厚度时（最小为30m），在自身压力下，冰内晶粒开始发生平行晶粒底面的粒内剪切蠕变，一致使冰晶向前错位，其宏观积累效果表现为整个冰川的定向蠕动，称为塑性流动。第一节冰川形成和冰川作用二、冰川运动与冰川作用由于冰川运动速度在各个部位的不协调，在运动过程中，冰川表面及冰层常产生一系列的冰川裂隙及冰层褶皱。冰川作用是冰川地貌的主要塑造动力，包括冰川的侵蚀作用、搬运作用和堆积作用。冰层裂隙冰川褶皱第一节冰川形成和冰川作用三、冰川的类型杨春景等按照冰川发育的气候条件和冰川温度状况，分为海洋性冰川和大陆性冰川；严钦尚等根据冰川发育规模、运动性质和所处地貌条件，分为山岳冰川（包括悬冰川、冰斗冰川、山谷冰川、山麓冰川、平顶冰川）和大陆冰川；曹伯勋等根据冰川形态、规模等又分为山岳冰川类型和冰原、冰帽及冰盖。第一节冰川形成和冰川作用三、冰川的类型山谷冰川：在有利的地形、气候条件下，冰雪积累逐步增加，冰斗口外的悬冰川不断伸长达到山谷中，并沿山谷流动，形成山谷冰川。山麓冰川：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而成广阔的冰川叫山麓冰川。山谷冰川山麓冰川第一节冰川形成和冰川作用冰斗冰川及悬冰川：在雪线附近，占据着圆形谷源洼地或谷边洼地的小型冰川，其消融区和积累区不易分开，称为冰斗冰川。当冰斗内积雪量大于消融量，冰川将不断被补给冰从冰斗挤出，呈小型冰舌，悬挂于冰斗口外的陡坎上，这时称为悬冰川。冰斗冰川悬冰川第一节冰川形成和冰川作用冰帽与冰盖随着冰雪的积累，冰原表面由下凹而转变为穹型上凸，即称为冰帽。冰帽规模一般较冰原大，最大可达5万多平方公里。面积超过此数则称为冰盖，又称大陆冰盖。冰盖厚度巨大，表明呈冰盾，由厚达二三千米的巨大中心向四周流动。冰帽冰盖第二节冰川地貌冰川地貌分为冰蚀地貌、冰碛地貌和冰水堆积地貌三部分。冰蚀地貌包括冰斗刀脊和角峰、冰川谷和峡湾、羊背石冰川磨光面和冰川擦痕等。冰碛地貌是由冰川侵蚀搬运的沙砾堆积形成的地貌，有冰碛丘陵、侧碛堤、中碛堤、终碛堤等几种类型。冰水堆积地貌是在冰川边缘由冰水堆积物组成的各种地貌，分为冰水扇、外冲平原、冰砾阜阶地、冰砾阜、锅穴、蛇形丘等几种类型。类型基本特征或成因冰蚀地貌冰斗雪线附近的椭圆形基岩洼地刃脊薄而陡峻的刀刃状山脊角峰棱角状的尖锐山峰冰蚀槽谷由山谷冰川剥蚀作用所形成平直、宽阔的谷地，横截面常呈“U”形悬谷支谷冰川谷底高悬于主冰槽谷的坡上羊背石顶部浑圆，迎冰坡较平缓，背冰坡较陡峻和粗糙冰川磨光面、擦痕擦痕的一端粗，另一端细冰碛地貌冰碛丘陵冰碛物堆积后形成的波状起伏的丘陵侧碛堤与冰川平行的长堤状地形终碛堤冰碛物在冰舌前端堆积成的向下游弯曲的弧形长堤鼓丘由一个基岩核心和冰砾泥组成的丘陵。