高中地球科學/冰川侵蝕與沉積

如今，冰川覆蓋了地球約 10% 的陸地面積，但在地球最近的歷史中，冰川曾經覆蓋了多達 30% 的陸地面積。大約八到六億年前，地質學家認為幾乎整個地球都被冰雪覆蓋。因此，如今的科學家們正在進行一種偵探工作，以找出曾經存在冰川的地方。我們可以透過觀察土地被侵蝕的方式以及觀察留下的沉積物來弄清楚這一點。你所居住的土地上可能曾經存在冰川。你如何才能找到答案呢？讓我們談談一些科學家正在尋找的特徵。

課程目標

討論高山冰川形成的不同侵蝕地貌。
描述冰川改變下伏岩石的過程。
討論冰川推進和後退時沉積的顆粒的分類和型別。
描述冰川沉積物形成的地貌。

冰川的形成和運動

如今，我們在地球的兩極和山區的高海拔地區發現了冰川。冰川中的冰會侵蝕掉下伏的岩石，就像河流和溪流塑造它們流過的土地一樣。與河流和溪流類似，冰川往往沿著現有的山谷流動，但冰川的厚厚的冰川在緩慢地移動過陸地時，會像一臺非常緩慢而穩定的推土機一樣將下面的岩石颳走。尤其是在山區，河流會切割成“V”形的山谷，因為流水會深深地切割岩石。當冰川流過同一個山谷時，它會拓寬山谷並形成更陡峭的山谷壁，從而形成一個“U”形的山谷（圖 10.34）。

在山區，通常許多較小的冰川從更高海拔處流下，在它們向更低的地方移動時，與主冰川匯合。通常，這些較小的冰川會比主冰川雕刻出更淺的“U”形山谷。當較小的“U”形山谷與主冰川的更深的山谷相遇時，就會形成一個美麗的侵蝕地貌，稱為懸谷。河水從陡峭的山谷壁上傾瀉而下，形成壯觀的瀑布（圖 10.35）。

冰川侵蝕

冰川侵蝕下伏岩石的主要方式是磨蝕和拔蝕。當厚厚的冰層推擠下伏岩石時，它會刮擦並拋光岩石表面。隨著冰川的流動，它們會用所攜帶的所有岩石物質刮擦下伏的基岩。這些刮痕在基岩中形成長而平行的凹槽，稱為冰川擦痕，它顯示了冰川的流動方向。此外，隨著冰川緩慢地移動過岩石，冰川融水滲入下伏岩石的裂縫和斷裂處。當水結冰時，它會將岩石塊從下伏的岩石表面推擠出來。這些岩石塊被拔出並被移動冰川的流動冰川帶走（圖 10.36）。

隨著冰川在侵蝕岩石和拉走岩石塊的過程中，會形成一些侵蝕地貌。當岩石被拉走，在山頂形成了一個陡峭的、碗狀的窪地，稱為冰斗。這個詞來源於法語中的“圓圈”。當冰川融化後，一個高海拔的湖泊，稱為冰川湖，通常會形成於被困在冰斗中的融水中。如果幾個冰川從中央山峰向不同的方向流下，那麼這些陡峭的壁狀窪地會留下一個角度尖銳、銳利的山峰，稱為角峰。瑞士的馬特洪峰是這種侵蝕型別的最著名例子（圖 10.37）。

當兩個冰川從山的兩側向下移動時，在它們相遇的地方形成的侵蝕地貌是一個鋒利的、陡峭的脊，稱為刃脊。有時，遠足小徑會沿著這些狹窄的脊線延伸，提供全方位的壯麗景色（圖 10.38）。

隨著冰川沿著山坡向下流動，冰川也可能在流動過程中雕刻和塑造下伏的基岩。當基岩的凸起被雕刻成一個不對稱的山丘時，它被稱為冰川羊背石。在法語中，它的意思是“羊巖”。也許山下的村民認為這些山丘看起來像是羊在山谷裡吃草。冰川羊背石在冰川流動的上坡方向有一個平緩的坡面，在向下坡方向有一個陡峭的坡面（圖 10.39）。

冰川的沉積特徵

隨著冰川多年來不斷流動，各種各樣的碎屑透過山谷壁的物理風化落到冰川上。冰川是固體冰，所以不像水，它們可以攜帶任何大小的岩石塊。冰川可以像攜帶最小的沙粒和淤泥顆粒一樣容易地攜帶像房子一樣大的巨石。這些岩石塊被冰川攜帶了數公里，直到冰川融化才會沉積。當你想起冰川時，你可能會想到白色的冰雪，但實際上冰川上面有很多岩石碎片。這些不同的沉積物都有自己的名字，根據它們形成的地方而命名，但總的來說它們被稱為冰磧。在冰川邊緣的一長條岩石堆積物被稱為側磧，在冰川中間的一條被稱為中磧。側磧是在冰川邊緣形成的，因為物質從山谷壁的侵蝕中掉落在冰川上。中磧是在兩個冰川匯合的地方形成的。在這種情況下，每個冰川邊緣的側磧在中間相遇，形成中磧（圖 10.40）。

