(1)冰川的积累、消融、物质平衡
冰川的积累、消融、物质平衡,对冰川的形成、运动、温度、进退,以及冰川的水文和雪线位置等,影响重大。可以说,冰川的积累、消融、物质平衡是冰川的生命。
什么是冰川的积累?各种相态的降水在冰川上的堆积,即冰川上的冰雪等物质的收入部分,称为冰川的积累。大气的固体降水是冰川积累的主要来源。此外,由于高山上的雪崩、冰崩、风吹雪等现象而降落到冰川上的冰雪,也属于冰川积累的重要来源。
冰川的消融,是指冰川上的雪、粒雪、冰川冰等,由于温度上升而融化、蒸发所造成的冰川物质的支出过程。例如冰川融水流出冰川体外等。
冰川消融,可分为冰下消融、冰间消融和冰面消融三种。其中以冰面消融为主要形式。冰川的冰面消融,往往可以形成许多特殊的消融形态。例如,由于阳光照射的角度和时间不同而产生的差别消融,往往在一些大冰川上形成大范围的冰塔、冰丘、冰林、冰峰窝等景象,其中以冰塔林最奇特,是冰川的一大景观。我在野外考察时,曾在喜马拉雅山区多次见过美丽奇异的冰塔林。在宽广的冰川冰面上,千姿百态的冰塔,一座接着一座,有的高达几十米,它们仿佛是用汉白玉和水晶雕塑出来的,有的洁净如洗,透明碧纯,光泽闪耀,彩影变幻;有的如乳似胶,奇丽神秘。冰塔之间还错落着明镜般的冰湖,贯穿着曲折的冰河和幽深的冰洞。走进冰塔林真像走进了水晶宫一样。叹为观止。
不同类型冰川的消融期,各不相同。大陆型冰川的消融期较短,每年只有暖季的3至5个月,海洋型冰川的消融期长,每年可达10个月。
冰川的物质平衡,是指冰川上各种相态降水的收入和各种消融的支出之间的数量关系。如果在一个较长的时间内,支出大于收入,“入不敷出”就要导致冰川退缩,冰川的冰层变薄。反之,则冰川前进,冰层变厚。
(2)冰川的运动
作为区别于其他冰体主要特征之一的冰川的运动,把冰川积累区的冰雪,输送到消融区,而消融区的消耗,又通过冰川运动获得补给,使冰川保持生命力。
冰川为什么能运动呢?这是因为冰川冰是水的固体形态,但不是刚体,也不是完全的塑性体,而是一种粘塑性体。由于重力作用,冰川冰发生粘塑性变形,或称蠕变,于是冰川就慢慢地向下流动。这是冰川产生运动的原因之一。还有一种方式是冰川的冰体在重力作用下产生的滑动。这种滑动又包括冰层滑动和基层滑动两种。冰层滑动产生于冰川各冰层之间,基层滑动则产生于冰川底冰和山体岩床之间。岩床缓慢地向下运动,如果冰川的底冰与岩床冻结在一起,则冰川冰面的运动速度超过底冰,将使冰川产生差别运动。
影响冰川运动的重要因素有三:山体岩床的坡度、冰川的温度、冰川的厚度。具有一定厚度的冰川在重力作用下,山体岩床的坡度越大,冰川的运动速度也就相应增加。如果岩床的坡度相同,则大冰川的运动速度比小冰川快得多。在一般情况下,如果冰川的厚度从中间某处向末端逐渐变薄,则冰川的运动速度也从源头向末端逐渐变慢,如果冰流速度迅速衰退,则在末端甚至可以形成不流动的冰,称为“死冰”。至于冰川温度的高低影响冰川运动的快慢,这个道理是不言自明的。
冰川在整个运动过程中,它的各个地段的运动速度也是不一样的。在冰川的纵剖面上,冰川运动速度最快的部分在雪线附近;在冰川的横剖面上,冰川运动最快的地方在冰川的中心线附近,从中心线向左右两侧速度相对地逐渐变慢(图2);在冰川的垂直剖面上,冰川运动最快的地方在冰川上层,随着冰川深度的增加,它的流速也逐渐变慢。
冰川的运动速度,还随着每年的暖季与冷季,每天的白昼与黑夜而改变。冰川运动速度的年际变化,则主要与冰川的积累、消融的数量和速率、气候波动等因素有关。大陆型冰川的运动速度,明显地低于海洋型冰川。
冰盖的运动情况和山岳冰川不同。冰盖的运动速度,一般比山岳冰川为慢。冰盖的运动,是由冰雪自身的重量所造成的差异运动,以及由地热和摩擦热而产生的冰体沿底床的滑动来实现的,其中以沿底床滑动的原因为主。冰盖运动的速度变化,一般是从它们的中心部位向边缘递增。
(3)冰川的温度
冰川温度,是冰川物理性质的基本标志之一。它反映冰川形成和发育的水热条件和冰川的运动条件,是现代冰川学研究的一个重要课题。冰川的温度状况,影响着冰川冰的变形。在冰川运动中,它的侵蚀作用与冰川的温度有直接关系。在一些大型山岳冰川或冰盖中,冰温的变化,在某一深度上可以反映过去冰川表面温度变化的若干状况。因此,冰川的温度状况,对认识冰川的成冰过程、活动性质和冰川径流形成过程、活动性质和冰川径流形成过程等,都是不可缺少的内容。
冰川从冰面至15至20米深处的温度,受季节气温影响,称为活动层或年温变化层。从这个深度再往下,对冰川温度的影响,便来自多年气候变化、冰川运动和地热等因素,不发生年度变化,因而称为恒温层(图3)。冰川活动层的温度变化情况,是冰川学家十分注意的问题。
(4)冰川的侵蚀和堆积作用
冰川运动时,富含岩块、岩屑的冰川底冰,与山体岩床上的岩块作相对运动,互相摩擦,产生摩削和侵蚀。这种摩削和侵蚀作用一方面改变岩块和岩屑的形态,另一方面也改造了山体岩床的形态。冰川的侵蚀作用,和一般河中流水对石块的侵蚀作用不同。流水长年累月的侵蚀,是将石块磨圆,形成卵石,而冰川冰长期对岩块的侵蚀,是将它们磨削平,形成平面岩块。因此,如果在堆积地层中发现被磨削平的岩块,便可以肯定那里曾经存在过冰川。冰川侵蚀岩床后改造成的典型形态,是冰斗和槽谷地形,即冰川运动把岩床刨蚀成斗状和山谷状。冰斗可以单个存在,也可以成群发育。刃脊和角峰等地形,也是由于冰川在运动中的侵蚀作用所产生的常见的形态。
冰川在运动中,将其中的岩块、岩屑搬运到冰川的末端,停积起来,形成各种类型的冰碛物和地形。这就是冰川的堆积作用。冰碛是冰川停止搬运时沉积下来的物质。冰碛的各类很多,有按冰碛的成因分类的,如流碛、融出碛、升华碛、滞碛等,其中滞碛是冰川形成的主要冰碛。有按冰川系统的沉积相分带的,如前碛相、下碛相、表碛相等。许多冰川学者根据野外工作的需要,按照冰碛构成的地貌形态对冰碛进行分类,如终碛垅、侧碛垅、中碛垅、槽碛垅、冰碛丘陵等。