冰磧[qì](英文:Glacial drift、Moraine),又稱“冰磧物”,是冰川搬運(yùn)、堆積的各種物質(zhì)的總稱。冰磧是冰川搬運(yùn)和堆積的主要物質(zhì),也是冰川改變地球面貌的物質(zhì)基礎(chǔ)。
冰磧形成主要受挖掘作用和寒凍風(fēng)化作用影響,致使山上巖石破碎掉落在冰川上,經(jīng)冰川搬運(yùn)、沉積而成。根據(jù)劃分標(biāo)準(zhǔn)的不同冰磧的類型表述也存在差異,常見的劃分標(biāo)準(zhǔn)有按照搬運(yùn)和停頓性質(zhì)劃分、按照分布位置劃分等,可以將其分為運(yùn)動(dòng)冰磧和堆積冰磧;底磧、內(nèi)磧、中磧、側(cè)磧、表磧、終磧等類型。冰磧一般呈褐色,夾有棕色、紅色及灰色的斑點(diǎn);磨圓度一般較差,顆粒形態(tài)多呈棱角狀和半棱角狀;沒有分選性,結(jié)構(gòu)致密,不易透水,礦物成分嚴(yán)格受冰川源區(qū)和冰川下伏基巖性質(zhì)的控制。冰磧在冰川消融后就地堆積,形成冰磧丘陵、側(cè)磧堤、終磧堤、鼓丘等冰磧地貌。
冰磧是冰磧地貌形成的物質(zhì)基礎(chǔ),通過對冰磧中的漂礫的研究,可以了解冰川的來源和運(yùn)動(dòng)的方向,并可根據(jù)終磧堤的分布特征了解冰川作用的范圍及其進(jìn)退過程。在工程建設(shè)方面,根據(jù)對冰磧物分布規(guī)律的研究,可以幫助尋找地下水源、確定水利工程的選址、鐵路線的勘定、橋梁和大型建筑物地質(zhì)基礎(chǔ)的確定等。
定義
冰磧是指由冰川搬運(yùn)、堆積的各種物質(zhì)的總稱。
中國科學(xué)院科普云平臺(tái)的定義為:冰川底床有暫時(shí)的壓力融水,融水滲入谷底巖石裂縫里,凍結(jié)時(shí)也產(chǎn)生強(qiáng)大的凍脹力。寒凍風(fēng)化作用不停地在山坡上和冰川底床制造松散的巖塊碎屑,山坡上的碎屑在重力作用下滾落到冰川上,底床里的碎屑更容易被冰川挾帶著一起流動(dòng)。冰川挾帶的礫石巖塊通稱為冰磧。
國家地理學(xué)會(huì)的定義為:冰磧是移動(dòng)的冰川留下的物質(zhì),這些物質(zhì)通常是土壤和巖石。正如河流攜帶各種碎片和淤泥,最終形成三角洲一樣,冰川也輸送各種泥土和巨石,這些泥土和巨石堆積成冰磧。
形成
冰磧來源主要有兩個(gè),一是挖掘作用產(chǎn)生的巖石碎塊;二是寒凍風(fēng)化作用使山上巖石破碎掉落在冰川上。
挖掘作用是指冰川向前流動(dòng)推進(jìn)時(shí),冰川將冰床底部及兩側(cè)基巖破碎,并將破碎物掘走,由于過程像耕地犁頭翻土一樣,故稱挖掘作用。冰川向前流動(dòng)推進(jìn)時(shí),冰川本身具有重大壓力,可以使冰床底部巖石壓碎;融化的冰水滲入巖石裂縫中后又和冰川凍結(jié)在一起,當(dāng)冰川運(yùn)動(dòng)時(shí),連挖帶拔加上推鏟,使冰床遭受巨大的破壞。
寒凍風(fēng)化作用是指滲入巖石中的水在溫度低于0℃時(shí)結(jié)冰導(dǎo)致體積膨脹,從而給周圍巖石的壓力增大,擴(kuò)大巖石空隙,當(dāng)凍結(jié)和融化反復(fù)進(jìn)行,巖石的空隙逐漸增多、擴(kuò)大,最終使巖石崩裂。在高緯度和中緯度的高山區(qū),晝夜溫度常在0℃上下波動(dòng),充填于裂隙中的水體凍融頻繁,寒凍風(fēng)化作用最為顯著。
