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地球上的冰川:冰川学上的摇篮

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:1982年底北京有一家报纸刊登了一幅东北松花江的冬景照片,照片下的文字说明是:冬天的松花江,是一条巨大的冰川。因为松花江上的冰是河冰,根本不是冰川。山上照常是白雪皑皑,冰川四溢。原来,冰川冰里,含有不少高压小气泡。这种凹地的形状,一般都像个大盆子,所以冰川学上把它叫作粒雪盆。粒雪盆是冰川的摇篮。冰川就是在这个摇篮里,逐渐长大成才的。

地球上的冰川:冰川学上的摇篮

在你不了解冰川之前,很难想象冰川是由积雪变成的。

按照一般人的想法,冰川,就是冰的河流,冬天河流结冰了,就变成冰川。1982年底北京有一家报纸刊登了一幅东北松花江的冬景照片,照片下的文字说明是:冬天的松花江,是一条巨大的冰川。这样的说明,一般的读者看不出破绽,却叫科学家啼笑皆非。因为松花江上的冰是河冰,根本不是冰川。

在格陵兰,在南极洲,在高山上,即使是赤日炎炎的夏天,那里也不会有雨水,而是经常大雪纷飞,根本不可能有水冻结成冰川。因为那里寒冷,天空中的水汽,还没有来得及凝结成雨滴,早已经凝华成雪花冰晶了。

宋朝著名诗人苏东坡说:  “我欲乘风归去,又恐琼楼玉宇,高处不胜寒。”

这“高处不胜寒”,说出了自然地理学上的一条重要自然规律。原来在我们地球上,海拔高度每升高100米,空气的温度就要下降0.6℃左右。这个规律,叫作气温垂直递减率。

物理学上有个实验告诉我们,膨胀能够导致冷却。只要你留意,生活中也能找到膨胀导致冷却的例子。如果你家里烧的是“液化石油气”,不妨注意一下,每当液化气钢瓶灌足气的时候,旋开瓶塞点火做饭,不一会,就会看到连接瓶口的减压阀上出汗了,甚至有时出现白霜。用手一摸,啊呀,冰冷冰冷的,怪不得空气中的水汽在减压阀上凝结成水滴或霜花了。自行车胎打足了气,突然把气放掉,车胎上的气芯,也是冰冷冰冷的。

在我们生活的地球上,越往高处,空气稀薄,气压降低。因此,当地球上低层空气向高空抬升的时候,空气就会膨胀。空气膨胀的结果,使大气温度随着海拔高度上升而逐渐下降。从理论上计算,倘使空气非常干燥的话,海拔每升高100米,气温要下降1℃。但是空气中或多或少总是有水汽存在的,这些水汽遇冷后会凝结,释放出潜热来,相对缓和了温度下降的速率。因此,气温随高度实际下降的数字,就停留在平均0.6℃左右了。

现在你可以计算一下,假如你生活在东南沿海一带的海平面附近,即使是盛夏酷暑,平均气温高到35℃,如果这时珠穆朗玛峰或者贡嘎山,就像神话里说的飞来峰一样,突然移到你的家门口,会发生如何的情景呢?山上照常是白雪皑皑,冰川四溢。

乞力马扎罗山

由于这个缘故,即使是在烈日如火的赤道上,高山顶上照样可以出现披雪盖冰的景象。假如你有机会到非洲去,非洲的最高峰乞力马扎罗山,尽管它地处赤道附近,山顶依然银装素裹。

这样,地球上出现了雪线。

如果山体的高度超过了那个地方的雪线高度时,那么,每年便会有多余的积雪积累起来,天长日久,那里就会出现冰川。

冰川是由积雪变化而来的明显证据,是冰川冰里含有大量高压气泡。如果把冰川冰放在饮料杯里,会像汽水那样噼啪作响。原来,冰川冰里,含有不少高压小气泡。这些肉眼不容易看清楚的小气泡,是积雪里的空气,在成冰过程中来不及排出而被封闭在冰中的。

有人在北大西洋上航行时,曾经看到一座冰山,突然发出一阵爆裂声。接着,冰山崩裂成一些大大小小的碎冰块,还劈里啪啦响个不停,简直像是在放鞭炮。这是冰山里的高压气泡,受热后发生爆炸而引起的奇观。

你如果在冰川上过夜,在夜深人静时,可以听到一种微弱的,然而是不间断的碎裂声,仿佛冰川在呼吸,在叹息。这也是冰中气泡碎裂时发出的声响。

冰川冰的年龄越大,冰中的气泡体积越小,气泡的压力就越大,有时甚至能达到8~10个标准大气压(1标准大气压约合101.32千帕)。这样的高压气泡爆炸的时候,声音可不比爆竹差呀。(www.xing528.com)

由水冻结的冰里,是不会有这样的高压气泡的。高压气泡的存在,从侧面很好地证明了,冰川冰是由积雪演变过来的。

那么,一朵朵美丽的雪花,它们是怎样变成晶莹的冰川冰的呢?

