（自然地理学专业论文）长白山冰川演化及其对生态环境的影响.pdf

摘要 在中国东部第四纪期间确切发育过古冰川的山地中，长白山具有 得天独厚的地理优势，自然生态系统保存相当完整，在纬向上是联系 黄土高原一日本海及其岛屿的关键部位，在经向上又是联系俄罗斯远 东西伯利亚一中国广大海域一台湾的特殊地点。研究该地区的第四纪 古冰川作用过程，可以揭示过去地质时期的气候环境变化概况，进而 更有利于推断影响过去生态环境变化的积极或者消极因素，成为古今 生态变化研究的一个桥梁。 论文采取野外地貌考察一采样，室内沉积物分析一断代对比的分 析方法，对研究区冰川发育的地貌特点、冰川作用物理性质、规模、 时代、冰期演化序列进行详尽分析，末次冰期环境论述以雪线重建为 主要指标，恢复了末次冰期各个阶段的温度和降水条件。以观景台附 近海拔2 0 0 0 m 黑风口冰碛剖面为主要载体，探讨了长白山地区冰碛物 成分特点。 长白山冰川地貌如冰斗、槽谷、磨光面和保存完好的冰碛物等地 貌与沉积特点显示这一地区曾经受到冰川作用。典型的冰川地貌和沉 积物分布在火山口的内侧与外侧，其冰川作用发生，因其独特的火山 地质与地貌背景所决定，具备典型的“口内口外 模式。本区的冰川 作用可以分为两个阶段，即末次冰盛期( l g m ) 和晚冰期，在火山口 的内侧与外侧对应分布。其中，气象站冰进的冰进年代为l l k a 前后， 对应晚冰期，与全球性降温的新仙女木事件相当，分布的海拔高度在 2 4 0 0 2 6 0 0 m 。黑风口冰进发生在大约2 0 k a 左右，时代上属于末次冰盛 期。长白山冰期系列的结果显示末次冰期晚阶段发生的冰进可以和台 湾及日本的相比较，但是缺乏中、早阶段( m i s 3 4 ) 冰进作用的证据， 很可能是后期的冰川前进侵蚀了早期阶段的冰川作用遗迹，或者是强 烈的火山作用破坏的结果。末次冰盛期和晚冰期温度下降和降水减少 没有太大区别，末次冰盛期，冰川雪线降低值在1 1 0 0 m 左右，温度降 低值为7 0 9 c 左右；年降水量比现代减少4 5 0 m m 左右。 冰斗研究的气候意义主要体现在冰斗的长宽比、冰斗发育方位、 冰斗转向以及冰斗底部高程等与气候之间关系方面。研究结果显示， 冰斗的长宽比介于0 6 1 4 7 之间，在平面上具有近似等距性，良好的 水热条件能促进冰斗积极成长，并使其长宽比偏小，而水热条件不利 环境下的冰斗只能是消极适应，并使其长宽比偏大；冰斗方位在西北 大陆性气候区受朝向的影响明显，是主导因素，而其它地区的主导因 素中，既有朝向的影响，也有水汽来源方向的影响；点苍山、螺髻山、 拱王山发生转向的寄生冰斗数量多，高密度转向的寄生冰斗群的出现 可能是海洋性冰川区的又一大特点；冰斗发育的岩性条件在中国东部 沉积岩占5 0 ，火成岩占3 0 ，变质岩占2 0 ，在火成岩和变质岩中 发育的冰斗规模普遍较大；冰斗的方向性不一，但n 、n e 、n w 三个 方向所发育的冰斗比例占绝对优势，即7 6 。 根据平衡线( e l a ) 处6 8 月多年平均气温( t ) 和年降水量( p ) 的关系，计算长白山现代理论雪线高度为3 3 8 0 _ + 1 0 0 m 。通过a a r 、 t s a m 、h o f c r 、t h a r 、c f 、m e l m 方法计算平均值2 3 2 0 _ + 2 0 m 。考虑 到末次冰盛期后地壳上升2 0 m ，当时雪线的实际高度为2 3 0 0 + 2 0 m 。冰 盛期的雪线降低值1 0 8 0 _ + 1 0 0 m 。晚冰期雪线高度平均值2 4 6 5 m ，考虑 新构造运动后的雪线实际高度2 4 5 4 m ，降低值9 2 6 _ 1 0 0 m 。 从剖面的颗粒组成上看，以粉砂和砂为主，粘土的含量比较低， 符合冰碛物的特点；粒度频率曲线多数为近对称分布的双峰和多峰曲 线，主峰值为0 。2 西，4 。6 0 ；标准差平均值为2 0 8 9 西，分选差； 偏 度介于0 2 3 7 。0 4 9 之间在整个剖面上变化较大，从极负偏到极正偏都 存在；峰态平均值为0 8 6 ，属于宽峰态。 关键词：长白山，冰期系列，雪线，冰盛期，晚冰期 a bs t r a c t c o n t e n t ：w i t ht h em e t h o d st h a tf i e l di n v e s t i g a t i o n ，s a m p l i n ga n d s e d i m e n t a n a l y z i n g ，d a t i n g ，c o n t r a s t i n g i nt h e l a b o r a t o r y ，t h e c h a r a c t e r i s t i c so fg l a c i a lg e o m o r p h o l o g y ，a n dt h ep h y s i c a lf e a t u r e s ， e x t e n t ，a g e sa n dg l a c i a le v o l u t i o ns e r i e sw e r es t u d i e di nd e t a i l s a d o p t i n g t h ep a l e o e q u i l i b r i u ml i n eb e i n gr e c o n s t r u c