挖掘作用和寒凍風(fēng)化作用產(chǎn)生的巖石碎屑物大小相差很大,大的體積有數(shù)十立方米,重量可達(dá)數(shù)百噸甚至數(shù)萬噸;小的以冰川底部磨蝕作用產(chǎn)生的粉砂為主,粉砂直徑介于0.05~0.005毫米。
特征
顏色
冰磧的顏色取決于基巖的顏色。一般呈褐色,夾有棕色、紅色及灰色的斑點(diǎn)。古老的冰磧物與第四紀(jì)古氣候變化有關(guān)。一般來說顏色越深,表示在間冰期中受濕熱風(fēng)化作用越強(qiáng)、年代越老。較新的冰磧物由于經(jīng)歷的間冰期時(shí)間較短,未經(jīng)強(qiáng)烈的濕熱風(fēng)化所以其顏色較淺,一般為灰色或黃褐色。冰磧物的顏色可作為劃分第四紀(jì)地層的證據(jù)。
顆粒表面
冰磧物中礫石多為在搬運(yùn)過程中因相互磨擦刻劃、擠壓而產(chǎn)生特殊的礫石,形成各種形狀,如馬鞍形(馬鞍石)、熨斗狀(熨斗石)、燈盞形(燈盞石)等,磨圓度一般較差,顆粒形態(tài)多呈棱角狀和半棱角狀。但是在被卷入的冰前期河流礫石或是同期冰下河道的沉積的情況下,會(huì)出現(xiàn)磨圓度較高的礫石,在海洋性冰川地區(qū)較多。典型的冰磧石一般是五角形或三角形,有一個(gè)平坦的底面和隆起的頂面,邊側(cè)有小的平面,預(yù)角有磨損和鈍化現(xiàn)象。冰磧石的另外一個(gè)特點(diǎn)是在礫石表面會(huì)有磨光面、擦痕、壓坑和壓裂等冰蝕作用痕跡。擦痕石主要出現(xiàn)在底磧中,因?yàn)樵谶@里冰磧石受冰川推動(dòng)彼此摩擦的機(jī)會(huì)最多。表磧除非是由底磧轉(zhuǎn)化來的,一般沒有擦痕。
粒級組成
冰磧物的粒級組成取決于冰川規(guī)模、冰磧物的類型和冰川流經(jīng)區(qū)的巖石類型。冰磧物一般為巨大的巖塊(漂礫)或不同礫經(jīng)的礫石與砂粒,及較細(xì)的粘土共生在一起。其中富含粘土的堆積物稱為冰磧礫泥或稱泥礫。若冰川流經(jīng)堅(jiān)硬巖石地區(qū),如花崗石、閃長巖、石英巖等。冰磧以礫石、砂粒為主,若流經(jīng)頁巖或泥巖地區(qū),則形成亞粘土或粘土冰磧。在冰蓋作用區(qū),強(qiáng)大的冰川磨蝕作用形成了較多的細(xì)粒冰磧物;而在山岳冰川作用區(qū)的冰磧物中,以沙礫為主,細(xì)粒物質(zhì)含量較少。對于同一冰川而言,則以底磧中含細(xì)粒物質(zhì)的比例最高。一般在頁巖區(qū),冰磧物中富含黏土類物質(zhì),而在花崗巖、石英巖區(qū),則沙質(zhì)含量增多。冰磧物中的粉沙含量比較穩(wěn)定。
巖性和礦物成分