無論冰川位於何處，它總是在緩慢地向下坡流動。有時，冰川向下坡流動的速度比它融化的速度更快。在這種情況下，你會看到冰川沿著山谷前進，每年都會有越來越多的冰川。如果你有機會去參觀冰川，你更有可能看到的是冰川正在後退。這意味著今年的冰川比去年少（圖 10.41）。


1938	1981	1998	2005
圖 10.41：這些冰川國家公園格林內爾冰川的照片是在近 70 年的時間裡拍攝的。1938 年，冰川清晰可見，發育良好。從 1981 年到 2005 年，冰川冰的數量減少了，形成湖泊的融水增加了。在 2005 年，冰山是冰川融化的進一步證據。

當冰川融化的速度快於它們向前流動的速度時，它們就會沉積下所有它們攜帶的大大小小的岩石物質。一般來說，所有這些由冰川直接形成的未分選的岩石沉積物被稱為冰川泥。如果你生活在曾經存在過冰川的地區，你可能在樹林裡甚至在田野中央看到過巨石。如果這些大岩石的型別與該地區的基岩不同，它們被稱為冰川漂礫（圖 10.42）。科學家們知道，只有冰才能將這些巨石運送很遠的距離。加拿大艾伯塔省發現的最大冰川漂礫，被稱為巨石，重達數千噸！

有時，在冰川到達的最遠點，會沉積很長的岩石山脊。這些被稱為終磧和**末端磧**。就像雜貨店裡的傳送帶將你的貨物送到櫃檯的末端一樣，冰川在流動時會運輸岩石和沉積物。如果你不能在雜貨店停止傳送帶，你最終會在櫃檯的末端得到一大堆雜亂的食物。末端磧有點像這樣。無論冰川承載著什麼，都會在冰川融化時留下一堆。地質學家研究這些材料，以確定冰川曾經延伸到多遠，他們還可以確定冰川融化需要多長時間。紐約州的長島是由兩個冰川末端磧形成的。形成這堆由冰川沉積的岩石和石頭的末端磧一直延伸到馬薩諸塞州的科德角。

即使冰川緩慢地向下流動，它也會在冰川下方沉積一層沉積物，科學家稱之為**基磧**。這層沉積物會在冰川下方形成一層厚厚的未分選的沉積物，填補低窪處，並使較高區域變得平坦。基磧是許多地區肥沃的搬運土壤的重要組成部分。科學家們知道所有這些岩石和厚厚的土壤來自其他地方，但有一段時間他們不知道它們來自冰川冰。這很容易理解，因為今天的冰川已經不存在了。許多科學家認為這些大岩石看起來像是被丟在那裡，他們認為可能是由大洪水帶來的冰山把它們帶到這裡。由於這個早期的假設，許多冰川沉積物被稱為“漂移”，因為它們被認為是漂浮在冰山上漂來的。他們正確地理解只有冰才能帶來這些物質，但不是因為地球上存在著厚厚的冰川“河流”，而在今天沒有冰的地方。

另一種冰川沉積地貌，由冰川融化的水在冰川下方形成的稱為**蛇形丘**（圖 10.43）。這些彎曲的沙質山脊是由沿著冰川底部冰川內流動的溪流沉積的。一條普通的溪流會將其河道蝕刻到地面，形成一個“V”形的河道，其中“V”的寬部分位於地面。由於這條溪流中的水流經冰川而不是地面，只有沉積物標誌著這些溪流的流向。當冰川融化時，沉積物會在地面上形成一個倒置的“V”。

**鼓丘**是另一種冰川形成的非對稱山丘，但它是由沉積物組成的。鼓丘是一個倒置的茶匙形山丘，與冰川移動的方向一致。據認為，冰川沉積的沉積物被流動的冰川塑造成一個細長的山丘，其緩坡的一端指向冰川流動的方向。通常，鼓丘成群出現，被稱為鼓丘群。

一旦材料被冰川沉積，從冰川融化的水就可以對這些沉積物進行分選和重新搬運。冰川直接從冰川中形成的沉積物和由冰川融水形成的沉積物之間的一個重要區別是它們的篩選程度。冰川能夠承載各種尺寸的顆粒，但固體冰不會篩選任何這些顆粒。因此，當冰川融化時材料沉積下來時，你會發現非常大的塊狀物與它攜帶的所有其他尺寸的顆粒混在一起，形成未分選的沉積物。當流水移動顆粒時，就會出現一種截然不同的情況。液態水無法承載冰川承載的那些大顆粒。因此，當水流過這些未分選的沉積物時，它只會選擇它能夠承載的較小的沙子和淤泥。這會產生一種僅由液態水搬運的沙子和較小顆粒組成的分選沉積物。通常，這些沉積物一層一層地形成，並顯示出河流的流向。這些沉積物被稱為**層狀漂移**。通常，一層寬闊的層狀漂移會覆蓋冰川最遠範圍之外的區域，因為融水溪流會將物質擴散出去，形成一個稱為**冰川外流水平原**的廣闊平原（圖 10.44）。

