Question

冰川剥蚀地貌

Answer 1

1. 冰川的剥蚀作用

冰川在运动过程中，以自身的动力和冻结其中的砾石对冰床表面和两侧基岩所产生的破坏作用被称为冰川的剥蚀作用(glacial denudation)，其作用特点似用工具将冰床基岩机械地一层一层刮下，所以也称刨蚀作用(glacial ploughing)。根据刨蚀作用的特点，又可分为挖掘作用(拔蚀作用)和磨蚀作用两种方式。

挖掘作用(glacial sapping)是指通过冰川的压力、融化和冻结，将冰床中的岩石弄碎并随冰川拔起带走的过程，也称拔蚀作用(glacial plucking)。这种作用使冰床不断加深，而且也变得凹凸不平。磨蚀作用(glacial abrasion)是指冰川以冻结在其中的砾石为工具刮削冰床基岩的过程，这种作用的结果使冰床降低并变得光滑而平坦，如出现冰溜面、擦痕等。这两种作用在冰床的不同部位作用的强度有所不同，在冰川的源头地区和冰床的背面坡，挖掘作用显著;而在冰川的下游地区和冰床的迎面坡，磨蚀作用强盛。在冰川的活动地区，经挖掘作用和磨蚀作用可形成各种剥蚀地貌(denudational landform)。

2. 冰川剥蚀地貌

根据地貌形态，冰川剥蚀地貌有以下几种(图 6-4)。这些冰川剥蚀地貌主要见于山岳冰川作用区。

(1)冰斗、冰窖

冰斗(cirque)是一种比较常见的冰川剥蚀地貌，形成于雪线附近，是雪蚀和冰川剥蚀的结果，其平面形态为椭圆形的围椅状，两侧和后壁(靠山峰)都比较陡直，向坡(谷地)下有一开口(图6-5)，在开口处有一岩坎，称为冰坎(cross-wall，riegel)(图 6-5)。冰斗的形成是降雪积累和冰川发展的结果，当冰期来临气候变冷时，在雪线附近的一些小型洼地中开始积雪，并发生强烈的冰劈作用(riving)(冰雪的融化和结冰使岩石破裂)，致使洼地加深，形成雪蚀洼地(nivation hollow)。雪蚀洼地有利于降雪的进一步积累并发展成冰川冰。在冰川冰的刨蚀作用下，使雪蚀洼地的底部不断加深，而两侧和后壁不断后退变高、变陡; 同时冰斗内的冰川冰在压力的作用下，从后向前沿冰床底部旋转地流出冰斗，并刨蚀床底。由于冰斗中的冰川冰是后部厚而前部薄，因此冰斗后部的刨蚀作用比前部强，形成一个下凹的斗底和凸出的冰坎地形(图 6-5)。一个典型的冰斗应由陡峭的后壁、深凹的斗底和凸出的冰坎三部分组成。这三个特征也是鉴别古冰斗的重要标志。

当冰斗进一步扩展，或谷地源头数个冰斗汇合时，冰坎消失或变得不明显，其底部平坦，出口与冰川谷相连，这种地貌称为冰窖(firn-basin)。

古冰斗可作为古雪线位置的标志，其气候意义将在第十一章第四纪气候中论述。冰斗形态的研究主要包括冰斗的长度(a)、宽度(b)和深度(c)，这三个数据能反映冰川作用的强度。如平坦指数(F)= a/2c，在冰斗中一般为 1. 7 ～5，而冰川作用弱的雪蚀洼地中为 4. 25 ～11。这个指数越小，冰川作用越强。在古冰斗的鉴别上还要注意: 冰斗在雪线附近成群发育，因此在同一高度上可能发现几个古冰斗。并非所有的冰斗都形成于雪线附近，在雪线以上有积雪并地形合适的地方都可能形成冰斗。

图 6-4 冰川剥蚀地貌组合图(据 A. Strahler 等，1997，改绘)

图 6-5 冰斗的发育过程(据北京大学等，1978，修改补充)

图 6-6 冰蚀谷的形成过程(据 Harbor，1992)

(2)刃脊、角峰

刃脊(knife-edge crest)，也称鳍脊(fish crest)，常与冰斗相伴，它是由于两个冰斗或两个冰川谷的侧壁不断后退，使其之间的山脊或分水岭变得非常尖锐，就形成了刃脊(图6-5)。若有两个以上的冰斗围绕一个山峰同时发育时，随着冰斗的后退，将形成尖锐的山峰，即角峰(horn)。角峰的外形与金字塔相似，具有锐利的棱和尖。