冰磧的礦物成分受冰川源區(qū)和冰川下伏基巖性質(zhì)的控制。一般結(jié)晶巖地區(qū)的冰磧物,礦物種類多并含有大量的不穩(wěn)定礦物。沉積巖區(qū)的冰磧物,礦物種類較單一且多為穩(wěn)定礦物。冰磧物的巖礦組成還與冰川作用性質(zhì)和搬運(yùn)距離等因素有關(guān)。表磧被搬運(yùn)得較遠(yuǎn),形成的冰磧物往往與當(dāng)?shù)氐膸r性無關(guān),常成為異地漂礫。同一冰川作用區(qū)的冰磧物被搬運(yùn)的距離愈遠(yuǎn),不穩(wěn)定礦物含量愈少,穩(wěn)定礦物的相對含量愈多,變成異地漂礫的可能性愈大。在化學(xué)風(fēng)化作用下,不穩(wěn)定礦物逐漸受到破壞,冰磧中就很少有中心區(qū)常見的輝石、角閃石和綠簾石等不穩(wěn)定礦物,而大量出現(xiàn)金紅石、鋯石和石英等抗風(fēng)化特強(qiáng)的礦物。黏土礦物中常見的成分是在低溫環(huán)境下生成的水云母。
沉積特征
冰磧物是由冰川固體搬運(yùn),冰融后迅速堆積,所以沒有分選性,巖屑大小混雜,直徑十余米大小的漂礫至極細(xì)的粘土,往往共生在一起,并經(jīng)冰川的壓力作用,結(jié)構(gòu)十分致密,孔隙度低,不易透水。在冰磧物中常夾有透鏡狀的砂礫石層,這是冰川內(nèi)部冰融水搬運(yùn)沉積下來的物質(zhì)。因冰磧物沒有分選性,所以也不具有層理構(gòu)造。由于冰川的底磧隨冰川運(yùn)動(dòng),其具有定向排列的趨勢。
分類
根據(jù)搬運(yùn)和停頓性質(zhì)分類
根據(jù)冰川搬運(yùn)和停頓性質(zhì)劃分,可以將冰磧劃分為運(yùn)動(dòng)冰磧、堆積冰磧兩類。
運(yùn)動(dòng)冰磧是指被冰川搬運(yùn)和冰川一起運(yùn)動(dòng)的碎屑物質(zhì)。冰川在運(yùn)動(dòng)過程中,除通過挖掘作用和刨蝕作用從谷底獲得大量碎屑物外,冰川谷地兩側(cè)斜坡上的崩塌也能使大量碎屑物質(zhì)進(jìn)入冰川,并隨冰川一起向下運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)冰磧包括側(cè)磧、表磧、中磧、內(nèi)磧、橫磧、底磧。
堆積冰磧是指經(jīng)冰川搬運(yùn)后堆積下來的物質(zhì)。堆積冰磧主要是冰川固定階段和冰川后退時(shí)期,在冰川融解的過程中形成的堆積。堆積冰磧主要有底磧、終磧和側(cè)磧以及溶融磧等。
根據(jù)分布位置分類
根據(jù)冰磧分布位置劃分,可以將冰磧劃分為底磧、內(nèi)磧、中磧、側(cè)磧、表磧、終磧。
底磧又稱“下磧”,是指冰川在冰床底部堆積的冰磧物。底磧的主要特征為一般含泥質(zhì)較多,膠結(jié)程度較高,礫石的磨圓度也較好;大小漂礫的長軸總是順著冰川運(yùn)動(dòng)方向而排列;底磧在冰川融化后常堆積成為和緩起伏的地面,其上常多小型湖泊、濕地和沼澤。
內(nèi)磧又稱“里磧”,是指落入冰川表面和冰裂隙中的礫塊、碎石等被冰川包裹,存在于冰川體內(nèi)部的冰磧物。其中,呈水平狀的里磧叫做“橫磧”。底磧中的卵礫石隨冰川運(yùn)動(dòng)由底部向上抬升后,可成為內(nèi)磧,兩條冰川匯合后,在匯合點(diǎn)以下,冰磧物的下磧部分可轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)磧。
中磧是指由兩支或兩支以上的山谷冰川相匯合,其中相鄰的兩道側(cè)磧匯合,于冰川中部向下延伸的部分。中磧與側(cè)磧平行排列,當(dāng)冰川消融后常常形成沿冰川谷延伸的壟堤。
