由冰川作用形成的地表形態。現在地球陸地表面有11%的面積被冰川覆蓋,南極洲和格陵蘭島的絕大部分被厚度為1000~3000米的大陸冰蓋掩埋,中低緯度的高山和高原地區也有不少現代冰川。第四紀冰期時冰川曾波及更廣闊的地域,北美洲、歐洲和亞洲北部當時曾形成連綿的大陸冰蓋,中低緯高山和高原地區冰川也擴大為巨型的山谷冰川和山地冰蓋。在古冰川流行過的和現代冰川發育的地方,地表形態受到深刻的改造,形成與流水、風、海浪等外營力塑造的地貌完全不同的地貌景觀。

  冰川運動 一般包括冰川的內部流動和底部滑動兩部分。它是冰川進行侵蝕、搬運、堆積並塑造各種冰川地貌的動力。冰川能夠運動是因為冰川冰是準塑性體,其運動遵守格林定律:

έ=n

式中έ為應變率;τ為剪應力;k是受溫度影響的常數;n為大於1的指數。隻要冰的厚度達到某一臨界值(與坡度有關),就能克服內摩擦而發生內部流動,或克服冰與谷床的摩擦而發生底部滑動。海洋性冰川底部處於壓力融點,冰川運動包括內部流動和底部滑動(圖1a);大陸性冰川如其底部因冰溫太低而與冰床凍結一起,冰川運動則僅為內部流動(圖1b)。底部不能滑動的冷冰川對冰床沒有侵蝕能力,起保護作用。中國西部冰川除青藏高原東南部屬海洋性冰川外,大多數是大陸性冰川。但據近年的觀測和計算,中國大多數大陸性冰川的底部並非與冰床凍結在一起,處於壓力融點,因而存在底部滑動。南極冰蓋底部亦近年發現有許多“溫區”,鉆孔接觸冰床處能見到融水。所以,冰川底部滑動是普遍存在的。運動著的冰川(年流速數米到千米不等)不僅侵蝕冰床,形成各種冰川侵蝕地貌;它還不斷地從冰床、兩岸獲得大量巖屑,經冰川表面、內部和底部向下輸送,最後在不同部位沉積下來,形成各種冰川堆積地貌。(見冰川地質作用)

圖1 冰川運動

  冰川運動並不是塑造冰川區地貌的唯一營力。冰蓋表面的石山(島峰)和山嶽冰川地區的裸露山坡還受到冰緣寒凍風化、雪蝕和雪崩的作用;冰川表面、內部、底部和邊緣則常受冰水河流的侵蝕作用;冰川融化產生特殊的沉積地形。因此,冰川地貌景觀是許多地貌營力共同作用的結果。

  冰川侵蝕地貌 純粹的冰川冰是缺乏侵蝕力量的,因為它的強度很低。但是,冰川冰總是含有數量不等的巖屑,它們是冰川進行磨蝕和壓碎作用的工具。另外,處於壓力融點的冰川冰和冰床之間的應力時有變化,導致融冰水的再凍結和促進拔蝕作用。磨蝕和壓碎作用形成以粉砂為主的細顆粒物質,拔蝕則產生巨大的巖塊和漂礫。通過這些作用冰川塑造出小到擦痕、磨光面,大到冰鬥、槽谷、巖盆等冰川侵蝕地貌。

  擦痕、磨光面和羊背巖 冰川擦痕是古冰川地區基巖表面最常見的冰川侵蝕微形態。它們是底部冰中巖屑在基巖上刻劃的結果,具有指示冰流方向的意義。擦痕形狀多樣、大小不一,有細到肉眼難辨的擦痕,也有延伸數米至數十米的冰川擦槽。同一基巖面上出現幾組擦痕,說明冰流方向曾發生變化;相鄰地方擦痕方向不同則表示冰川底部流向的局部變化。冰川磨光面是由細小巖屑(如砂和粉砂)在質地致密的基巖面上長期磨蝕形成,實際是由密集的擦痕組成的。羊背巖是冰川侵蝕巖床造成的石質小丘。它們大體順冰川流向成群分佈,長軸數米至數百米不等,有時大的羊背巖上疊加小的羊背巖。羊背巖反映冰川侵蝕的主要機制,它的迎冰面坡長而平緩光滑,是磨蝕作用造成的;背冰面陡峭、參差不齊,是冰川拔蝕作用的產物。如果羊背巖的迎冰面和背冰面都發育成流線型,便名鯨背巖。羊背巖地形主要出現在結晶巖地區。