t e da st h em a i ne n v i r o n m e n t a l i n d e x ，t h ep a p e rr e b u i l d st h et e m p e r a t u r ea n dt h ep r e c i p i t a t i o nc o n d i t i o n s d u r i n gt h ed i f f e r e n tg l a c i a ls t a g e s t h em o r a i n ec h a r a c t e r i s t i c sm a i n l y b a s e do nt h em o r a i n es e c t i o n ( 2 0 0 0 ma s 1 ) c l o s et ot h eh e i f e n g k o u 。 t h eg l a c i a ll a n d f o r m sa n dd e p o s i t ss u c ha sc i r q u e s ，t r o u g hv a l l e y ， e r r a t i cb o u l d e r s ，p o l i s h e ds u r f a c e sa n dw e l lp r e s e r v e dm o r a i n e s i n c h a n g b a is h a ni n d i c a t et h a tt h e a r e aw a so n c eg l a c i a t e d t h et y p i c a l g l a c i a ll a n d f o r m s a n dr e m a i n sa r ed i s t r i b u t e di n s i d ea n do u t s i d et h e v o l c a n i cc o n e r e p e a t e dg l a c i a t i o n so ft h e s ea r e a sc a nb ed i v i d e di n t ot w o s t a g e s ：t h el a s tg l a c i a lm a x i m u m ( l g m ) ，a n dl a t e g l a c i a ls t a g eo ft h el a s t g l a c i a l c y c l e o p t i c a l l ys t i m u l a t e dl u m i n e s c e n c e ( o s l ) d a t i n gr e s u l t s d e r i v e df r o mg l a c i a la n dg l a c i e r s e d i m e n t sa n dt h ek a r ，t i m s ，e s ra n d 1 4 c a g e sa s s o c i a t e dw i t ht h ev o l c a n i cr o c k ss u g g e s tt h a tag l a c i a t i o na b o u t l lk a ，n a m e dt h em e t e o f o l o g i c a ls t a t i o ng l a c i e ra d v a n c e ，w h i c hc o u l db e c o r r e l a t e dt ot h ey o u n g e rd r y a se v e n t ，a n dt h el g mg l a c i a t i o n ，n a m e d t h eb l a c kw i n dm o u t hg l a c i e ra d v a n c e ，t o o kp l a c ea b o u t2 0k a u n d e rt h e s a m em o n s o o n a li n f l u e n c e ，t h eg l a c i a lr e c o r d si nc h a n g b a is h a na r et h e s a m ea st h o s eo ft a i w a n e s ea n dj a p a n e s ei s l a n d sd u r i n gt h el a t es t a g eo f t h el a s t g l a c i a lc y c l e b e c a u s et h e r ea r eo n l y t w oa b s o l u t eo s la g e c o n t r o l si nt h e g l a c i a lr e m a i n s ，t h eg l a c i a la d v a n c es t a g e s ，a n d t h e c o r r e l a t i o no f g l a c i a ls e q u e n c e b e t w e e n c h a n g b a i s h a na n do t h e r g l a c i a t e dr e g i o n si n a n da l o n gt h ew e