高中地球科学/冰川侵蚀与沉积

如今，冰川覆盖了地球约 10% 的陆地面积，但在地球最近的历史中，冰川曾经覆盖了多达 30% 的陆地面积。大约八到六亿年前，地质学家认为几乎整个地球都被冰雪覆盖。因此，如今的科学家们正在进行一种侦探工作，以找出曾经存在冰川的地方。我们可以通过观察土地被侵蚀的方式以及观察留下的沉积物来弄清楚这一点。你所居住的土地上可能曾经存在冰川。你如何才能找到答案呢？让我们谈谈一些科学家正在寻找的特征。

课程目标

讨论高山冰川形成的不同侵蚀地貌。
描述冰川改变下伏岩石的过程。
讨论冰川推进和后退时沉积的颗粒的分类和类型。
描述冰川沉积物形成的地貌。

冰川的形成和运动

如今，我们在地球的两极和山区的高海拔地区发现了冰川。冰川中的冰会侵蚀掉下伏的岩石，就像河流和溪流塑造它们流过的土地一样。与河流和溪流类似，冰川往往沿着现有的山谷流动，但冰川的厚厚的冰川在缓慢地移动过陆地时，会像一台非常缓慢而稳定的推土机一样将下面的岩石刮走。尤其是在山区，河流会切割成“V”形的山谷，因为流水会深深地切割岩石。当冰川流过同一个山谷时，它会拓宽山谷并形成更陡峭的山谷壁，从而形成一个“U”形的山谷（图 10.34）。

在山区，通常许多较小的冰川从更高海拔处流下，在它们向更低的地方移动时，与主冰川汇合。通常，这些较小的冰川会比主冰川雕刻出更浅的“U”形山谷。当较小的“U”形山谷与主冰川的更深的山谷相遇时，就会形成一个美丽的侵蚀地貌，称为悬谷。河水从陡峭的山谷壁上倾泻而下，形成壮观的瀑布（图 10.35）。

冰川侵蚀

冰川侵蚀下伏岩石的主要方式是磨蚀和拔蚀。当厚厚的冰层推挤下伏岩石时，它会刮擦并抛光岩石表面。随着冰川的流动，它们会用所携带的所有岩石物质刮擦下伏的基岩。这些刮痕在基岩中形成长而平行的凹槽，称为冰川擦痕，它显示了冰川的流动方向。此外，随着冰川缓慢地移动过岩石，冰川融水渗入下伏岩石的裂缝和断裂处。当水结冰时，它会将岩石块从下伏的岩石表面推挤出来。这些岩石块被拔出并被移动冰川的流动冰川带走（图 10.36）。

随着冰川在侵蚀岩石和拉走岩石块的过程中，会形成一些侵蚀地貌。当岩石被拉走，在山顶形成了一个陡峭的、碗状的洼地，称为冰斗。这个词来源于法语中的“圆圈”。当冰川融化后，一个高海拔的湖泊，称为冰川湖，通常会形成于被困在冰斗中的融水中。如果几个冰川从中央山峰向不同的方向流下，那么这些陡峭的壁状洼地会留下一个角度尖锐、锐利的山峰，称为角峰。瑞士的马特洪峰是这种侵蚀类型的最著名例子（图 10.37）。

当两个冰川从山的两侧向下移动时，在它们相遇的地方形成的侵蚀地貌是一个锋利的、陡峭的脊，称为刃脊。有时，远足小径会沿着这些狭窄的脊线延伸，提供全方位的壮丽景色（图 10.38）。

随着冰川沿着山坡向下流动，冰川也可能在流动过程中雕刻和塑造下伏的基岩。当基岩的凸起被雕刻成一个不对称的山丘时，它被称为冰川羊背石。在法语中，它的意思是“羊岩”。也许山下的村民认为这些山丘看起来像是羊在山谷里吃草。冰川羊背石在冰川流动的上坡方向有一个平缓的坡面，在向下坡方向有一个陡峭的坡面（图 10.39）。

冰川的沉积特征

随着冰川多年来不断流动，各种各样的碎屑通过山谷壁的物理风化落到冰川上。冰川是固体冰，所以不像水，它们可以携带任何大小的岩石块。冰川可以像携带最小的沙粒和淤泥颗粒一样容易地携带像房子一样大的巨石。这些岩石块被冰川携带了数公里，直到冰川融化才会沉积。当你想起冰川时，你可能会想到白色的冰雪，但实际上冰川上面有很多岩石碎片。这些不同的沉积物都有自己的名字，根据它们形成的地方而命名，但总的来说它们被称为冰碛。在冰川边缘的一长条岩石堆积物被称为侧碛，在冰川中间的一条被称为中碛。侧碛是在冰川边缘形成的，因为物质从山谷壁的侵蚀中掉落在冰川上。中碛是在两个冰川汇合的地方形成的。在这种情况下，每个冰川边缘的侧碛在中间相遇，形成中碛（图 10.40）。

