历史地质学/冰川
冰川是指地球表面上移动的冰体。在本文中，我们将讨论冰川是如何形成和移动的，与冰川相关的地理特征，以及如何识别这些特征，从而让我们了解在过去地球历史的年代里，冰川曾经存在过的地方。
冰川形成于积雪区，即积雪量大于融雪量的区域。这些积雪然后堆积起来，并在自身重量下压实形成冰。
即使这发生在一个完全平坦的表面上，随着冰层的增厚，它最终也会在其自身重量的压力下开始向外挤压；而且冰川通常会形成在山顶上，那里重力也是一个因素。在压力和/或重力的作用下，冰会流动。冰川以两种方式流动：沿其底部滑动，以及冰川内部冰分子发生的“塑性流动”。
你可能还记得在科学课上，冰在压力下会融化；这意味着冰川的底部通常会被水润滑。
冰川的整体速度可以通过简单的方法测量：用锤子将桩子钉入冰川，等待一段时间，回来后查看它移动了多远。如此测量的速度范围从每天几厘米到几米不等，具体取决于冰川。
冰的流动和水的流动之间一个重要的区别在于：河流受到重力的向下牵引。当冰川向下流动时，这种情况也会发生；但冰川也受到其背后压力的推动：因此，冰川可以并且确实会向上流动。
一旦开始运动，冰川中的冰将继续流动，直到到达冰消融的点：要么到达海洋，碎裂成冰山，要么到达气候温暖到足以融化前进的冰川的区域。在后一种情况下，这种冰川的末端代表了一种平衡状态，在这种状态下，融化的速度足以平衡冰川流动的速度。
现在，当这种平衡保持时，冰川整体将保持静止。冰川中的冰会移动，从积雪区开始，最终到达消融区，但冰川整体保持在一个地方：就像一条从积雪区到消融区移动的冰传送带。
冰川的长度会随着气候的变化而变化：例如，如果冰川消融端的周围气候变暖，那么冰川在到达融化速度等于流动速度的区域之前将无法前进得那么远，因此冰川将后退（请注意，在此过程中，冰川中的冰仍将继续向前移动）。相反，当然，气温下降将使冰川从积雪区延伸得更远。冰川积雪区的变化也会影响其长度：积雪区降雪越多，流动冰的体积越大，它在融化前延伸的距离也就越远。由此可见，全球变冷会导致冰川从积雪区延伸得更远，而全球变暖则会导致冰川延伸得较短，或者如果气温升高到足以使积雪区以前的积雪融化，则完全消失。
起源于山顶积雪并沿山坡向下流动的冰川被称为山谷冰川或高山冰川：这两个术语是同义词。
较大的冰川，例如今天覆盖格陵兰岛和南极洲表面的冰川，被称为大陆冰川、冰盖或冰原。同样，这些是同义词，术语的多样性并不表示正在进行某种区分。山谷冰川从积雪点向下流动，而格陵兰岛和南极洲的冰盖则从积雪点向所有方向外流。
冰川在景观上移动时，会扫除表土和松散的岩石，并将它们运送到冰川的消融端，并露出下面的基岩。这基岩会被冰川经过时打磨；它还会被冰川中包含的岩石在行进方向上刻出沟槽和划痕：这种沟槽被称为擦痕或冰川擦痕，岩石则被称为擦痕岩。右图显示了一个擦痕的例子。
冰川的经过会产生各种大小的碎屑，从从基岩上剥落的巨大岩石块到冰川研磨作用产生的非常细的冰川粉。山谷冰川还会携带从山谷两侧落下的任何岩屑。一些冰川，很合理地被称为“岩石冰川”，主要由冰粘合在一起的岩石组成。
一个与冰川相关的常见侵蚀特征是羊背石，它是由冰川滑过岩石丘而形成的。当冰川向上滑过小山时，会将其抛光并刻上擦痕；向下滑过另一侧时，会从岩石上剥落碎片，在其后留下更陡峭、更参差不齐的面。
山谷冰川会在积雪区形成一个称为冰斗的盆地，该盆地边缘大约有四分之一缺失，缺失的方向是冰川离开冰斗的方向。被冰川侵蚀的山地将具有崎岖、锯齿状的地形，在两个冰斗或冰川谷相邻的地方形成刀刃状的山脊。山谷冰川雕刻出的山谷将具有特征性的U形横截面，这与河流形成的V形山谷截然不同。
冰川搬运和沉积的岩屑被称为冰碛。它未经磨圆且未经分选。这听起来可能并不显眼，直到我们想到风或水的作用无法产生这样的沉积物：这种未经分选的碎片堆积是冰川作用的特征。
在山谷冰川中，冰川边缘会有冰碛的集中堆积，这些冰碛是从山谷两侧剥落或研磨下来的。这种冰碛的堆积被称为侧碛。当两条山谷冰川汇合时，侧碛将合并成新形成的大冰川中间的中碛，如右图所示。
底碛是在冰川底部冰层中的冰碛沉积在广阔区域上形成的，要么是冰川底部的冰碛停留在某个物体上，要么是冰川由于气候变化而退缩。底碛通常以小山丘的形式存在，形状有点像勺子的背面，被称为鼓丘。没有人真正确定它们是如何形成的，但它们是由冰碛构成并且与其他冰川作用迹象一起发现的事实证实了它们是冰川起源；此外，它们总是沿着冰川流动方向（通过研究擦痕、羊背石等确定）的长轴方向排列。在冰川的消融端，冰川搬运的沉积物将被倾倒下来形成终碛，从而形成一条与冰川末端通常发现的冰舌形状相同的凸形冰碛脊。
