歷史地質學/冰川
冰川是指地球表面上移動的冰體。在本文中，我們將討論冰川是如何形成和移動的，與冰川相關的地理特徵，以及如何識別這些特徵，從而讓我們瞭解在過去地球歷史的年代裡，冰川曾經存在過的地方。
冰川形成於積雪區，即積雪量大於融雪量的區域。這些積雪然後堆積起來，並在自身重量下壓實形成冰。
即使這發生在一個完全平坦的表面上，隨著冰層的增厚，它最終也會在其自身重量的壓力下開始向外擠壓；而且冰川通常會形成在山頂上，那裡重力也是一個因素。在壓力和/或重力的作用下，冰會流動。冰川以兩種方式流動：沿其底部滑動，以及冰川內部冰分子發生的“塑性流動”。
你可能還記得在科學課上，冰在壓力下會融化；這意味著冰川的底部通常會被水潤滑。
冰川的整體速度可以透過簡單的方法測量：用錘子將樁子釘入冰川，等待一段時間，回來後檢視它移動了多遠。如此測量的速度範圍從每天幾釐米到幾米不等，具體取決於冰川。
冰的流動和水的流動之間一個重要的區別在於：河流受到重力的向下牽引。當冰川向下流動時，這種情況也會發生；但冰川也受到其背後壓力的推動：因此，冰川可以並且確實會向上流動。
一旦開始運動，冰川中的冰將繼續流動，直到到達冰消融的點：要麼到達海洋，碎裂成冰山，要麼到達氣候溫暖到足以融化前進的冰川的區域。在後一種情況下，這種冰川的末端代表了一種平衡狀態，在這種狀態下，融化的速度足以平衡冰川流動的速度。
現在，當這種平衡保持時，冰川整體將保持靜止。冰川中的冰會移動，從積雪區開始，最終到達消融區，但冰川整體保持在一個地方：就像一條從積雪區到消融區移動的冰傳送帶。
冰川的長度會隨著氣候的變化而變化：例如，如果冰川消融端的周圍氣候變暖，那麼冰川在到達融化速度等於流動速度的區域之前將無法前進得那麼遠，因此冰川將後退（請注意，在此過程中，冰川中的冰仍將繼續向前移動）。相反，當然，氣溫下降將使冰川從積雪區延伸得更遠。冰川積雪區的變化也會影響其長度：積雪區降雪越多，流動冰的體積越大，它在融化前延伸的距離也就越遠。由此可見，全球變冷會導致冰川從積雪區延伸得更遠，而全球變暖則會導致冰川延伸得較短，或者如果氣溫升高到足以使積雪區以前的積雪融化，則完全消失。
起源於山頂積雪並沿山坡向下流動的冰川被稱為山谷冰川或高山冰川：這兩個術語是同義詞。
較大的冰川，例如今天覆蓋格陵蘭島和南極洲表面的冰川，被稱為大陸冰川、冰蓋或冰原。同樣，這些是同義詞，術語的多樣性並不表示正在進行某種區分。山谷冰川從積雪點向下流動，而格陵蘭島和南極洲的冰蓋則從積雪點向所有方向外流。
冰川在景觀上移動時，會掃除表土和鬆散的岩石，並將它們運送到冰川的消融端，並露出下面的基岩。這基岩會被冰川經過時打磨；它還會被冰川中包含的岩石在行進方向上刻出溝槽和劃痕：這種溝槽被稱為擦痕或冰川擦痕，岩石則被稱為擦痕巖。右圖顯示了一個擦痕的例子。
冰川的經過會產生各種大小的碎屑，從從基岩上剝落的巨大岩石塊到冰川研磨作用產生的非常細的冰川粉。山谷冰川還會攜帶從山谷兩側落下的任何岩屑。一些冰川，很合理地被稱為“岩石冰川”，主要由冰粘合在一起的岩石組成。