如果冰川退縮時，留下一個孤立的冰塊，它可能會被這些沉積物層包圍並最終覆蓋。許多年後，隨著冰塊融化，它會用水填滿凹陷處，形成稱為**冰蝕窪地湖**的小型圓形湖泊（圖 10.45）。這些小湖泊在冰川到達最遠的地方很常見。

**圖 10.45**: 在冰川外流水平原地區，常見小型圓形湖泊。它們是由冰川退縮後留下的冰塊形成的。

幾種型別的層狀沉積物在冰川地區形成，但不是由冰川直接形成的。在冰川地區，湖泊在冬季被冰覆蓋。在冬季，較暗的細粒粘土沉到底部，在湖泊的靜水中沉積。在春天，隨著冰川產生大量融水，較淺的沙子沉積在湖泊底部較暗層之上。這些獨特的層被稱為**紋泥**，具有成對的暗色/淺色層，每一層代表一年的沉積物。

**黃土**是一種非常細粒的、風力搬運的沉積物，它在層狀漂移冰川沉積物地區形成。它在北美中部以及歐洲中東部很常見。當冰川研磨下面的岩石時，會產生一種稱為**冰川粉**的細粉末，這種細粉末會產生這種細小的沉積物。

課程總結

以冰川形式存在的冰川運動，以其強大的侵蝕力，改變了我們的山地地表。
U形谷、懸谷、冰斗、角峰和刃脊只是冰川雕刻的眾多地貌中的一部分。
被侵蝕的物質後來沉積成巨大的冰川漂礫、冰磧、層狀漂移、冰川外流水平原和鼓丘。
紋泥是一種非常有用的年度沉積物，它形成於冰川湖泊中。

複習題

今天有多少地球陸地面積被冰川覆蓋？地球曾經被比今天更多的冰覆蓋過嗎？
被冰川侵蝕過的山谷的形狀是什麼？它是如何得到這種形狀的？
當較小的側冰川加入中央主冰川時，會形成兩種不同的地貌？
說出並描述冰川侵蝕周圍岩石的兩種過程。
說出當一個山區中幾個冰川從一箇中央山峰向下移動到不同的方向時形成的侵蝕地貌。
描述由冰川形成的不同型別的冰磧。
描述冰川沉積物和層狀漂移之間的區別。舉例說明每種沉積物是如何形成的。
說出並描述冰川形成的兩種非對稱山丘狀地貌。

詞彙

磨蝕: 當冰川在基岩上流動時產生的對基岩的刮擦。
刃脊: 當兩個冰川向相反的方向侵蝕時形成的陡峭、鋒利的山脊。
冰斗: 當冰川拔蝕和侵蝕下面的基岩時形成的陡峭、碗狀的凹陷。
鼓丘: 由流動的冰川下的沉積物形成的非對稱山丘。
終磧: 未分選的冰川沉積物堆，標誌著冰川前進的最遠範圍。
蛇形丘: 由融水在冰川下方沉積的、長長的、彎曲的、倒置的“V”形山脊。
冰川漂礫: 一塊大型巨石，其岩石型別或成因不同於周圍的基岩。
冰川擦痕: 由移動的冰川刻在下面的基岩上的長而平行的劃痕。
冰川沉積物: 由冰川冰沉積的任何未分選的沉積物。
基磧: 在流動的冰川下方沉積的厚厚一層沉積物。
角峰: 當冰川從一箇中央山峰移開時形成的尖銳、有角的山峰。
冰蝕窪地湖: 通常由滯留在冰川外流水平原的冰川形成的圓形湖泊。
冰磧: 由冰川冰沉積在上面、下面或留下的未分選的岩石物質沉積物。
拔蝕: 當融水滲入裂縫並凍結時，冰川從下面的基岩中剝離岩石塊。
羊背石: 由移動的冰川的磨蝕和拔蝕作用形成的非對稱基岩山丘。
冰川粉: 冰川在基岩上摩擦產生的細小沉積物。
冰川湖: 由冰川融水和降水形成的山區湖泊。
紋泥: 淺色粗顆粒沉積物和深色細顆粒沉積物的成對沉積物。

思考問題

你住在什麼地方周圍會看到哪些地貌，從而確定那裡曾經有冰川存在？
如果地球上從未形成冰川，這對北美中部土壤型別會有什麼影響？
侵蝕過程可以產生美麗的陸地形態嗎？

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