在冰川融化的消融区以外，冰川融水将被带走，通常通过一条辫状河（这个术语将在关于河流的文章中更详细地解释）。它会携带较轻的沉积物，称为冰水沉积物，这些沉积物将在冰川前面沉积下来形成冰水沉积平原。
在一个有趣的沉积特征可以在由冰川水补给的湖泊（冰前湖）中看到。在夏季，这些湖泊中会沉积相对粗糙的沙子和砾石冲积物；在冬季，当湖面结冰时，冰面下平静的环境使粘土和有机物质的细小颗粒沉淀下来。结果形成了沉积物质的偶对，一个细，一个相对粗糙，反复出现，每个偶对被称为纹泥。由于纹泥的沉积是每年发生的，因此纹泥的研究对测年具有意义，这一点将在后面的文章中讨论。
冰蚀洼地是我们与冰川联系的另一个特征。当冰川退去时，我们经常观察到它会留下一个巨大的冰块。然后，退却冰川的冲积沉积物将在孤立的冰块周围堆积起来。当它融化时，这可能需要很多年，结果是在冲积平原上形成一个凹陷：这就是冰蚀洼地。如果它位于地下水位以下，它将充满水，形成一个带有冲积物堤岸的小湖。
即使冰川不再存在，也不难发现它的踪迹：因为如果你移走了冰川，你仍然会留下冰川产生的沉积和侵蚀模式；而这些模式非常独特，其他机制无法产生。我们可以注意到，我们今天可以看到冰川正在消失：例如，蒙大拿州的冰川国家公园在撰写本文时只有26个有名的冰川，而1850年则有150个；因此，我们关于过去冰川留下的证据是什么的陈述绝非假设，而是基于直接观察。
对于所有过去的冰川，无论是山谷冰川还是大陆冰川，我们都看到了特征性的侵蚀模式：我们看到了诸如基岩抛光、条痕、羊背石等等。我们也看到了冰碛。正如我们所指出的，冰碛是一种非常独特的沉积物，它不能由风和水的作用产生，这一点可以通过它没有分选、没有磨圆的性质来证明。冰碛的排列也可能非常独特；在新月形终碛中的一堆冰碛除了冰川在那里沉积它之外，没有其他解释。
当我们发现漂砾时，它们提供了另一个明显的线索。漂砾是指就其组成的岩石而言，与周围地质环境毫无共同之处，并且必须被运送到其当前位置一段距离的岩石；在某些情况下，数百公里。正如我们观察到的，冰可以运输如此巨大的岩石；水和风则不行。
因此，我们留下了一些过去冰川的明确迹象。当我们看到光滑的基岩上刻有通向半圆形终碛的条痕，这些终碛由未磨圆和未分选的岩石组成，其中许多岩石远离其原始地质环境，在其之外看起来像是冲积平原，我们真的没有其他结论可以得出，除了我们正在观察冰川曾经流动和终止的地方。
除了前面提到的侵蚀和沉积特征外，冰川还留下了一些高度独特的陆地形态。例如，考虑一下右边的照片。那里不再有冰川存在，事实上，在以前的积雪区形成了一个湖泊。（这样的湖泊被称为冰蚀湖）。
尽管没有任何实际的冰，但读者应该很容易识别与山谷冰川相关的陆地形态，这些形态就像大象的脚印一样清晰而独特。在这里，当然，是冰斗的巨大碗状结构，而且就在我们期望找到它的位置，在温度最低的山峰附近；在前景中，在冰斗的边缘敞开的地方，我们看到一个山谷，具有冰川谷特征性的U形横截面，冰川曾经从冰斗中流出。
冰盖不会雕刻出相同的形态，但它们确实会留下一些大规模的线索。它们通常会清除土壤和其他沉积物，留下大片的裸露岩石。在这样做的过程中，它们还会抹去冰川到来之前景观中存在的排水系统，因此，在它们退去之后，景观排水不良：这些特征是地质学家寻找其他冰川作用迹象的信号。
我们应该再提几个冰川作用的迹象。第一个是均衡回弹。冰很重，由于我们将在后面的文章中更详细地讨论的原因，大陆冰川的重量应该会将地球的地壳压入地幔中，并且当冰川消失时，地球的地壳应该会缓慢地“反弹”起来。这种情况发生的足够快，以至于在短短几个世纪内就留下了痕迹：因此，在斯堪的纳维亚的部分地区，我们可以看到以前的港口现在无用地远离大海。如今，冰川后地区的回弹速度由一个称为BIFROST的GPS监测系统直接测量：最大回弹速度约为1厘米/年。这本身并不能证明过去冰川的存在，但与侵蚀和沉积的更明确的迹象相结合，回弹现象确实证实了冰川作用的假设。
我们可以做出并证实另一个预测。我们可以使用地质测年方法，这些方法将在后面的文章中详细介绍，来确定覆盖北美北部和欧亚大陆的冰盖的时间。现在，如果我们正确地将这些条痕、终碛等等归因于冰川作用，那么我们应该发现，在同一时间，我们有其他证据表明气候变冷，例如适应寒冷气候的动植物；由于水被锁在大陆冰川中而导致的海平面下降；温度依赖性的贝壳成分变化等等。而这正是我们发现的，为冰河时代提供了独立的确认。
我们将在以后关于地质测年方法、古气候学和冰河时代的文章中更全面地处理这些主题；现在，我们只简单地指出这些技术可以被使用，并且它们证实了我们可以从研究地貌、沉积物和侵蚀特征中学到的东西。