冰川的形成和发育,与气候因素有密切关系。冰川是在一系列外部条件和内部因素的作用下,经过长时间的过程才形成的。外部条件有三:较低的气温、丰富的固体降水、一定的地形与地势;内部因素有二:雪的变质(粒雪化)、成冰过程。
较低的气温
气温低能使冰雪的消融量减少或停止,又能使固体降水量在总降水量中所占的比例增大。雪线是大气固体降水量的年收入和年支出相平衡的界线。雪线附近的年平均气温越低,则为冰川发育提供的冷储备就越充足。因此,雪线附近气温低,是冰川形成和发育最重要的条件。
丰富的固体降水
形成冰川的物质基础,是一定数量的固体降水,其中包括雪、雾、雹等。没有足够的固体降水作“原料”,就等于“无米之炊”,根本谈不上形成冰川,即使有极低的气温,也无济于事。高山区的降水量,一般随海拔的升高而增加,而且在总降水量中固体降水量的比例也相应增大。这样,在海拔较高的雪线以上的粒雪线中,丰富的固体降水量就为冰川的形成和发育提供必要的物质条件。固体降水量的丰富程度,对形成冰川规模的大小,具有相应的决定性作用。
地形条件,是冰川形成和发育的条件之一,但不是决定性的条件。例如南北极区陆地不高,接近海平面,但由于长年低温和固体降水量的积累,也可以形成冰川。不过,在大多数地方,特别是对于山岳冰川来说,地形与地势,仍是影响冰川的形成、发育、形态、规模和性质的重要条件。如果山地的海拔较低,低于雪线,就不能形成冰川。如果山地的海拔高出雪线以上,但山势过会陡峻,冰雪无法停积,也不能产生冰川。必须地形和地势两个条件都具备,即山地海拔高出雪线以上,山上又有足够使冰雪停积的场地,才能形成冰川。冰川的形态如何,则取决于雪线以上的山地形状和山势。如果雪线以上的山地为一平缓的山顶面,则可能形成平顶冰川或冰帽,如果山脊高出雪线300至500米,则可能形成冰斗冰川或悬冰川,如果山脊高出雪线千米以上,则可能形成大型山谷冰川。此外,山地或谷地的走向一坡向,也会影响冰川的形成和它们的形态。
雪的变质(粒雪化)
新降的呈六角形的雪花,是一种极不稳定的固体降水形态。雪花一旦降落地面,随着时间和外界条件的变化,雪花的晶体的形态和大小也逐渐改变。经过等温变质作用、温度梯度变质作用、消融冻结变质作用,雪晶变成了完全丧失晶体特征的圆球状雪粒。这就是形成冰川的基本“原料”,称为粒雪。这个过程称为粒雪化。粒雪化的过程需要相当长的时间才能完成。它是冰川形成的前奏,此后就进入冰川的成冰过程。
从粒雪变成冰川冰的过程,就是成冰过程。积雪变成粒雪后,随着时间的进程,粒雪的硬度和它们之间的紧密度也不断增加,大大小小的粒雪互相挤压,紧密地镶嵌在一起,其间的孔隙逐渐减小,以致消失,雪层的亮度和透光度逐渐减弱,于是冰川冰就形成了。一些空气被封闭在冰层中,形成许多微小的气泡。因此,最初形成的冰川冰呈乳白色。再经过漫长的岁月,“新”冰川冰变得更致密坚硬,气泡逐渐减少,就慢慢变成了晶莹透彻,像水晶一样的“老”冰川冰。
粒雪的成冰过程,有两种大同小异的方式,一种是没有冰雪融水参与的冷型变质成冰过程;另一种是有冰雪融水参与的暖型(或称湿型)变质成冰过程。成冰过程的时间长短不一。这与温度条件和粒雪层的厚薄有关。一般需要20年至30年。山岳冰川一般从源头粒雪往下降至冰舌末端,高差往往达几百米至几千米。因此,冰川各地区的成冰过程各不相同,在冰川上相应的地形成明显的垂直分带性。