s tp a c i f i co c e a na r et e m p o r a r y f u r t h e rr e s e a r c hi sn e e d e di nt h i sa r e a ，e s p e c i a l l yt h ea g ec o n t r o la n dt h e d i s c u s s i o no fc l i m a t i cc h a n g e t h et e m p e r a t u r ea n dt h ep r e c i p i t a t i o nw e r e n o tv e r yc l e a rb e t w e e nt h ee a r l ya n dt h el a t e s t a g ed u r i n g t h el a s t g l a c i a t i o n c o m p a r e d w i t hm o d e r n t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n c o n d i t i o n s ，t h em e a na n n u lt e m p e r a t u r ed e c l i n e d7 0 ca n d t h ea n n u l p r e c i p i t a t i o nd e c r e a s e d4 5 0 m mi nt h el a s tg l a c i a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h ec i r q u e sh a v et h er o u g h l ye q u i d i s t a n tf e a t u r e s ， a n dt h er a t i o sb e t w e e ng t ha n dw i d t ho fc i r q u e sd i s t r i b u t ea b o u t0 6 1 4 7 o r i e n t a t i o nc h a n g eo fh i g hd e n s i t yc i r q u et o o kp l a c ei nl u o j is h a n ， d i a n c a n gs h a n ，a n dg o n g w a n gs h a n c o m p a r e dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e r a t i o so fl i t h o l o g yt y p ei n f l u e n c e dt h ec i r q u ed e v e l o p m e n ta r e5 0 i n s e d i m e n t a r yr o c k ，3 0 i nv o l c a n i cr o c k ，a n d2 0 i nm e t a m o r p h i cr o c k ， a n dt h ec i r q u ee x t e n th a p p e n e di nt h ev o l c a n i ca n dm e t a m o r p h i cr o c k r e g i o n s a r er e l a t i v e l yl a r g e rt h a nt h a to fs e d i m e n t a r yr o c kr e g i o n s o m a n yc i r q u e so c c u r r e di ns e d i m e n t a r yr o c kr e g i o n sc o u l db er e l a t e dt ot h e s t r u c t u r e s t a t i s t i c a ld a t as u g g e s t st h a tt h eg l a c i a lc i r q u e sc o u l dd e v e l o p i n a n yd i r e c t i o n h o w e v e r ，t h ep r e p o n d e r a n t o r i e n t a t i o no fc i r q u e so n n o r t h ，n o r t h w e s ta n dn o r t h e a s th a sa c h i e v e dt o7 6 ，w h i c hi ss i m i l a rt o o t h e rm o d e r ng l a c i a t e dm o u n t a i n si nw e s tc h i n a d i f f e r e n tf a c t o r ss u c ha s t h et e c t o n i c ，c l i m a t i c ，l a n d f o r ma n dt h es l o p i n gd i r e c t i o nc o n t r o lt ot h e d e v e l o p m e n to fg l a c i a lc i r q u e si