无论冰川位于何处，它总是在缓慢地向下坡流动。有时，冰川向下坡流动的速度比它融化的速度更快。在这种情况下，你会看到冰川沿着山谷前进，每年都会有越来越多的冰川。如果你有机会去参观冰川，你更有可能看到的是冰川正在后退。这意味着今年的冰川比去年少（图 10.41）。


1938	1981	1998	2005
图 10.41：这些冰川国家公园格林内尔冰川的照片是在近 70 年的时间里拍摄的。1938 年，冰川清晰可见，发育良好。从 1981 年到 2005 年，冰川冰的数量减少了，形成湖泊的融水增加了。在 2005 年，冰山是冰川融化的进一步证据。

当冰川融化的速度快于它们向前流动的速度时，它们就会沉积下所有它们携带的大大小小的岩石物质。一般来说，所有这些由冰川直接形成的未分选的岩石沉积物被称为冰川泥。如果你生活在曾经存在过冰川的地区，你可能在树林里甚至在田野中央看到过巨石。如果这些大岩石的类型与该地区的基岩不同，它们被称为冰川漂砾（图 10.42）。科学家们知道，只有冰才能将这些巨石运送很远的距离。加拿大艾伯塔省发现的最大冰川漂砾，被称为巨石，重达数千吨！

有时，在冰川到达的最远点，会沉积很长的岩石山脊。这些被称为终碛和**末端碛**。就像杂货店里的传送带将你的货物送到柜台的末端一样，冰川在流动时会运输岩石和沉积物。如果你不能在杂货店停止传送带，你最终会在柜台的末端得到一大堆杂乱的食物。末端碛有点像这样。无论冰川承载着什么，都会在冰川融化时留下一堆。地质学家研究这些材料，以确定冰川曾经延伸到多远，他们还可以确定冰川融化需要多长时间。纽约州的长岛是由两个冰川末端碛形成的。形成这堆由冰川沉积的岩石和石头的末端碛一直延伸到马萨诸塞州的科德角。

即使冰川缓慢地向下流动，它也会在冰川下方沉积一层沉积物，科学家称之为**基碛**。这层沉积物会在冰川下方形成一层厚厚的未分选的沉积物，填补低洼处，并使较高区域变得平坦。基碛是许多地区肥沃的搬运土壤的重要组成部分。科学家们知道所有这些岩石和厚厚的土壤来自其他地方，但有一段时间他们不知道它们来自冰川冰。这很容易理解，因为今天的冰川已经不存在了。许多科学家认为这些大岩石看起来像是被丢在那里，他们认为可能是由大洪水带来的冰山把它们带到这里。由于这个早期的假设，许多冰川沉积物被称为“漂移”，因为它们被认为是漂浮在冰山上漂来的。他们正确地理解只有冰才能带来这些物质，但不是因为地球上存在着厚厚的冰川“河流”，而在今天没有冰的地方。

另一种冰川沉积地貌，由冰川融化的水在冰川下方形成的称为**蛇形丘**（图 10.43）。这些弯曲的沙质山脊是由沿着冰川底部冰川内流动的溪流沉积的。一条普通的溪流会将其河道蚀刻到地面，形成一个“V”形的河道，其中“V”的宽部分位于地面。由于这条溪流中的水流经冰川而不是地面，只有沉积物标志着这些溪流的流向。当冰川融化时，沉积物会在地面上形成一个倒置的“V”。

**鼓丘**是另一种冰川形成的非对称山丘，但它是由沉积物组成的。鼓丘是一个倒置的茶匙形山丘，与冰川移动的方向一致。据认为，冰川沉积的沉积物被流动的冰川塑造成一个细长的山丘，其缓坡的一端指向冰川流动的方向。通常，鼓丘成群出现，被称为鼓丘群。

一旦材料被冰川沉积，从冰川融化的水就可以对这些沉积物进行分选和重新搬运。冰川直接从冰川中形成的沉积物和由冰川融水形成的沉积物之间的一个重要区别是它们的筛选程度。冰川能够承载各种尺寸的颗粒，但固体冰不会筛选任何这些颗粒。因此，当冰川融化时材料沉积下来时，你会发现非常大的块状物与它携带的所有其他尺寸的颗粒混在一起，形成未分选的沉积物。当流水移动颗粒时，就会出现一种截然不同的情况。液态水无法承载冰川承载的那些大颗粒。因此，当水流过这些未分选的沉积物时，它只会选择它能够承载的较小的沙子和淤泥。这会产生一种仅由液态水搬运的沙子和较小颗粒组成的分选沉积物。通常，这些沉积物一层一层地形成，并显示出河流的流向。这些沉积物被称为**层状漂移**。通常，一层宽阔的层状漂移会覆盖冰川最远范围之外的区域，因为融水溪流会将物质扩散出去，形成一个称为**冰川外流水平原**的广阔平原（图 10.44）。