側(cè)磧是指分布于冰川體兩側(cè)的堆積物。主要特征為側(cè)磧在冰川末端冰舌附近往往與終磧相連,形成環(huán)狀或弧形堆積。 由于堆積作用在冰川兩側(cè)一定位置連續(xù)進(jìn)行,逐漸加厚增高,常形成側(cè)磧堤。側(cè)磧與橫阻于谷中的終磧堤相聯(lián)結(jié)時(shí),側(cè)磧堤的形態(tài)更為明顯。
表磧是指由于寒凍風(fēng)化或塊體運(yùn)動(dòng)等作用,直接落入冰川表面的碎屑物,或冰川表面消融后而出露的冰磧物。主要特征為一般愈向冰川下游,表磧覆蓋愈增厚,面積愈大。
終磧又稱“前磧”,是指位于冰川邊緣前端、冰舌末端的冰磧物。主要特征為終磧在冰川融化后,往往堆積成弧形的壟堤;冰蓋終磧高度一般為30一50米,長度可達(dá)幾百公里,山谷冰川終磧一般可達(dá)100米;終磧常常遭受冰融化的沖蝕破壞,產(chǎn)生許多缺口,形成個(gè)別伸展的丘陵長堤。
冰磧地貌
當(dāng)冰川消融后,冰川所攜帶的大量冰磧物就地堆積,形成各種冰磧地貌,主要有冰磧丘陵、側(cè)磧堤與中磧堤 、終磧堤、鼓丘等。
冰磧丘陵又稱“基磧丘陵”,是指冰川融化時(shí),冰川中的表磧、中磧,內(nèi)磧等沉落下來與底磧混合構(gòu)成丘陵地形。其主要特征為丘陵的形態(tài)受底部地形起伏的影響;一般呈不規(guī)則的丘狀,堤狀或微起伏的地形;冰蓋作用區(qū)的冰磧丘陵,高度可達(dá)數(shù)十米至數(shù)百米,山岳冰川形成冰磧丘陵,高度只有幾米到數(shù)十米;冰磧丘陵之間的洼地,如果是透水性很小的漂礫和黏土混合組成,常能形成積水池。冰磧丘陵的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和組成冰磧丘陵的不同冰磧物有關(guān),冰磧丘陵如果是由原底磧組成,礫石棱角稍有磨圓現(xiàn)象,扁平礫石有定向排列,長軸平行冰川流向,扁平面傾向上游;如果冰磧丘陵是由表磧或內(nèi)磧在冰融化后沉落而成的,則礫石無定向排列現(xiàn)象。
側(cè)磧堤也稱“側(cè)磧”,當(dāng)冰川融化時(shí),在原山谷冰川兩側(cè)由側(cè)磧構(gòu)成堤狀或垅崗狀地形。中磧堤也稱“中磧垅”,是指當(dāng)冰川后退,由中磧堆積形成的堤狀地形。側(cè)磧堤是山谷冰川的一種很主要的地貌形態(tài),其主要特征為側(cè)磧堤往往和終磧堤相連形成環(huán)狀,一般高數(shù)米或者數(shù)十米;有時(shí)在槽谷兩側(cè)數(shù)條側(cè)磧堤平行排列,相互街接形成側(cè)磧階地;側(cè)磧堤的上游源頭開始于雪線附近,下接終磧堤。
終磧堤又稱“尾磧堤”,是指分布于冰川前緣地帶,當(dāng)冰川末端的補(bǔ)給和消融處于相對平衡狀態(tài)時(shí),冰磧物在冰舌前端不斷沉積下來,形成與河川流向近于垂直的弧形長堤。終磧堤成因與冰川的進(jìn)退有關(guān),當(dāng)冰川處于平衡狀態(tài)時(shí),冰舌處的大量底磧和內(nèi)磧沿冰體剪力面被推舉到冰川表面形成表磧,另一部分內(nèi)磧由于冰川表面消融而出露為表磧。這些表磧?nèi)鐫L落到冰川末端邊緣堆積下來,待冰川退縮時(shí),就形成弧形終磧堤。