nt h es t u d ya r e a s b a s e do nt h eo h m u r a 、sf o r m u l ai nw h i c ht h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n s u m m e r ( j j a ) a t m o s p h e r i ct e m p e r a t u r e ( t ) a n dt h ea n n u a lp r e c i p i t a t i o n ( p ) a te l a ，t h ep r e s e n tt h e o r e t i c a le q u i l i b r i u ml i n ea l t i t u d e ( e l a t ) i n c h a n g b s is h a nw a s3 3 8 04 - l o o m s i xm e t h o d so fa a r 、m e l m 、t h a r 、 t s a m 、c fa n dh o f e rw e r eu s e df o rc a l c u l a t i o no ft h ef o r m e re l a si n d i f f e r e n ts t a g e s t h e s em e t h o d sp r o v i d e dt h ee l af o ra na v e r a g ev a l u eo f 2 3 2 0 2 0 md u r i n gt h el g m t h ee l aw a sn o ta f f e c t e db yn e e - t e c t o n i c u p l i f tf a c t o r a d o p t e dl m m aa st h eu p l i f tv a l u e ，t h i sp a p e rc a l c u l a t e dt h e r e a ls n o w l i n ep o s i t i o nd u r i n gt h el g ma n dl a t e - g l a c i a l t h er e s u l t ss h o w t h a tt h er e a ls n o w l i n es h o u l db e2 3 0 0 2 0 md u r i n gt h el g m ，a n d2 4 5 4 m d u r i n gl a t e - g l a c i a l t h e ae l av a l u e sw e r em o r et h a nl0 0 0 m ( 1 0 8 0 l o o m ) a n da b o u t9 2 0 m ( 9 2 6 l o o m ) l o w e rt h a nn o wd u r i n gt h e l g ma n dl a t eg l a c i a ls t a g er e s p e c t i v e l y k e yw o r d s ：c h a n g b a im o u n t a i n s ，g l a c i a ls e r i e s ，e l a ，l g m ，l a t eg l a c i a l 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 学位论文独创性声明 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究 成果。论文中除特别加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机 构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果对本人的启示 和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者躲问峻 日 期：鲫泓乙 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文 的规定，及学校有权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本文授权辽宁师范大学，可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后使用 本授权书。 学位论文作者签名： - 三 砼 1 1 8 臌嘉膨日期：i 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 第一章引言 1 1 冰川研究综述 1 1 1 基本概念和形成过程 1 1 1 1 冰川的概念 冰川( g l a c i e r ) 是寒冷地区多年降雪积聚、经过变质作用形成的自 然冰体，在重力作用下有一定的运动。冰川以结晶的冰川冰为主体， 还包括一定数量的空气、液态物质和岩屑。冰川从积累、运动到消融 的全过程中，在动力和热力作用下，贯穿着水汽和热量的不断收支变 化，冰川与大气、冰川与冰床之间的相互作用，构成一个复杂的系统【。 世界上陆地面积的1 1 被冰川所覆盖，大约4 5 的淡水资源集中 在冰川上，冰川主要分布在南、北两极以及中低纬度的一些高山上。 