冰川也“好动”

1827年，有个地质工作者在阿尔卑斯山的老鹰冰川上修筑了一座石砌小屋。13年后，这座小屋向下游移动了1428米。小屋本身是不会移动的，但小屋的地基——冰川，却在不停运动。

冰川之所以会运动，是因为冰川冰的变形和底部滑动。它们都是由于冰川自身的重力作用产生的。

冰川运动和水流有些相似，中间快、两边慢。许多海洋性冰川上会出现形象十分奇特的弧形连拱，这就是冰川运动过程中，中间和两边速度不一样产生的。

运动的冰川 图片来源：维基百科

说起来也奇怪得很，冰川还会像水流似的，出现旋涡，有些冰川上的旋涡还十分壮观。

但是冰川毕竟是冰组成的，冰和水还是有很大差别的。

最明显的一点，冰川表面常有许多裂隙，有些裂隙有几十米深，裂隙的存在说明冰川有脆性。不过，经过数百年的调查观测，冰川上裂隙的深度也有一定限度，这又说明冰川下部是塑性的，它可以“柔软”地适应各种外力作用而不致发生破裂。因此，可以把冰川分为两个部分，表面容易断裂的这层叫作脆性带，下部“柔软”的部分叫作塑性带，塑性带的存在是冰川运动的根本原因。

冰川裂隙 图片来源：维基百科

冰川的“两带”是怎么形成的？

要回答这个问题，我们得从形变这个物理概念说起。

物体在受力的情况下，为了适应或消除外力，有两种形变方式，即弹性形变和塑性形变。例如，一根皮筋在受到较小的力时，产生弹性形变；当受力超过弹性强度时，发生塑性形变，皮筋就再也回不到原来的形状了。当然，当皮筋受到的力特别大，超过了自身的破裂强度时，它就被拉断了。

弹性形变（A）、塑性形变（B）和断裂（C）图片来源：Clinical Gate

对冰来说，由于它容易实现晶体的内部滑动，是有利于表现出塑性形变的。但是，当外力突然增大时，很容易超过冰的破裂强度，发生断裂，只有在缓慢加荷并长期受力时，冰才能充分显现出塑性形变的特色。

我们知道，物体在长期受力时，哪怕这种力较小，也会产生塑性形变。由于上部冰层的压力和上游冰层的推力，冰川下部总是处于受力状态，使下部冰层的塑性表现得比较充分。同时，下部冰层由于受压，熔点比上部冰层的熔点低，下部冰层就更接近于熔点，因而塑性形变更易实现。这样，冰川下部出现塑性带就不难理解了。而冰川表层缺乏长期受力这个重要条件，当外力突然增加时，经常直接断裂，成为脆性带。

塑形带与脆性带，图中虚线处为塑形带与脆性带的交界。图片来源：Lauren Adams

冰川大多都是“慢性子”

冰川运动的速度，慢的不过日均几厘米，快的也不过日均数米，以致人的肉眼很难发觉出冰川是在运动的。格陵兰的一些冰川，运动速度居世界之首，但每年也不过运动千余米而已。其他地区的冰川，年流速不过百余米。我国的冰川大多数是大陆性冰川，冰川积累不丰富，冰川上的物质循环较为缓慢，因而导致运动速度比较慢。

冰川的运动速度是有季节变化的，夏快冬慢。造成这种差别的原因之一是冰川温度的变化。当冰川增温时，冰的黏度迅速减小，黏度减小使塑性增加，因而冰川运动速度加快。夏天冰融水出现在冰川内部及底部，是促进冰川快速运动的另一个原因。

冰川运动速度总的来说十分缓慢，但是，有些冰川的“脾气”却很古怪，它们会在长期缓慢运动之后，突然爆发式地向前推进。爆发式推进在有些冰川上是周期性发生的，是冰川运动的一种特殊方式。人们把这种现象叫作冰川的“波动”，具有波动性质的冰川叫作“动冰川”。

冰川波动常引起特大洪水。在印度河上游就有一条冰川，周期性地进入主谷，当它拦截河流时会形成大湖，如果湖水溃决，又会形成大洪水，造成灾害。新疆叶尔羌河周期性发生特大洪水，也可能与冰川波动造成的冰湖溃决有关。

挪威斯瓦尔巴群岛的一座冰川有波动现象。图片来源：HEÏDI SEVESTRE

冰川如果有大规模的运动，可以引起一系列的地质作用，引起生物的灭绝和变迁，从而改变整个地球的环境。研究冰川运动能够及时得到海平面变化、水系和水文条件的改造、生物的灭绝和变迁等诸多信息。看来，“好动”的冰川对地球来说，重要性不容小觑。

出品：科普中国

作者：地球故事

监制：中国科普博览

责任编辑：胡惠雯