冰河變動

冰河變動指冰河的移動。它是控制冰河活動的基本過程和能量的來源。運動的形式一般分為重力流和擠壓流兩種。冰河的邊緣運動速度漫，中間運動速度快。冰河變動是研究和開發利用冰河資源的重要內容，也是防止冰河災害重點研究課題之一。

基本介紹

• 中文名：冰河變動
• 外文名：glacier movement
• 釋義：冰河的移動
• 形式：重力流和擠壓流
• 一級學科：地質科學
• 二級學科：冰川地質學

釋義

冰河變動指冰河的移動。它是控制冰河活動的基本過程和能量的來源。運動的形式一般分為重力流和擠壓流兩種。冰河的邊緣運動速度漫，中間運動速度快。冰河變動是研究和開發利用冰河資源的重要內容，也是防止冰河災害重點研究課題之一。

特點

①速度很慢（但有的冰河有時運動也很快，速度可達1—10公里/年）；

②冰河的不同部位運動速度不同，邊緣運動速度慢，中間快；

③不同類型不同性質的冰河變動速度也不相同。

原理

冰河冰在重力作用下自源頭向末端的移動。包括塑性變形和底部滑動兩種過程。運動是冰河區別於其他自然冰體（如河冰、湖冰、海冰和地下冰）的最主要特點。一系列的冰河地質地貌現象，如裂隙、褶皺等的形成，冰河侵蝕、搬運和沉積作用都與冰河變動緊密有關。

塑性變形

冰是一種多晶體固體，當溫度不遠低於它的融點時，凍的變形方式像高溫金屬一樣，變形速率與施加的應力之間成非線性關係。凍的變形可用位錯理論解釋。用X線衍射觀測到，冰內位錯的組態與其他可塑性變形物質的情況明顯相似。除了晶體內位錯運動和晶體間彼此相對移動外，晶體生長，晶體邊界遷移和重結晶作用，對多晶體凍的變形均有重要影響。多晶體冰變形遠比單晶冰變形緩慢。

凍的第二蠕變包括一般冰河流動中重要的應力範圍。切應變率 （εxy）與切應力（τxy）的關係為：εxy=Aτnxy，這就是通常所謂格倫冰流律。式中n為常數（變化範圍為1.5～4.2，平均值約為3）；A為係數，取決於冰溫度、冰晶大小及方位、雜質含量和其他可能因素。雖然上述關係式已被確立，而且可以用位錯理論表述，但是，不同的試驗卻獲得差異很大的A和n值。在給定應力和溫度下測得的應變率值差可達10倍左右。在應力低於約1巴時，n值降低，接近於1。全部塑性變形發生在最低層。速度沿著離冰河源頭的距離上的變化一般趨勢為：縱向應變率在積累區為正，而在消融區為負。在平行於冰流方向的應力分量大於垂直於冰流方向的應力分量的地方出現伸張流，即冰層在拉伸力作用下流動；反之則出現壓縮流，即冰層在壓應力作用下流動；在兩者相等處出現層狀流，即冰體在單一剪下力中變形，流線平行於冰體表面。

底部滑動

只發生在冰河的底部冰處於融點的情況下。冰河順冰床流動，遇到基岩凸起時，同時產生兩種過程。一種是再凍結（又稱復冰現象）。當冰河變動通過這種凸起時，在凸起的上游一側遇到阻力，產生余壓，使冰融化，融水繞凸起流動，流至下游一側便產生再凍結。凍結釋放的潛熱，通過凸起及周圍的冰，傳導到上游一側，又使這裡的冰融化。這樣的機制不適用於基岩凸起的長度大於1米處，因為通過這種凸起的熱傳導，微不足道，不產生融化和凍結的反覆過程。當冰溫低於融點時，也不產生這種現象。另一種過程是塑性流動的增強。在凸起附近，冰內縱向應力大於冰內應力平均值，這裡的應變率也大於冰內應變率的平均值，凍的運動速度同應變率和距離的乘積成正比。比較大的基岩凸起，會使冰體在凸起較大的距離上增大應力和提高運動速度。比較小的凸起這種效應較差。冰床上如果有水，會影響滑動速度；基岩、岩塊和礫石之間的摩擦降低滑動速度，許多地方冰與岩層之間有礫石層也會減低滑動速度。冰河表面運動速度為凍的塑性變形速度和滑動速度之和，滑動速度與冰面速度的比率變化很大，各地鑽孔測得的比率變化不同。