古刃脊和角峰，由于经历了风化作用，都会变得模糊，因此古刃脊和角峰的确定应与冰斗相验证，不可见到一个锐利的山脊或山峰就认为是刃脊或角峰。

(3)冰蚀谷

冰蚀谷(glacial valley)，也称冰川槽谷(glacial trough)，或 “U”形谷(U-shaped valley)，它是由山谷冰川沿着先前谷地改造形成的线状谷地(图 6-4)，在山岳冰川地貌中是最常见的一种。冰蚀谷的特点和规模与冰川的刨蚀作用有关，决定冰川刨蚀作用强弱的是冰川的速度、厚度、内部温度等，冰川的运动速度越快、厚度越大其刨蚀作用就越强，能形成很深的冰蚀谷，如美国加利福尼亚州的约斯迈特冰蚀谷深达 900～1200m。山谷冰川沿着谷地向前运动并刨蚀谷底和两侧，可形成冰溜面、擦痕等。由于冰川是固态，在谷地的下部和底部刨蚀作用最强，并且是使整个谷地的底部同时受到刨蚀作用而降低，而不像河流是沿着河床呈线状下蚀，因此冰蚀谷的横剖面两壁较陡，而谷底宽平，呈 “U”字形(图 6-6)，所以称 “U”形谷。在冰蚀谷的上部，常有一个坡度变化的转折点，该点之上坡度较缓，而之下较陡，这个转折点就是当时冰面的位置(图 6-6中的 m)，因为该点之上没有受到冰川的刨蚀作用，因此谷坡较缓。

图 6-7 冰蚀谷纵剖面形成机制图(据 P. E. Mathes，1903，转引自曹伯勋等，1995)

冰蚀谷在纵剖面上(从上游到下游)，总体是向下游倾斜的，但在不同的部位有些变化，常是冰蚀洼地和冰蚀岩坎交替出现(图6-7)。这是由于构成冰床的岩性具有差异性以及存在构造软弱带，使其抗冰川刨蚀能力不同，导致冰床在软弱带下凹，而强硬的地方凸出。这种凹凸微地形的出现，致使冰川的运动性质发生变化。在洼地的后侧，冰川在重力的作用下，顺坡向下，强烈剥蚀冰床使其降低; 而在前侧，冰川旋转逆坡向上运动，使其在岩坎的部位刨蚀作用减弱。其结果是洼地变得越来越深，导致了冰蚀谷纵剖面凹凸不平。这些洼地在冰川消融后积水成湖，所以在冰蚀谷中可见串珠状湖泊。

冰蚀谷是冰川作用的重要标志，掌握它的特征对鉴别古冰蚀谷意义重大。概括起来，冰蚀谷的特征有以下几点: 横剖面为 “U”字形; 纵剖面凹凸不平; 平面上较直; 谷底或谷坡有冰溜面、擦痕，擦痕常为长条状，一端深，一端浅，由深端到浅端为冰川的运动方向; 谷地的上游宽，下游窄。

(4)悬谷

支冰蚀谷高悬于主冰蚀谷的谷坡上(图 6-4)，称为悬谷(hanging valley)。悬谷的形成是由于支谷冰川的刨蚀能力远小于主谷冰川的刨蚀能力。悬谷与主谷的高差取决于两谷地的冰川刨蚀作用的强弱，两者差别越大，高差就越悬殊。

(5)羊背石

羊背石(roche moutonnée)是冰蚀谷底部或大陆冰川的冰床上一种比较特殊的地形，由一系列(有时单个)长条形的石质小丘构成(图 6-8)，形状与伏在地面的羊背相似，故此得名。羊背石平面为长的椭圆形，纵剖面为机翼形，其长轴与冰川的运动方向一致。羊背石的迎面坡平缓光滑，上面有擦痕、刻痕、新月形的磨光面，是冰川磨蚀作用的结果; 其背面坡较陡，有阶梯状陡坎，是冰川拔蚀作用所致，有时有冰碛物堆积。羊背石的规模大小不一，在山岳冰川作用区，其规模较小，而在大陆冰川作用区，规模较大，有的高达几十米，长数百米。

图 6-8 羊背石(据 D. E. Sugden et al. ，1976)