平面呈椭圆形，纵剖面呈不对称的上凸形冰水堆积地貌冰水扇终碛堤外围堆积成的扇形地冰水湖冰融水流到冰川外围洼地中形成的冰水湖泊锅穴地表停滞冰块被冰水堆积物掩埋，冰块融化后冰水堆积物塌陷形成冰砾阜冰面上小湖或小河的沉积物，在冰川消融后沉落到底床堆积而成冰砾阜阶地冰川全部融化后，冰水物质堆积在冰川谷的两侧而成蛇形丘狭长而曲折的垄岗地形第二节冰川地貌一、冰蚀地貌冰蚀地貌主要是冰斗冰川在发展过程中塑造的地貌。其中，冰斗是冰川在雪线附近塑造的椭圆形基岩洼地，是雪蚀与冰川剥蚀的结果。典型冰斗由峻峭的后壁（三面）、深凹的斗底（岩盆）和冰坎组成。冰斗发育于雪线附近，它是在地势低洼处。冰斗在冰川退缩后可形成冰斗湖。澳大利亚Olympusil冰斗剖面冰斗第二节冰川地貌一、冰蚀地貌由于冰斗后壁受到不断的挖蚀作用而后退，当两个冰斗或冰川谷地间的岭脊变窄，最后形成薄而陡峻的刀刃状山脊称为刃脊，也叫鳍脊；当不同方向的2个以上冰斗后壁后退，发展成为棱角状的尖锐山峰，叫做角峰。刃脊角峰第二节冰川地貌一、冰蚀地貌羊背石（sheepbackrock）是由冰蚀作用形成的石质小丘。顶部浑圆，纵剖面（右图）前后不对称，迎冰坡一般较平缓，带有擦痕、刻槽及新月型的磨光面，是冰川磨蚀作用的结果；背冰坡较陡峻和粗糙，由阶状小陡坎及裂隙组成，是冰川拔蚀作用的结果。羊背石剖面羊背石第二节冰川地貌一、冰蚀地貌由山谷冰川剥蚀作用所形成平直、宽阔的谷地，叫冰蚀槽谷，因其横截面是U形，故又称U谷或幽谷。冰槽谷纵剖面形成机制图解U形谷第二节冰川地貌一、冰蚀地貌冰川消融后，岩盆积水，常成为串珠状湖泊。又称冰川梯级湖，是指在同一个冰川谷中，冰斗上下串连或冰碛叠置地区，不同高度上排列着两个以上的冰成湖群。支谷冰川谷底高悬于主冰槽谷的坡上，称为悬谷。悬谷的形成源自冰川侵蚀力的差异，主冰川因冰层厚、下蚀能力强，故“U”型谷较深，而支冰川较浅，在支冰川和主冰川的交汇之处，常有冰川底高低的悬殊，当支冰川的冰进入主冰川时必为悬挂下坠成瀑布状的悬谷。串珠状湖泊悬谷第二节冰川地貌二、冰碛地貌冰川消融后，原来的表碛、内碛和中碛都沉落到冰川谷底，和底碛一起统称基碛。这些冰碛物受冰川谷底地形起伏的影响或受冰面和冰内冰碛物分布的影响，堆积后形成波状起伏的丘陵，称冰碛丘陵或基碛丘陵。由于冰川对谷壁的剥蚀作用及崩塌作用，在冰川两侧及冰川表面边缘聚集了大量碎屑物质。当冰川融化时，这些物质就以融出的方式堆积在冰川谷的两侧，形成与冰川平行的长堤状地形称侧碛堤。冰碛丘陵侧碛堤第二节冰川地貌二、冰碛地貌当冰川的补给和消融处于相对平衡状态时，由于冰川中部运动稍快，冰碛物就会在冰舌前端堆积成向下游弯曲的弧形长堤，称终碛堤（尾碛堤）。终碛堤成因和冰川的进退有关。鼓丘是由一个基岩核心和冰砾泥组成的丘陵。它的平面呈椭圆形，长轴与冰流方向一致，纵剖面呈不对称的上凸形，迎冰面一坡缓，是基岩，背冰面一坡陡，是冰碛物。终碛堤鼓丘鼓丘的平面图和剖面图鼓丘景观第二节冰川地貌三、冰水堆积地貌冰雪融化后形成的水流称为冰水。