  冰鬥、刃脊和角峰 這一組冰川侵蝕地形出現在山嶽冰川區的上遊,位於古雪線之上。冰鬥是山嶽冰川地區最常見的冰蝕地貌之一。按位置可分為谷源冰鬥和谷坡冰鬥兩種。谷源冰鬥規模一般大於谷坡冰鬥,往往還有次一級的冰鬥分佈在周圍,因而也叫圍谷。典型的冰鬥由巖盆、巖壁和巖檻3部分組成。底部為巖盆,平面上呈半圓形;三面環以陡峭的巖壁;出口處為一高起的巖檻,常有羊背巖位於其上。巖盆是一個封閉的窪地,冰川消退後積水成湖,叫冰鬥湖。冰鬥形成的主要動力是冰鬥冰川的旋轉滑動。因為冰鬥冰川有很大的積累消融梯度,雪線以下夏天消融和雪線以上冬天積累,形成“頭重腳輕”的狀態,冰川為恢復平衡需作旋轉滑動,因而在冰鬥底部挖掘成深的巖盆(圖2)。但是,並不是一切冰鬥都能發育出典型的巖盆和巖檻的。20世紀60年代以來,有不少學者對世界各地的冰鬥作瞭形態計量研究,說明典型冰鬥多發育在冰川作用時間長並且是海洋性氣候的地區。溫冰川能利用底部滑動,故巖盆深而典型;大陸性冰川區冰鬥則缺乏巖盆。刃脊為刃狀山脊,由冰鬥的不斷擴大,鬥壁後退,相鄰冰鬥間的嶺脊變成。角峰為尖狀金字塔形的山峰,由數個冰鬥包圍形成(圖3),其發育程度是冰川地形發育成熟與否的標志之一。

圖2 冰鬥發育(a)和旋轉滑動機制(b)

圖3 冰鬥包圍的角峰

  冰川谷和峽灣 冰川谷是冰川作用區最明顯的冰蝕地貌類型之一。典型的形狀是槽谷,故亦稱冰川槽谷或U形谷。近來大量實測資料表明,大多數冰川谷的橫剖面是拋物線型,U形的出現主要與谷底被冰磧和冰水沉積充填有關。槽谷在山嶽冰川地區分佈在雪線之下,源頭和兩側被冰鬥包圍,主、支冰川匯合處易形成懸谷(圖4)。槽谷兩側一般具有明顯的槽谷肩和冰蝕三角面。槽谷底部常見冰階(巖檻)與巖盆,兩者交替出現,積水成為串珠狀湖泊。大的冰階形成冰瀑佈,如貢嘎山海螺溝冰川有高達千米的冰瀑佈(見彩圖)。大陸冰蓋或高原冰帽之下也有槽谷,這種槽谷上源沒有粒雪盆,曾被稱為冰島型槽谷。中國川西高原也有這種槽谷。峽灣是一種特殊形式的槽谷,為海侵後被淹沒的冰川槽谷。大陸冰蓋或島嶼冰帽入海處常形成很深的峽灣,如挪威西海岸的峽灣十分發育,以風光漪麗聞名於世。

圖4 冰川槽谷和懸谷

貢嘎山海螺溝冰瀑佈,高達千米(中國)

  冰川堆積地貌 冰川沉積包括3類:冰川冰沉積,冰川冰與冰水共同作用形成的冰川接觸沉積,以及冰河、冰湖或冰海形成的冰水沉積。這些沉積物在地貌上組成形形色色的終磧壟、側磧壟、冰磧丘陵、槽磧、鼓丘、蛇形丘、冰礫阜、冰水外沖平原和冰水階地等。

  終磧、側磧和冰磧丘陵 終磧和側磧是在冰川末端與邊沿堆積起來的冰磧壟,標志著古冰川曾達到的位置和規模。冰川前進時形成的終磧壟規模一般很大,高數十米至二、三百米,其組成物質常包括相當數量的冰期前河相或湖相沉積。它們是冰舌前進時被推擠集中起來的,剖面上常出現逆掩斷層、褶曲或焰式構造,故屬變形冰磧。以這種變形冰磧為基礎的終磧壟又被專門命名為推磧壟,屬前進型終磧。如果幾次冰進達到同一位置,終磧疊加變高形成錐形終磧。貢嘎山西坡(見彩圖)貢巴冰川前有一典型的錐形終磧。冰川後退時形成一系列規模較小的冰退終磧,一般比較低矮,不易出現包含變形冰磧的推磧壟。大陸冰蓋的終磧可連續延伸幾百公裡,曲率很小。山谷冰川的終磧曲率很大,向上遊過渡為冰舌兩側的側磧。側磧在山嶽冰川地區是比終磧更易保存的堆積形態。它們分佈范圍廣,不易被冰水河流破壞。在谷坡上往往有高度不同的多列側磧。冰磧丘陵是冰川消失時由冰面、冰內和冰下碎屑降落到底磧之上,所形成的不規則丘陵地形。它指示冰川的停滯或迅速消亡,廣泛發育於大陸冰蓋地區,高數十或數百米。在山嶽冰川區其規模較小,中國西藏波密地區古冰川谷底有冰磧丘陵,最高者為30~40米。