如果冰川退缩时，留下一个孤立的冰块，它可能会被这些沉积物层包围并最终覆盖。许多年后，随着冰块融化，它会用水填满凹陷处，形成称为**冰蚀洼地湖**的小型圆形湖泊（图 10.45）。这些小湖泊在冰川到达最远的地方很常见。

**图 10.45**: 在冰川外流水平原地区，常见小型圆形湖泊。它们是由冰川退缩后留下的冰块形成的。

几种类型的层状沉积物在冰川地区形成，但不是由冰川直接形成的。在冰川地区，湖泊在冬季被冰覆盖。在冬季，较暗的细粒粘土沉到底部，在湖泊的静水中沉积。在春天，随着冰川产生大量融水，较浅的沙子沉积在湖泊底部较暗层之上。这些独特的层被称为**纹泥**，具有成对的暗色/浅色层，每一层代表一年的沉积物。

**黄土**是一种非常细粒的、风力搬运的沉积物，它在层状漂移冰川沉积物地区形成。它在北美中部以及欧洲中东部很常见。当冰川研磨下面的岩石时，会产生一种称为**冰川粉**的细粉末，这种细粉末会产生这种细小的沉积物。

课程总结

以冰川形式存在的冰川运动，以其强大的侵蚀力，改变了我们的山地地表。
U形谷、悬谷、冰斗、角峰和刃脊只是冰川雕刻的众多地貌中的一部分。
被侵蚀的物质后来沉积成巨大的冰川漂砾、冰碛、层状漂移、冰川外流水平原和鼓丘。
纹泥是一种非常有用的年度沉积物，它形成于冰川湖泊中。

复习题

今天有多少地球陆地面积被冰川覆盖？地球曾经被比今天更多的冰覆盖过吗？
被冰川侵蚀过的山谷的形状是什么？它是如何得到这种形状的？
当较小的侧冰川加入中央主冰川时，会形成两种不同的地貌？
说出并描述冰川侵蚀周围岩石的两种过程。
说出当一个山区中几个冰川从一个中央山峰向下移动到不同的方向时形成的侵蚀地貌。
描述由冰川形成的不同类型的冰碛。
描述冰川沉积物和层状漂移之间的区别。举例说明每种沉积物是如何形成的。
说出并描述冰川形成的两种非对称山丘状地貌。

词汇

磨蚀: 当冰川在基岩上流动时产生的对基岩的刮擦。
刃脊: 当两个冰川向相反的方向侵蚀时形成的陡峭、锋利的山脊。
冰斗: 当冰川拔蚀和侵蚀下面的基岩时形成的陡峭、碗状的凹陷。
鼓丘: 由流动的冰川下的沉积物形成的非对称山丘。
终碛: 未分选的冰川沉积物堆，标志着冰川前进的最远范围。
蛇形丘: 由融水在冰川下方沉积的、长长的、弯曲的、倒置的“V”形山脊。
冰川漂砾: 一块大型巨石，其岩石类型或成因不同于周围的基岩。
冰川擦痕: 由移动的冰川刻在下面的基岩上的长而平行的划痕。
冰川沉积物: 由冰川冰沉积的任何未分选的沉积物。
基碛: 在流动的冰川下方沉积的厚厚一层沉积物。
角峰: 当冰川从一个中央山峰移开时形成的尖锐、有角的山峰。
冰蚀洼地湖: 通常由滞留在冰川外流水平原的冰川形成的圆形湖泊。
冰碛: 由冰川冰沉积在上面、下面或留下的未分选的岩石物质沉积物。
拔蚀: 当融水渗入裂缝并冻结时，冰川从下面的基岩中剥离岩石块。
羊背石: 由移动的冰川的磨蚀和拔蚀作用形成的非对称基岩山丘。
冰川粉: 冰川在基岩上摩擦产生的细小沉积物。
冰川湖: 由冰川融水和降水形成的山区湖泊。
纹泥: 浅色粗颗粒沉积物和深色细颗粒沉积物的成对沉积物。

思考问题

你住在什么地方周围会看到哪些地貌，从而确定那里曾经有冰川存在？
如果地球上从未形成冰川，这对北美中部土壤类型会有什么影响？
侵蚀过程可以产生美丽的陆地形态吗？

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