冰水堆积是指冰川消融时冰下径流和冰川前缘水流的堆积物，大多数是原有冰碛物，经过冰融水的再搬运、再堆积而成。按其形态、位置及成因等，分为冰水扇、冰水湖、冰砾阜和冰砾阜阶地、锅穴和蛇形丘等地貌。锅穴指分布于冰水平原上常有一种圆形洼地，深数米，直径十余米至数十米。底部有底碛物等隔水层时，可积水成池，称窝状湖。冰砾阜是一些圆形的或不规则的小丘，是冰面上小湖或小河的沉积物，在冰川消融后沉落到底床堆积而成。当冰川全部融化后，这些冰水物质就堆积在冰川谷的两侧，形成冰砾阜阶地。它只发育在山地冰川谷中。蛇形丘是一种狭长而曲折的垄岗地形，由于它蜿蜒伸展如蛇，故称蛇形丘。第二节冰川地貌（a）砂砾层中的死冰块(b)死冰融化后形成的锅穴锅穴成因第二节冰川地貌蛇形丘（左）和冰砾阜阶地、冰砾阜第三节冻土地貌冻土是指处于0℃以下，并含有冰的土（岩）层。按其冻结时间的长短，可分为冬季冻结、夏季融化的季节性冻土和常年不化（冻结持续时间3年以上）的多年冻土两类。冻土地区的外力作用主要是冻融作用。冻融作用是指，随着温度周期性地发生正负变化，冻土层中水分相应地出现相变与迁移，导致岩石的破坏，沉积物受到分选和干扰，冻土层发生变形，产生冻胀、融陷和流变等一系列复杂过程。经冻融作用而产生的特殊地貌，就称为冻土地貌（crymorphology）。第三节冻土地貌一、石海、石河与石冰川冰川前缘区常年处于负温，物理风化强烈，岩石长期处于负温条件下被冰劈作用破坏，地面广泛裸露冻裂的岩块和碎石，称石海。岩块受重力作用往沟谷洼地聚结成带，因冻胀、收缩和春季底土解冻等使石块整体往下蠕动，称石河。它多发育于多年冻土区具有一定坡度的凹地里。大型的石河又称石冰川。第三节冻土地貌石海石河第三节冻土地貌二、多边形土和石环饱含水分、由细粒土组成的冻土地区，当冻土活动层冻结后，若温度继续下降或土层干缩，因冻裂作用而产生裂隙，形成了被裂隙所围绕的、中间略有突起的多边形土。石环是由细粒土和碎石为中心，周围由较大砾石为圆边的一种环状冻土地貌。它们在极地、亚极地及高山地区常有发育并且形成速度很快。多边形土石环第三节冻土地貌三、冻融泥流阶地在永久冰缘区坡度为2~30°的斜坡上，冻结的含碎石细土层上部的活动层，在春、夏季融化时使土层饱水，高孔隙水压使土层的剪切强度降低；或春秋两季，土层温度围绕结冰点波动，土体体积频繁胀缩，使土层蠕动。上述过程被称为冻融泥流作用。泥流舌群当斜坡表面水分分布均匀时，土层整体运动，形成大片较连续的泥流阶地；当水分不均匀时，土层分裂运动，形成若干不同流速单元的泥流舌群。第三节冻土地貌四、冻胀丘和冰核丘由于冻土区内土层粒度和水分的分布不均匀，含水多的细土中分凝冰的形成，使其获得比周围土层更高的冻胀率，形成局部隆起的丘状地形，称冻胀丘。土层冻结时，若土层中的某些部分不断接收冻结层间水或层下水的补给，将形成一个地下冰核，冰核使地面隆升成丘，即冰核丘。冻胀丘冰核丘