一個與冰川相關的常見侵蝕特徵是羊背石，它是由冰川滑過岩石丘而形成的。當冰川向上滑過小山時，會將其拋光並刻上擦痕；向下滑過另一側時，會從岩石上剝落碎片，在其後留下更陡峭、更參差不齊的面。
山谷冰川會在積雪區形成一個稱為冰斗的盆地，該盆地邊緣大約有四分之一缺失，缺失的方向是冰川離開冰斗的方向。被冰川侵蝕的山地將具有崎嶇、鋸齒狀的地形，在兩個冰斗或冰川穀相鄰的地方形成刀刃狀的山脊。山谷冰川雕刻出的山谷將具有特徵性的U形橫截面，這與河流形成的V形山谷截然不同。
冰川搬運和沉積的岩屑被稱為冰磧。它未經磨圓且未經分選。這聽起來可能並不顯眼，直到我們想到風或水的作用無法產生這樣的沉積物：這種未經分選的碎片堆積是冰川作用的特徵。
在山谷冰川中，冰川邊緣會有冰磧的集中堆積，這些冰磧是從山谷兩側剝落或研磨下來的。這種冰磧的堆積被稱為側磧。當兩條山谷冰川匯合時，側磧將合併成新形成的大冰川中間的中磧，如右圖所示。
底磧是在冰川底部冰層中的冰磧沉積在廣闊區域上形成的，要麼是冰川底部的冰磧停留在某個物體上，要麼是冰川由於氣候變化而退縮。底磧通常以小山丘的形式存在，形狀有點像勺子的背面，被稱為鼓丘。沒有人真正確定它們是如何形成的，但它們是由冰磧構成並且與其他冰川作用跡象一起發現的事實證實了它們是冰川起源；此外，它們總是沿著冰川流動方向（透過研究擦痕、羊背石等確定）的長軸方向排列。在冰川的消融端，冰川搬運的沉積物將被傾倒下來形成終磧，從而形成一條與冰川末端通常發現的冰舌形狀相同的凸形冰磧脊。
在冰川融化的消融區以外，冰川融水將被帶走，通常透過一條辮狀河（這個術語將在關於河流的文章中更詳細地解釋）。它會攜帶較輕的沉積物，稱為冰水沉積物，這些沉積物將在冰川前面沉積下來形成冰水沉積平原。
在一個有趣的沉積特徵可以在由冰川水補給的湖泊（冰前湖）中看到。在夏季，這些湖泊中會沉積相對粗糙的沙子和礫石沖積物；在冬季，當湖面結冰時，冰面下平靜的環境使粘土和有機物質的細小顆粒沉澱下來。結果形成了沉積物質的偶對，一個細，一個相對粗糙，反覆出現，每個偶對被稱為紋泥。由於紋泥的沉積是每年發生的，因此紋泥的研究對測年具有意義，這一點將在後面的文章中討論。
冰蝕窪地是我們與冰川聯絡的另一個特徵。當冰川退去時，我們經常觀察到它會留下一個巨大的冰塊。然後，退卻冰川的沖積沉積物將在孤立的冰塊周圍堆積起來。當它融化時，這可能需要很多年，結果是在沖積平原上形成一個凹陷：這就是冰蝕窪地。如果它位於地下水位以下，它將充滿水，形成一個帶有沖積物堤岸的小湖。
即使冰川不再存在，也不難發現它的蹤跡：因為如果你移走了冰川，你仍然會留下冰川產生的沉積和侵蝕模式；而這些模式非常獨特，其他機制無法產生。我們可以注意到，我們今天可以看到冰川正在消失：例如，蒙大拿州的冰川國家公園在撰寫本文時只有26個有名的冰川，而1850年則有150個；因此，我們關於過去冰川留下的證據是什麼的陳述絕非假設，而是基於直接觀察。