變動原因

冰河表面常有許多裂隙，有些裂隙有幾十米深。裂隙的存在，說明冰河有脆性。不過，經過數百年的調查觀測，冰河上的裂隙極少超過六十米深。多數裂隙遠遠小於這個深度就閉合了。這又說明冰河下部是塑性的，它可以“柔軟”的適應各種外力作用而不致發生破裂。因此，可以把冰河分為二層，表面容易斷裂的這層叫做脆性帶，而下部“柔軟”的那層叫做塑性帶。塑性帶的存在是冰河流動的根本原因。

物體在受力情況下，為了適應或消除外力，可作三種變形，即彈性變形、塑性變形和脆性變形(或稱破裂)。一般物體在受力時都有這三個變形階段。例如一根彈簧，一般情況下，作彈性變形；當受力超過彈性強度時，作塑性變形，彈簧回不到原來的位置；當受力特大超過破裂強度時，彈簧拉斷，作脆性變形。但是，這三個階段究竟有主有從，三個階段並不同樣平分秋色。到底以何種變形為主，要取決於材料本身的性質。

就冰來說，由於它容易實現晶體的內部滑動，是有利於表現出塑性變形的。但是，當外力突然增高時，很容易超過凍的破裂強度，發生脆性變形(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變形的特色。我們知道，物體在長期受力時，哪怕這種力較小，也會產生塑性變形。在冰河下部，由於上部冰層的壓力和上游冰層的推力，老是處於受力狀態，使下部冰層的塑性表現得比較充分。同時，下部冰層的融點由於受壓比上部冰層稍低，使下部冰層更接近於融點，因而塑性變形更易實現。這樣，冰河下部出現塑性帶就不難理解了。而冰河表層，缺乏長期受力這個重要條件，當外力突然增加時，往往作彈性或脆性變形，成為脆性帶。

在一個暢通的山谷中，冰河流動時最大流速出現在冰河表面，愈近谷底速度降低，這種運動方式叫做重力流。如果冰河變動過程中，在前方遇到突起的基岩或運動變緩的冰塊的阻塞，就在那裡形成前擠後壓的剪應力，這種流動方式叫做阻塞重力流。在發生阻塞重力流的地方，冰中常有許多逆斷層，還有複雜的褶皺出現。

變動速度

冰河變動有些和水流相似，中間快，兩邊慢。要是橫過冰河插上一排花桿，不需太長時間就可發現，中間的花桿遠遠地跑到前面去了，原來呈直線的花桿連線變成向下游凸出的弧線。許多海洋性冰河上出現的形象十分奇特的弧形連拱，就是冰河變動過程中，中間和兩邊速度不一而產生的。

冰河變動的速度，日平均不過幾厘米，多的也不過數米，以致肉眼發覺不出冰河是在運動的。格陵蘭的一些冰河，運動速度居世界之首，但每年也不過運動千餘米而已。其它地區的冰河，象比較著名的某些阿爾卑斯山的冰河，年流速不過80～150米。我國冰河大多數是大陸性冰河，冰河積累不豐富，冰河上物質循環較為緩慢，因而導致冰河變動速度比較低。

冰河變動速度是有季節變化的，夏快冬慢。天山和祁連山的冰河，夏季運動速度一般要比冬季快50%(均指冰舌而言)。造成這種差別的原因之一是冰河溫度的變化。當冰河增溫時，凍的粘度迅速減小，從-20℃增高到-l℃，凍的粘度隨溫度作近直線的下降。粘度減小使塑性增加，因而冰河變動速度加快。夏天冰融水出現在冰河內部及底部是促進冰河快速運動的另一個原因。

冰河變動速度總的來說十分緩慢。但是，有些冰河的脾氣卻很古怪，它們會在長期緩慢運動或退縮之後，突然爆發式地向前推進。

研究價值

冰河變動是冰河對冰床進行刨蝕和搬運，塑造各種冰河地貌的動力，它使積累區的冰量得以輸出，並對冰河溫度有很大影響。是研究和開發利用冰河資源的重要內容，也是防止冰河災害重點研究課題之一。