如果冰川的積累大于消融,冰川前進(jìn),除一部分冰磧沿冰體剪切面被推舉到冰川表面再滾落到冰川末端邊緣外,同時(shí)冰川以外的谷地中的砂礫或過去的冰磧層則被推擠向前移動(dòng),形成終磧堤。終磧堤的主要物征為高度可達(dá)數(shù)米至數(shù)十米,一般堤外邊坡度較大,而堤的內(nèi)側(cè)較平緩,逐漸與終磧堤內(nèi)部地形相連接;冰蓋的終磧堤,高度可達(dá)三十至五十米,長度可達(dá)幾百千米,弧形曲率較小,山岳冰川的終磧堤可高達(dá)數(shù)百米,長度較小,弧形曲率較大。
鼓丘是一種由冰礫泥組成的流線型丘陵,平面上呈蛋形,長軸與冰川運(yùn)動(dòng)方向一致。其主要特征為一般高度數(shù)米至數(shù)十米,長度多為數(shù)百米;鼓丘內(nèi)有時(shí)含有基巖核心,形如羊背石,它局部出露于迎冰坡,或完全被冰磧物所埋藏;前后兩坡不對稱,迎冰坡陡,常為基巖構(gòu)成,背冰坡緩,常堆積著冰礫泥;鼓丘以大陸冰川區(qū)分布較多,往往成群地分布于終磧堤內(nèi)不遠(yuǎn)的地方。在冰磧丘陵中,各鼓丘之間有無數(shù)的具有一定延伸方向的洼地,冰融水注入洼地中形成湖泊或沼澤地。
研究及利用價(jià)值
冰川研究
冰磧物的成份,與冰川活動(dòng)區(qū)的基巖密切有關(guān)。冰磧物中的漂礫是確定冰川存在的有力證據(jù),對漂礫的研究,可以了解冰川的來源和運(yùn)動(dòng)的方向。根據(jù)終磧堤的分布特征可以了解冰川作用的范圍及其進(jìn)退過程,由此可以推斷第四紀(jì)古氣候和現(xiàn)代氣候的變化。
探尋礦產(chǎn)
現(xiàn)今在地表見到的冰磧,均是第四紀(jì)冰期的冰川堆積物。這個(gè)時(shí)期的冰川在前進(jìn)過程中,會(huì)把重金屬礦物,如金、、鉻、鎢以及水晶、金剛石等,從原生礦床刨削下來搬運(yùn)而走,冰川融化后,這些礦砂就富集在冰磧物中,形成冰磧砂礦。根據(jù)砂礦的遺跡可以追尋原生礦產(chǎn)地。山岳冰川一般規(guī)模小,長一般不足30 km,因此在山岳冰川冰磧物中若發(fā)現(xiàn)有用礦物,尋找有用礦物的原生礦范圍也較易圈定。
其他價(jià)值
對第四紀(jì)冰磧物分布規(guī)律的研究,可以幫助尋找地下水源,興修水利,水壩壩址的選擇,鐵路線的勘定,橋梁和大型建筑物地質(zhì)基礎(chǔ)的確定等。一般河流堆積物透水性較好,易產(chǎn)生漏水、滑坡和方,而冰磧物則是良好的隔水層,膠結(jié)緊密,有天然混凝土的作用,是理想的地質(zhì)基礎(chǔ)。另外冰磧物堵截山谷,河谷或河床貯水后而形成的冰磧堰塞湖,如哈薩克斯坦境內(nèi)的巴爾喀什湖、南島的普卡基湖,往往景色美麗,而且資源豐富,能提供礦產(chǎn)、漁業(yè)等資源,并可以利用其進(jìn)行發(fā)電。
參考資料 >
Moraine.國家地理學(xué)會(huì).2024-05-14
它被稱為“地球雕刻師”,一點(diǎn)點(diǎn)塑造著山川的形狀.科普中國---中國科協(xié)官方澎湃號(hào).2024-04-01
中國科普博覽_冰雪館.中國科普博覽.2024-05-14