在雪线以上的区域,从天空中翩翩降落的雪花和从山坡上滑落下来的积雪,很容易在凹地里聚集起来。这种凹地的形状,一般都像个大盆子,所以冰川学上把它叫作粒雪盆。

粒雪盆是冰川的摇篮。积雪就是在这个摇篮里,逐渐变成冰川冰的。冰川就是在这个摇篮里,逐渐长大成才的。

自然界中,小自基本粒子,大到太阳宇宙,时时刻刻处于千变万化之中。雪花落地后,为了适应新的环境,开始了一系列的变化。不知你注意过没有,如果在冬天,你把积雪捏成一个雪球,经过一段时间之后,你的雪球会变成一摊松散的圆鼓鼓的颗粒状的雪粒,这种雪粒,冰川学上有一个专有名词,叫作粒雪。从雪花变成粒雪,这个过程叫作自动圆化。

雪花为什么会自动圆化呢?

世界上任何事物,都希望自己能在地球上站稳脚跟,雪花也不例外。雪花的晶体,为了使自己内部的能量达到最大限度的稳定,必须要求自己所包含的自由能达到最小最小的程度。晶体的自由能主要是它的表面能,表面能的大小是与晶体的表面积成正比的。各种各样的几何形体中,什么形状的表面积最小呢?球体的表面积最小。因此,球体的自由能也显得最小,最稳定。雪花晶体要想在积雪内部达到最理想的稳定状态,就必须圆化。

因此,聚集在粒雪盆里的积雪,过不了多久,会在粒雪盆里变成颗粒状的粒雪。刚开始变成的粒雪,像白砂糖一样细,叫作细粒雪。细粒雪之间,大鱼吃小鱼,互相并合,逐渐又会变成像黄豆一般大小的粗粒雪。

现在你大概明白了,粒雪盆,就是盛放粒雪的大盆子。在这些盛放粒雪的大盆子里,表面很厚很厚的一层,全是大大小小粗粗细细的粒雪。它们数量之多,超出一般人的想象能力。在一些大的高山冰川上,曾经见到过几十米厚的粒雪层,挖呀挖呀,很难挖到冰层。而在南极大冰盖上,甚至见到有200米厚的粒雪层。

请你想一想,上百米厚的雪层压在身上,会有多大的力量。电线上积雪多了,会压折电线。树枝上积雪厚了,会压断枝桠。甚至房屋的屋顶盖得单薄些,稍厚的积雪也会压塌屋顶。我们暂且把粒雪层的比重平均算作0.5克/立方厘米,那么在雪层50米深处,那里的粒雪每平方米面积上所承受的压力,足足有25吨重。100米深处呢?有50吨重。

由于这个缘故,粒雪层底层的粒雪,经常受着上层粒雪的压力。这种持续不断的压力,促使底层的粒雪,发生缓慢的沉降压实,密度越来越大。同时,在粒雪层表面,有时会产生轻微的融化现象,融化的液态水通过粒雪间的空隙下渗到底层,并冻结起来,使粒雪间的空隙越来越少,并堵塞了一些通道。被堵塞在里面的空气就成为气泡。当然,这个过程说说用不了几分钟时间,但在粒雪盆里却需要几年、几十年,甚至几百年的时间才能完成。经过这样漫长岁月的挤压,最下层的粒雪,才会逐渐演变成粒雪冰。

粒雪冰是粒雪演变到冰川冰的过渡阶段,它还不能说是冰川冰。粒雪冰里,含有较多较大的气泡,看起来颜色苍白,也不太透明,因此也有人把它叫作白冰。它虽然不是冰川冰,但是毕竟已经跨出了飞跃的一步,临近冰川冰的门槛了。

粒雪冰继续受到挤压,能排出一部分气泡。同时,残存在冰体内的气泡,体积被压缩得更小,肉眼几乎看不出来。直到它变成接近透明的略带浅蓝色的冰体时,它才是真正的冰川冰。

冰川冰的年龄越老,冰体越显得灿烂清澈。在格陵兰和南极,有年龄几十万岁的冰川冰。见过这种冰川冰的人,无不感到是一种至高无上的艺术享受,因为它的颜色,是世界上最美丽的一种颜色,即使是水晶,也在它面前黯然失色。

粒雪在粒雪盆里变成冰川冰后,当冰体的数量达到一定程度时,还会慢慢走路,形成会流动的冰川。

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