貢嘎山西坡冰川(中國)

  鼓丘和槽磧壟 鼓丘是由冰磧或部分冰水沉積組成的流線型冰川堆積地形。平面呈卵形,長軸與冰流方向平行,迎冰面陡而背冰面緩。鼓丘的縱剖面形狀頗似機翼,是流體中物體為減少阻力所能采取的最佳形態。在大陸冰蓋地區鼓丘常成千地密集出現,山嶽冰川地區則偶然見到。槽磧壟是與鼓丘形成機制類似的長條壟狀冰川堆積地形,在鼓丘下遊因應力減低,由冰磧集中而成。中國天山烏魯木齊河上遊和博格多山四工河上遊現代冰川的前沿都曾發現近期形成的槽磧壟,高1米左右,伸延十餘米至數十米,清楚地指示冰川的流向。

  蛇形丘、冰礫阜和冰礫阜階地 這些是冰川接觸沉積形成的地貌。冰川接觸沉積是在冰川邊沿、表面和底部的冰川融水中所沉積的砂礫或粉砂層。沉積時,有冰川的支撐或包圍,冰川消亡後它們失去支撐而發生塌陷變形。蛇形丘是狹長、曲折如蛇的壟崗狀高地,兩坡對稱,丘脊狹窄。小的蛇形丘長數十米至數百米,大的可達數公裡至數十公裡,北美洲曾見有長達400公裡的蛇形丘。組成物質是分選很好的砂礫,含不少圓卵石,夾有少數冰磧透鏡體,表面一般有薄層冰磧覆蓋。冰礫阜是散佈在冰川作用區的不規則分佈的丘陵。與冰磧丘陵不同之處是其組成物質為有層次的砂礫層,是冰川接觸沉積。它們是冰面或冰內空穴所接納的冰水沉積物,在冰川消融時墜落地表堆積而成,由負地形變為正地形。冰礫阜階地由充填冰川兩側的冰水河道的砂礫在冰川消融時堆積形成。由冰水砂礫層組成,與河流階地不同之處是斷續分佈,左右岸和上下遊階地面起伏變化大,前坡的砂礫層向谷地中心傾斜。

  冰水平原和冰水階地 冰源河的流量有很大的日變化與季節變化,冰源河的泥沙負載量又很高,導致瞭冰川外圍地區強烈的加積,形成頂端厚、向外變薄的扇形冰水堆積體,稱為冰水扇。在大陸冰蓋外圍有許多冰水扇聯合成外沖冰水平原,在山谷冰川地區聯合成谷地冰水平原。谷地冰水平原在後期被切割則成冰水階地,冰水階地向下遊傾斜較急並逐漸尖滅,故是典型的氣候階地。由於水流很急,冰水平原的組成物質粗大而缺乏分選,砂礫層中常夾有大漂礫,並有許多鍋穴。

  冰川地貌景觀 大陸冰蓋很少受下伏基巖地形的控制,冰蓋形態單調,其塑造的地貌景觀也不甚復雜。從冰蓋中心到外圍,冰川地貌作有規律的帶狀分佈:最內部是侵蝕區,出現大量的冰蝕湖泊,如芬蘭曾是第四紀時期冰蓋的中心,有“千湖之國”之稱;此帶之外鼓丘成群出現;鼓丘帶之外為散亂的冰磧丘陵和冰礫阜景觀,蛇形丘也分佈其中;再外即為標志著古冰川邊界的終磧系列和宏偉的外沖冰水平原。

  山嶽冰川地貌的規模不及大陸冰蓋地區,但更為復雜。因為還受山地地形以及冰緣雪蝕、雪崩和寒凍風化作用的影響。這裡由上到下可分幾個垂直帶:雪線以上是以冰鬥、刃脊和角峰為主的冰川和冰緣作用帶;雪線以下和終磧壟以上為冰川侵蝕-堆積地貌交錯帶;最下部為終磧和谷地冰水平原(階地)帶(圖5)。

圖5 山嶽冰川地貌景觀