對於所有過去的冰川，無論是山谷冰川還是大陸冰川，我們都看到了特徵性的侵蝕模式：我們看到了諸如基岩拋光、條痕、羊背石等等。我們也看到了冰磧。正如我們所指出的，冰磧是一種非常獨特的沉積物，它不能由風和水的作用產生，這一點可以透過它沒有分選、沒有磨圓的性質來證明。冰磧的排列也可能非常獨特；在新月形終磧中的一堆冰磧除了冰川在那裡沉積它之外，沒有其他解釋。
當我們發現漂礫時，它們提供了另一個明顯的線索。漂礫是指就其組成的岩石而言，與周圍地質環境毫無共同之處，並且必須被運送到其當前位置一段距離的岩石；在某些情況下，數百公里。正如我們觀察到的，冰可以運輸如此巨大的岩石；水和風則不行。
因此，我們留下了一些過去冰川的明確跡象。當我們看到光滑的基岩上刻有通向半圓形終磧的條痕，這些終磧由未磨圓和未分選的岩石組成，其中許多岩石遠離其原始地質環境，在其之外看起來像是沖積平原，我們真的沒有其他結論可以得出，除了我們正在觀察冰川曾經流動和終止的地方。
除了前面提到的侵蝕和沉積特徵外，冰川還留下了一些高度獨特的陸地形態。例如，考慮一下右邊的照片。那裡不再有冰川存在，事實上，在以前的積雪區形成了一個湖泊。（這樣的湖泊被稱為冰蝕湖）。
儘管沒有任何實際的冰，但讀者應該很容易識別與山谷冰川相關的陸地形態，這些形態就像大象的腳印一樣清晰而獨特。在這裡，當然，是冰斗的巨大碗狀結構，而且就在我們期望找到它的位置，在溫度最低的山峰附近；在前景中，在冰斗的邊緣敞開的地方，我們看到一個山谷，具有冰川穀特徵性的U形橫截面，冰川曾經從冰斗中流出。
冰蓋不會雕刻出相同的形態，但它們確實會留下一些大規模的線索。它們通常會清除土壤和其他沉積物，留下大片的裸露岩石。在這樣做的過程中，它們還會抹去冰川到來之前景觀中存在的排水系統，因此，在它們退去之後，景觀排水不良：這些特徵是地質學家尋找其他冰川作用跡象的訊號。
我們應該再提幾個冰川作用的跡象。第一個是均衡回彈。冰很重，由於我們將在後面的文章中更詳細地討論的原因，大陸冰川的重量應該會將地球的地殼壓入地幔中，並且當冰川消失時，地球的地殼應該會緩慢地“反彈”起來。這種情況發生的足夠快，以至於在短短幾個世紀內就留下了痕跡：因此，在斯堪的納維亞的部分地區，我們可以看到以前的港口現在無用地遠離大海。如今，冰川后地區的回彈速度由一個稱為BIFROST的GPS監測系統直接測量：最大回彈速度約為1釐米/年。這本身並不能證明過去冰川的存在，但與侵蝕和沉積的更明確的跡象相結合，回彈現象確實證實了冰川作用的假設。
我們可以做出並證實另一個預測。我們可以使用地質測年方法，這些方法將在後面的文章中詳細介紹，來確定覆蓋北美北部和歐亞大陸的冰蓋的時間。現在，如果我們正確地將這些條痕、終磧等等歸因於冰川作用，那麼我們應該發現，在同一時間，我們有其他證據表明氣候變冷，例如適應寒冷氣候的動植物；由於水被鎖在大陸冰川中而導致的海平面下降；溫度依賴性的貝殼成分變化等等。而這正是我們發現的，為冰河時代提供了獨立的確認。
我們將在以後關於地質測年方法、古氣候學和冰河時代的文章中更全面地處理這些主題；現在，我們只簡單地指出這些技術可以被使用，並且它們證實了我們可以從研究地貌、沉積物和侵蝕特徵中學到的東西。