在第四纪冰期时，冰川的覆盖面积更广，可以扩大到世界陆地的3 0 以上，它在全球的地貌作用是可以想象的。冰川i 学就是伴随着人们对 于冰川形成的资源利用、与导致的自然灾害做斗争、了解其所构成的 环境系统及其所指示的气候变化等过程中逐渐发展起来的一门学科。 现代的冰川学以冰川物理为主体，以冰川水文气候和冰川地质地貌为 两翼。冰川物理学研究冰的内部结构、力学、热学、电学性质和化学 成分，其中冰力学研究冰的流变，各种天然冰体的应力分布和运动状 态，包括冰川、雪崩、风吹雪的动力学问题以及冰川的跃动等；冰热 学主要研究冰体内部温度变化，辐射性质，相的组成，相态转化以及 冰的热学等；冰地球化学研究分析冰体内杂质、痕量元素、氢氧同位 素、微粒和某些组成的变化。 1 1 1 2 冰川的形成过程 冰川的主体由降雪积累而成，雪演变成冰的过程叫成冰作用。雪 是一种易变物质，从它降落到地面之时起，便不断地演变。新降的雪 是具有规则六边形的晶体，当晶体的边完全消失成为圆球状体时，我 们称之为粒雪。雪和粒雪晶粒之间的孔隙，与大气相连通。在成冰过 程中，总的趋向是密度不断增大，孔隙率不断降低。一旦孔隙完全封 闭成气泡，与大气不再沟通，则认为粒雪变成了冰。此时，冰的密度 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 在8 3 0 k g m 3 左右。冰川冰是一种浅蓝而透明的、具有塑性的多晶冰体。 积累在雪线以上的雪，如果不变成冰川冰，还是永久积雪，不是冰川。 只有当多年积累起来的雪，逐渐演变成冰川冰之后，它才能沿斜坡流 动，形成冰川。从新雪落地、积累、到变成冰川冰，经历着一个复杂 的成冰过程，它实际上也是一种变质过程。成冰过程可以分为雪的沉 积、粒雪化及成冰作用三个阶段。新雪落地一般都十分松软，孔隙很 大，其密度为o 0 1 0 1 9 c m 3 ，最小的甚至只有o 0 0 4 9 c m 3 ，即只有4 k g m 3 重，新雪堆积具有成层性等特点。 雪花晶体为了使自己内部能量达到最大限度的稳定，就必须使晶 体所含的自由能最小。晶体的自由能主要是它的表面能，表面能的大 小与晶体表面积成正比。球体表面积越小，也就越稳定，因而多角的 雪花晶体要达到最理想的稳定状态，就必须圆化。新雪一经落地，这 种自动圆化过程就开始了。圆化过程是通过雪花晶体枝角的升华和凹 窝处的凝华完成的。同时，小的雪粒通过升华一水汽迁移一凝华的相 变过程转移到大的冰晶上。圆化的趋势是大晶体合并小晶体，结果使 雪层内晶体数目减少，单个冰晶体积增大，形成圆球状的雪粒。这就 是粒雪化的基本过程。 1 1 2 冰川的类型 ( 1 ) 根据冰川的发育条件和物理性质可分为： i 海洋型冰川( 温型冰川)此类冰川区有丰富的降水，平衡线 高度上年降水量可以达到1 0 0 0 3 0 0 0 m m ，夏季温度1 5 c ，冰温在一1 - 0 c 之间，主要分布在西藏东南部和川西滇北地区，包括喜马拉雅山东 段、念青唐古拉山中、东段和整个横断山脉。 i i 亚大陆( 亚极地型冰川)冰川平衡线处年降水量5 0 0 - 1 0 0 0 m m ，年平均温度为6 1 2 9 c ，夏季温度为0 3 q c ，2 0 m 深度以上 的活动层温度为1l o g c 。此类冰川主要分布于阿尔泰山、天山、祁连 山的大部分、昆仑山东段、唐古拉山东段、念青唐古拉山西段、冈底 斯山部分、喜马拉雅山中西段的北坡以及喀喇昆仑山北坡。 i 极地大陆型( 准极地型冰川)冰川平衡线处年降水量在 2 0 0 5 0 0 m m ，平均气温低于1 0 9 c ，冰面夏季气温低于1 q c ，形成于极 k 白山冰川演化及其对生态环境的影响 其寒冷干燥环境下。主要分布于中、西昆仑山、羌塘高原、帕米尔高 原东部、唐古拉山西部和冈底斯山西段、祁连山西部。 ( 2 ) 根据冰川的温度状况，还可以将冰川分为温冰川、冷温复合 冰川和冷冰川2 1 。 ( 3 ) 此外按冰川的形态、规模和所处的地形条件，把冰川划分为 以下四种主要类型。 i山岳冰川可分为冰斗冰川、悬冰川、山谷冰川( 单式山谷冰 川；复式山谷冰川) 。冰斗冰川是分布在雪线附近或雪线以上的一种冰 川( 图1 1 ) ，规模大的冰川可达数平方公里，小的不及1k m 2 。冰斗冰 图1 1 昆仑山北坡冰斗冰川图1 2 悬冰川 f i g 1 1c i r c l eg l a c i e r s ( 图片来自北大地貌课讲义)( 图片来自北大地貌课讲义) 图1 - 3 山谷冰川图1 - 4 山麓冰川 f i g 1 3v a l l e yg l a c i a lf i g 1 - 4p i e d m o n tg l a c i a l ( 图片来自= i 匕大地貌课讲义) ( 图片来自北大地貌课讲义) 川的三面岩壁陡峭，在下方有一短小的冰川舌流出冰斗，冰斗内常发 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 生频繁的雪崩，这是冰雪补给的一个重要途径。 悬冰川是发育在山坡上的一种短小的冰川( 图1 2 ) ，或当冰斗冰 川的补给量增大，冰雪向冰斗以外的山坡溢出，形成短小的冰舌悬挂 在山坡上，称悬冰川。这种冰川的规模很小，面积往往不到l k m 2 。悬 冰川的存在取决于冰斗冰川供给的冰量，随气候变化而消长。 