小心!在這裏蓋房子,房子會自己“跑掉”_風聞
科普中国-科普中国官方账号-中国科协科普工作官方微平台2022-10-25 18:42
在全球氣候變暖的今天,冰川已經成了萬眾擔憂的主體,但除了知道它們在不斷消融外,你知道它們也在不停運動嗎?
01
冰川也“好動”
1827 年,有個地質工作者在阿爾卑斯山的老鷹冰川上修築了一座石砌小屋。13 年後,這座小屋向下遊移動了 1428 米。小屋本身是不會移動的,但小屋的地基——冰川,卻在不停運動。
冰川之所以會運動,是因為冰川冰的變形和底部滑動。它們都是由於冰川自身的重力作用產生的。
冰川運動和水流有些相似,中間快、兩邊慢。要是在冰川上橫向插上一排花杆,不需要太長時間你就能發現,中間的花杆遠遠地跑到前面去了,原來呈直線的一排花杆也會變成向下遊凸出的弧線。許多海洋性冰川上會出現形象十分奇特的弧形連拱,這就是冰川運動過程中,中間和兩邊速度不一樣產生的。

冰川運動。圖片來源:維基百科。
説起來也奇怪得很,冰川還會像水流似的,出現旋渦,有些冰川上的旋渦還十分壯觀。
但是冰川畢竟是冰組成的,冰和水還是有很大差別的。
最明顯的一點,冰川表面常有許多裂隙,有些裂隙有幾十米深,裂隙的存在説明冰川有脆性。不過,經過數百年的調查觀測,冰川上裂隙的深度也有一定限度,這又説明冰川下部是塑性的,它可以“柔軟”地適應各種外力作用而不致發生破裂。因此,可以把冰川分為兩個部分,表面容易斷裂的這層叫作脆性帶,下部“柔軟”的部分叫作塑性帶,塑性帶的存在是冰川運動的根本原因。

冰川裂隙。圖片來源:維基百科。
02
冰川的“兩帶”是怎麼形成的?
要回答這個問題,我們得從形變這個物理概念説起。
物體在受力的情況下,為了適應或消除外力,有兩種形變方式,即彈性形變和塑性形變。例如,一根皮筋在受到較小的力時,產生彈性形變;當受力超過彈性強度時,發生塑性形變,皮筋就再也回不到原來的形狀了。當然,當皮筋受到的力特別大,超過了自身的破裂強度時,它就被拉斷了。

彈性形變(A)、塑性形變(B)和斷裂(C)。圖片來源:Clinical Gate。
對冰來説,由於它容易實現晶體的內部滑動,是有利於表現出塑性形變的。但是,當外力突然增大時,很容易超過冰的破裂強度,發生斷裂,只有在緩慢加荷並長期受力時,冰才能充分顯現出塑性形變的特色。
我們知道,物體在長期受力時,哪怕這種力較小,也會產生塑性形變。由於上部冰層的壓力和上游冰層的推力,冰川下部總是處於受力狀態,使下部冰層的塑性表現得比較充分。同時,下部冰層由於受壓,熔點比上部冰層的熔點低,下部冰層就更接近於熔點,因而塑性形變更易實現。這樣,冰川下部出現塑性帶就不難理解了。而冰川表層缺乏長期受力這個重要條件,當外力突然增加時,經常直接斷裂,成為脆性帶。

塑形帶與脆性帶,圖中虛線處為塑形帶與脆性帶的交界。圖片來源:Lauren Adams。
03
冰川大多都是“慢性子”
冰川運動的速度,慢的不過日均幾釐米,快的也不過日均數米,以致人的肉眼很難發覺出冰川是在運動的。格陵蘭的一些冰川,運動速度居世界之首,但每年也不過運動千餘米而已。其他地區的冰川,年流速不過百餘米。我國的冰川大多數是大陸性冰川,冰川積累不豐富,冰川上的物質循環較為緩慢,因而導致運動速度比較慢。
冰川的運動速度是有季節變化的,夏快冬慢。造成這種差別的原因之一是冰川温度的變化。當冰川增温時,冰的黏度迅速減小,黏度減小使塑性增加,因而冰川運動速度加快。夏天冰融水出現在冰川內部及底部,是促進冰川快速運動的另一個原因。
冰川運動速度總地來説十分緩慢,但是,有些冰川的“脾氣”卻很古怪,它們會在長期緩慢運動之後,突然爆發式地向前推進。**爆發式推進在有些冰川上是週期性發生的,是冰川運動的一種特殊方式。**人們把這種現象叫作冰川的“波動”,具有波動性質的冰川叫作“動冰川”。
冰川波動常引起特大洪水。在印度河上游就有一條冰川,週期性地進入主谷,當它攔截河流時會形成大湖,如果湖水潰決,又會形成大洪水,造成災害。新疆葉爾羌河週期性發生特大洪水,也可能與冰川波動造成的冰湖潰決有關。

挪威斯瓦爾巴羣島的一座冰川有波動現象。圖片來源:HEÏDI SEVESTRE。
冰川如果有大規模的運動,可以引起一系列的地質作用,引起生物的滅絕和變遷,從而改變整個地球的環境。研究冰川運動能夠及時得到海平面變化、水系和水文條件的改造、生物的滅絕和變遷等諸多信息。看來,“好動”的冰川對地球來説,重要性不容小覷。
出品|科普中國
作者|地球故事
監製|中國科普博覽
選送單位:中國科學院計算機信息網絡中心
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