山谷冰川有大量冰雪补给，使冰斗冰川迅速扩大，大量冰体从冰 斗中溢出进入山谷后形成的( 图1 3 ) 。山谷冰川以雪线为界，有明显 的冰雪积累区和消融区，长可由数公里至数十公里，厚数百米。如单 独存在的一条冰川，叫单式山谷冰川；由几条冰川汇合的叫复式山谷 冰川。 i i 大陆冰川冰盖是大陆冰川最典型的地貌。目前世界上最大的 两个冰盖为格陵兰冰盖和南极冰盖。南极洲东部冰层最厚达4 2 6 7 m ， 冰面平均海拔2 6 1 0 m ，下伏陆地平均高度为5 0 0 m 。南极洲西部冰面平 均海拔1 3 0 0 m ，但下伏地面大部分在海面以下，平均为2 8 0 m 。由于大 陆冰川有很厚的冰体，在强大的压力下，从冰川中心向四周呈放射状 流动。 平顶冰川发育在起伏和缓高地上的冰面平坦形如薄饼的冰 川，称平顶冰川。冰川的周围伸出许多冰舌。如冰川规模很大，覆盖 了整个山顶或山区大部分，又称冰帽。 山麓冰川当山谷冰川从山地流出，在山麓带扩展或汇合成一 片广阔的冰原，叫山麓冰川( 图1 - 4 ) ，马拉斯平冰川，它由1 2 条冰川 汇合而成，面积达2 6 8 2 k m 2 ，冰川最厚处达6 1 5 m ，冰川覆盖在一个封 闭的低洼地上，这个洼地的地面比海面低3 0 0 m 。马拉斯平冰川目前处 于退缩阶段，冰面多表碛，生长着云杉和白桦，有些树木已有1 0 0 年 左右。 1 1 3 冰川地质地貌特征 冰川地质地貌主要研究对冰川的侵蚀、岩屑搬运和堆积过程、形 态、沉积特征以及在古地理、古气候变化中的作用和对环境的指示意 义等1 3 】。随着全球变化( p a g e s ) 研究的不断深入，第四纪冰川地质 以及冰芯的研究也在大幅度的前进，从冰芯研究获得的万年乃至1 0 万 4 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 年尺度的记录后，冰川地质与冰芯资料相结合，显著提高了第四纪冰 川的研究水平，成为全球变化研究的重要内容，目前已经扩大到地球 上冰圈内的各种冰体。 在整个第四纪时期，全球范围内曾经历多次的冰川作用，在冰川 作用及其附近区内，均塑造了与之相对应的地貌和沉积地层，而这些 保留下来的典型特征，就成为恢复各个不同时期发生冰川作用的直接 证据。冰川侵蚀地貌主要发育有角峰、刃脊、冰斗、槽谷，而冰川堆 积地貌主要研究的是冰川堆积物，即冰碛堤( 侧碛堤、终碛堤、融出 碛等) 、以及冰川作用的微地貌。通过研究这些古冰川作用留下的地貌 形态、沉积特征以及作用年代，可以确认古冰川的存在以及重建当时 冰川发育的类型、规模，确定冰期演化序列。 1 1 3 1 冰川侵蚀地貌 ( 1 ) 冰斗冰斗是山地冰川重要的冰蚀地貌之一，位于冰川的源 头。冰斗底部是冰川作用区，而背部是冰川与寒冻风化共同作用区， 背壁之上的角峰与刃脊则完全处于冰缘寒冻风化及雪崩、重力过程的 控制之下。典型的冰斗是一个围椅形状的洼地，三面被陡峭的岩壁包 围，底部是磨光的岩石斗底，向下坡有一开口，开口处常有一高起的 岩槛。冰斗概念的建立最早可追溯到1 8 2 3 年，c h a r p e n t i e r 在研究比利 牛斯山( p y r e n e a n s ) 时应用于地貌学，世界上有很多地方性的名字i 引， 如在威尔士称为c w n ，苏格兰称其为c o r r i e 或者c o i r e ，德国和澳大利 亚称为k a r ，而在挪威和瑞典则叫做b o t n 和n i s c h 等。d e r b y s h i r e 5 j 用 了平坦指数的概念( f - a 2 c ) 计算来鉴别冰斗的真假及其发育的完善程 度。据他研究，真正冰川塑造的冰斗平坦指数小，约为1 7 - 5 ，而雪蚀 洼地平坦指数是4 2 5 1 1 。 ( 2 ) 槽谷槽谷有一个落差很大的槽谷头，就像河流溯源侵蚀的 裂点一样，其形成原因是那里冰川最厚，底部剪切应力大，冰川可塑 性强，侵蚀力强。槽谷头之下接着是一个冰盆。冰川底部岩屑则经过 剪切面被带到冰面，冰盆底部不断降低，前方的反向坡愈来愈明显， 冰川消退后往往积水成湖。而且由于冰川伸张与压缩流在起伏的冰床 上的交替出现，冰盆和冰坎也相继形成，冰川消亡后槽谷中长见到串 5 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 珠状的冰蚀湖。因此，冰川槽谷纵剖面上的巨大起伏是其与河流谷底 截然不同的特征。冰川槽谷的另一个特征是横剖面作悬链状，可以用 抛物线公式y = a x 6 来表示，x 是谷壁上任何一点到谷底中心的水平距 离，y 是谷壁上某一点到槽谷底的距离，b 为指数，a 为参数。a 、b 的 得出可以用最小二乘法i6 】或图解法获得。 ( 3 ) 擦痕它是冰川侵蚀作用造成的最小的流线型负形态，广泛 出现在冰床上，也可见于冰碛石的表面( 图1 5 ) 。冰床上擦痕可以指示 古冰川的运动方向。 图1 5 擦痕图1 6 羊背岩 f i g 1 - 5s t r i a t i o n s f i g 1 6r o c h e sm o u t o n n e s ( 图片来自北大地貌课讲义)( 图片来自北大地貌课讲义) ( 4 ) 龟背擦痕石在冰床上被拖曳移动的冰碛石受阻时产生类似 羊背石的磨蚀作用，也称弹头形石。冰碛石的底面因受阻停滞而很少 受到摩擦，故凹凸不平，顶面朝冰流方向变尖，布满擦痕，背冰流方 向展宽，边沿有压裂形成的断口，据此可以判断冰流的方向。 ( 5 ) 擦面龟背擦痕石是一种擦顶现象，冰碛石的擦面则是磨擦 岩石的底部。由于冰川冰表现为比较稳定的层流，冰碛石常以最大的 扁平面与冰床接触，因而形成平整的擦面。 ( 6 ) 五角星冰碛石擦面与擦痕同时存在的五角星冰碛石是出现 几率最多的典型冰碛石。其迎冰流的一侧多呈现压断的贝状断口，显 示出冰川底部摩擦与压碎两种机制同时存在，限制了冰碛石磨圆度的 增加，故一般为次棱角状。 ( 7 ) 磨光面是冰床上的擦面，实质上是由无数条规模接近的擦 6 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 痕联合而成。具有鉴别古冰川作用的是磨光面上出现的成串的新月形 裂口，新月形裂纹和月牙形凿口。 ( 8 ) 羊背岩迎冰面缓作流线型，背冰面陡呈现锯齿状的地形( 图 1 - 6 ) 。羊背岩是冰川磨蚀作用和拔蚀作用共同造成的。 ( 9 ) 鲸背岩迎冰面与背冰面均作流线型，拔蚀作用基本不存在， 说明冰底滑动应以水层滑动为主。 1 1 3 2 冰川堆积地貌 由冰川侵蚀搬运的砂砾堆积形成的地貌，称冰碛地貌，有以下几 种类型。 ( 1 ) 冰碛丘陵( 基碛丘陵) ( g r o u n dm o r a i n e s ) 冰川消融后，原来的表碛、内碛和中碛都沉落到冰川谷底，和底 碛一起统称基碛。这些冰碛物受冰川谷底地形起伏的影响或受冰面和 冰内冰碛物分布的影响，堆积后形成波状起伏的丘陵，称冰碛丘陵或 基碛丘陵。大陆冰川区的冰碛丘陵规模较大，高度可达数十米至数百 米。冰碛丘陵之间的洼地，如果是漂砾和粘土混合组成，透水性很小， 常能积水成池。冰碛丘陵的物质结构特征和组成冰碛丘陵的不同冰碛 物有关。冰碛丘陵如果是由原底碛组成，因底碛长期受冰川强有力的 挤压和长距离搬运，砾石棱角稍有磨圆现象，扁平砾石有定向排列， 长轴平行冰川流向，扁平面倾向上游；如果冰碛丘陵是由表碛或内碛 在冰融化后沉落而成的，则砾石无定向排列现象。 ( 2 ) 侧碛堤( l a t e r a lm o r a i n e s ) 侧碛堤是由侧碛和表碛在冰川退缩以后共同堆积而成。它在冰川 谷的两侧堆积成堤状，向下游方向常和冰舌前端的终碛堤相连，向上 游方向可一直延伸到雪线附近。 ( 3 ) 终碛堤( e n dm o r a i n e s ) 当冰川的补给和消融处于相对平衡状态时，冰川的末端较长时期 地停留在某一位置，此时由冰川上游搬运来的物质，在冰川尾端堆积 成弧形的堤，称终碛堤。当冰川处于平衡状态时，冰舌处的大量底碛 和内碛沿冰体挤压形成的剪切面被推举到冰川表面形成表碛，另一部 分内碛由于冰川表面消融而出露为表碛。这些表碛如滚落到冰川末端 7 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 边缘堆积下来，待冰川退缩后，就形成弧形的终碛堤，这种成因的终 碛堤称冰退终碛堤。如果冰川的积累大于消融，冰川前进，除一部分 冰碛沿冰体剪切面被推举到冰川表面再滚落到冰川末端边缘外，同时 冰川以外的谷地中的砂砾或过去的冰碛层也被推挤向前移动，形成终 碛堤，称推挤终碛堤。终碛堤常有许多条，它们反映冰川后退时的暂 时停顿阶段。一般来说，最外一条的终碛堤常是推挤终碛堤，其余的 多为冰退终碛堤。 ( 4 ) 鼓丘( d r u m l i n s ) 鼓丘是由一个基岩核心和冰砾泥组成的一种小丘( 图1 7 、1 8 ) 。 它的平面呈椭圆形，长轴与冰流方向一致，纵剖面呈不对称的上凸形， 迎冰面一坡陡，是基岩，背冰面一坡缓，是冰碛物。它的高度可达数 十米。北美的鼓丘高度为15 4 5 m ，长4 5 0 6 0 0 m ，宽为15 0 - 2 0 0m 。 欧洲有些鼓丘高只有5 10 m ，但长度可达8 0 0 - 2 6 0 0m ，宽3 0 0 - 4 0 0m 。 鼓丘分布在大陆冰川终碛堤以内的几公里到几十公里范围内，常成群 分布。山谷冰川终碛堤堤内也有鼓丘分布，但数量较少。鼓丘的成因 是冰川在接近末端，底碛翻越凸起的基岩时，搬运能力减弱，发生堆 积而形成的。 图1 7 鼓丘剖面图图1 - 8 鼓丘平面图 f i g 1 7d r u m l i n e ss e c t i o n f i g 1 - 8d r u m l i n e sp l a n ( 根据r f 弗林特) ( 根据r f 弗林特) 1 1 3 3 冰水堆积地貌 冰川融水具有一定的侵蚀搬运能力，能将冰碛物再搬运堆积，形 成冰水堆积物。在冰川边缘由冰水堆积物组成的各种地貌，称冰水堆 囝 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 积地貌。根据冰水堆积地貌的分布位置、形态特征和物质结构可分为 以下几种类型。 ( 1 ) 冰水扇和外冲平原( o u t w a s hp l a i n ) 冰川底部的冰融水，常形成冰下河道，它可携带大量砂砾从冰川 末端排出，在终碛堤的外围堆积成扇形地，叫冰水扇。几个冰水扇相 连就形成冰水冲积平原，又名外冲平原。 ( 2 ) 冰水湖 冰川融水流到冰川外围洼地中形成冰水湖泊。冰水湖的水体和沉 积物有明显的季节变化，夏季冰融水增多，携带大量物质进入湖泊， 一些砂和粉砂粒级的颗粒很快沉积下来，颜色较浅；秋冬季节，融水 减少，一些长期悬浮湖水中的细粒粘土才开始沉积，颜色较深。这样， 一年中不同季节在湖泊内就沉积了颜色深浅不同的粗细相间的两层沉 积物，叫季候泥，或称纹泥。根据季候泥的粗细层次多少，可以确定 冰湖沉积的年龄。 ( 3 ) 冰砾阜阶地( k a m et e r r a c e s ) 在冰川两侧，由于岩壁和侧碛吸热较多，附近冰体融化较快，又 由于冰川两侧冰面比中部低，所以冰融水就汇集在这里，形成冰川两 侧的冰面河流或湖泊，并带来大量冰水物质。当冰川全部融化后，这 些冰水物质就堆积在冰川谷的两侧，形成冰砾阜阶地。 ( 4 ) 冰砾阜( k a m e s ) 冰砾阜是一些圆形的或不规则的小丘，由一些有层理的并经分选 的细粉砂组成，通常在冰砾阜的下部有一层冰碛层。冰砾阜是冰面上 小湖或小河的沉积物，在冰川消融后沉落到底床堆积而成。 ( 5 ) 锅穴( k e t t l eh o l e s ) 冰水平原上常有一种圆形洼地，深数米，直径十余米至数十米， 称为锅穴。锅穴是埋在砂砾中的死冰块融化引起的塌陷而成。 ( 6 ) 蛇形丘( e s k e r s ) 蛇形丘是一种狭长而蛆折的垄岗状地形，由于它蜿蜒伸展如蛇， 故称蛇形丘。蛇形丘的延伸方向大致与冰川的流向一致。 9 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 1 1 4 冰期序列的确定 对于冰川作用区而言，进行冰川地质环境和气候环境重建，确定 冰期演化序列是必须具备的基本要求。一般来说，确定某一地区的冰 期系列有三种方法【7 】： ( 1 ) 地貌法，主要是根据冰川地貌的组合规律，如冰川侵蚀地貌 和堆积地貌的组合关。 ( 2 ) 地层法，主要是通过超覆在代表冰川沉积序列的冰碛物之上 的标志层来判断，关键的问题是找到理想的测年资料来标定标志层的 年代以进行对比( 如火山灰等) 。 ( 3 ) 沉积学方法，主要是通过下游山谷的湖泊和泥炭等沉积来推 断上游的冰川进退情况，如粒度变化、有机炭、碳酸岩的含量已经广 泛的作为指示上游冰川波动的情况【8 ，9 1 。无论是哪一种方法，都涉及到 年代的确定问题。由于冰川沉积物( 尤其是冰碛物) 本身固有的特点， 即缺少有机物做为碳十四测年的材料，使得冰碛物的测年问题成为冰 川地质地貌研究中的一只拦路虎。 1 1 5 冰川地貌研究思路 解释过去发生的地理事实，是相当困难的，因为地质事件本身具 有复杂性，同时在时间上也不可逆，地球的过去到底发生什么事件， 很难如现场亲眼目睹那样清楚，离我们越久远的事物，大自然记录的 烙印也就越模糊，虽然研究者无法回到几万年前，但是依据地貌学原 理，地貌作用的过程，必然会留下影响的痕迹，每一种地貌过程都可 以发展出一组具有特性的地貌组合。根据这一原理，对于第四纪冰川 地貌研究，可以通过归纳、溯源法【1 0 】重建当时冰川发生、发展的历史。 其分析方法可以归纳为直接证据和间接证据两个方面，直接证据主要 是指因果关系上，只有一种过去地形作用的因，可以解释当前地貌痕 迹的果，即非多解性指标，而间接证据则是有多种过去地形作用的因 可以解释现今地貌痕迹的果，即多解性指标【1 0 】。其研究思路参考图1 9 ， 通过冰川组合地貌可以有效的判断是否曾经发生过冰川作用，部分学 者认为，遭受侵蚀的岩石表面，需要同时具有冰坎、擦痕、磨光面、 冰斗等证据组合，彳。能有效判别冰川作用的真伪 1 1 - 1 3 】，而在冰川沉积 1 0 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 相特征上，崔之久等1 0 1 主张通过分选系数、粒度分析、石英砂表面特 征、粘土矿物成分和化学分析等多指标组合，相互印证，综合判别冰 7 i l 堆积作用( 图1 - 9 ) 。 图1 - 9 冰川地貌研究思路 f i g 1 - 9g l a c i a lr e l i e fr e s e a r c hm e t h o d 1 1 6 国内外研究简史 由于全球性的气候变化，自第四纪以来出现了冰期、间冰期。到 晚更新世早期，气候转暖，转入末次间冰期，随后进入末次冰期。 j h u t t o n 早在l7 9 5 年就明确指出侏罗山上的漂砾是由冰7 1 i 作用造成 的，v e n e t z 在l9 世纪初提出了阿尔卑斯山和欧洲大部分曾经被冰川覆 盖的意见，但是成功的将一次大冰期观念应用于欧洲大陆并推广到英 国和美国的则是l8 3 0 年阿迦西( a g g a s i z ) ，他建立了第一个冰川观测 站，对阿尔卑斯山一条冰川各部分流速进行了测量，并以丰富的观察 证明了第四纪大冰期的存在。此后不久，在19 世纪中叶不同研究者分 别在乎日山脉、威尔士、苏格兰、和瑞士辨认出两次冰期的冰川作用 特征，l8 8 5 年，p e n c k 在阿尔卑斯山脉北麓、德国慕尼黑附近及其以 西地区，根据表面形态的沉积物分类划分出三次冰期。b r t i c k n e r 在l8 8 6 年在相距较远的阿尔卑斯东部萨尔察赫谷地也得到了同样的结论，于 是二入合作写出了冰期之阿尔卑斯巨著，划分出了玉木( w u r m ) 、 里斯( r i s s ) 、民德( m i n d e l ) 和贡兹( g u n z ) 四次冰期，形成阿尔卑 斯经典模式，并为全世界所接受，中国早期的学者在开展第四纪冰川 研究过程中，也大体遵循此模式，遵循形态地貌地层方法。l9 3 0 年 长白山冰川演化及其对生态环境的影响 e b