山地冰川冰斗发育的控制因素与气候变化

第３Ｏ卷第２期　２　０　０　８年４月　冰川　冻　土　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＧＬＡＣＩＯＬＯＧＹ　ＡＮＤ　ＧＥＯＣＲＹＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．２　

Ａｐｒ．２　０　０　８　

文章编号：１０００—０２４０（２００８）０２—０２６６—０８　

０　引言　山地冰川冰斗发育的控制因素与气候变化　张　威　，　闰　（１．辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连　玲　，　崔之久　

１１６０２９；２．北京大学环境学院，北京１００８７１）　

摘要：对比分析我国１２个地区的冰斗发育特征，对冰斗的长宽比、岩性、冰斗朝向以及冰斗发育的　影响因素进行研究．冰斗在不同的气候条件、构造因素、地形地貌、坡度坡向、岩性条件控制下，即具　有一定的共性特征，也显示了彼此之间的差异特点．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．研究显示：冰斗的长宽比介于　０．６～１．４７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５Ｏ　，火成岩占３Ｏ　，变质岩　占２Ｏ　，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、ＮＥ、ＮＷ这３个　方向所发育的冰斗比例占绝对优势，即７６　，而其它方向所占的比例仅为２４　，这与我国西部有现　代冰川发育地区统计结果基本一致．在新构造运动活跃区，冰斗古雪线确定方面应考虑后期构造抬升　影响．　关麓词：冰斗；冰斗朝向；山地冰川；气候变化　中图分类号：Ｐ５１２．４　文献标识码：Ａ　

冰斗（Ｃｉｒｑｕｅｓ）是山地冰川重要的冰蚀地貌之　位于冰川的源头．在冰斗中只有底部是冰川作　用区，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状洼　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　（冰坎）．虽然冰斗广泛存在，但它们被限定在目前　有冰川或以前存在过冰川的地方．冰斗概念的建立　最早可追溯到１８２３年，Ｃｈａｒｐｅｎｔｉｅｒ在研究比利牛　斯山（Ｐｙｒｅｎｅａｎｓ）时应用于地貌学口Ｊ．世界上有很　多地方性的名字，如在威尔士称为ｃｗｎ，苏格兰称　其为ｃｏｒｒｉｅ或者ｃｏｉｒｅ，德国和澳大利亚称为ｋａｒ，　而在挪威和瑞典则叫做ｂｏｔｎ和ｎｉｓｃｈ等　］．　对于冰斗的研究，有利于加强对冰斗形成和发　展机制的理解．目前已有很多国家的学者专门研究　冰斗的形态（长、宽、高、面积等）、冰斗发育地形　特征（高度、坡度、方位等）以及与构造、气候要素　的相互关系［ｚ－ｌｚ］．在我国，对于冰斗也开展了大量　实质性的研究工作，如冰斗的形态特点、平坦指　数、冰斗朝向等Ｅ１３－ｚｏ］．但是与冰川沉积物的研究　对比来看，定量统计描述比较薄弱，很少见到对冰　斗进行大区域专门研究的报道．本文主要针对长白　山典型的冰斗地貌特征作为依据，并对比研究程度　比较详细的１２个山地关于冰斗的相关资料，针对　冰斗所在地的地形、岩性、构造等因素进行分析，　目的是探讨冰斗发育的控制因素以及在气候变化深　人研究方面的作用，以期得出一些有参考价值的成　

收稿日期：２００７—０６—０９；修订日期：２００７—１１～Ｏ４　基金项目：国家自然科学基金项目（４Ｏ５７１０１６）资助　作者简介：张威（１９６９一），男，吉林松原人，副教授，２００３年在北京大学获博士学位，主要从事环境与灾害地貌研究工作　

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇ　ｗ＠ｐｋｕ．ｏｒｇ．ｃｎ　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２期　张威等：山地冰川冰斗发育的控制因素与气候变化　２６７　果．　１　研究方法　吉林长白山、云南拱王山和点苍山、台湾雪　山、四川Ｉ螺髻山等典型冰斗地貌参数（长、宽、高、　朝向、）以及岩性特征、地形特点、不同坡向冰斗分　布的数量依据野外考察与量测，具体参数如图１．　

Ｍ　／厂？—＼Ｐ　

＼　ｔ　：　ｊ　ｉ＼　、　：　（ａ）　Ｉ　、　Ｎ　Ｅ‘　－Ｂ　

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（ｂ）　（ｃ）　图１冰斗参数和朝向　ａ．ＥＢ一冰斗的长度，Ｈ～冰斗的高度，ＭＮ一冰斗所在的　山峰的高度，ＰＥ一冰斗后壁上缘高度，ＱＢ一冰坎高度；　ｂ．Ａｃ一冰坎，Ｂ一冰坎中点，ＥＢ一冰斗长度（平分冰斗），　ＤＦ一冰斗宽度（垂直于冰斗长度线）；ｃ．冰斗朝向是　冰斗长轴与指北方向相夹的角度　Ｆｉｇ．１　Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ　ａｎｄ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｉｒｑｕｅｓ　

图２研究的冰斗分布图　１．长自山；２．点苍山；３．拱王山；４．螺髻山；５．小　相岭；６．马鞍山；７．太白山；８．马雅雪山；９．贺兰　山；１０．台湾山脉；１１．乌鲁木齐河源；１２．鹿角湾　Ｆｉｇ．　２　Ｍａｐ　ｓｈｏｗｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｇｉ０ｎａｌｉｚａｔｉ０ｎ　０ｆ　ｃｉｒｑｕｅｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　

其它研究地点采用公开发表的资料，个别冰斗形态　参数的引用是在参考文献中出现的地貌图上测量得　到．所讨论各点位置见图２．　冰斗的平坦指数：Ｄｅｒｂｙｓｈｉｒｅ［２　使用了平坦　指数的概念（Ｆ），Ｆ—ａ／２ｃ，式中：ｎ代表冰斗长度；　ｃ代表冰斗高度．研究得出真正冰川塑造的冰斗平　坦指数小，为１．７～５，雪蚀洼地平坦指数为４．２５～　１１．　长度：从冰斗后壁至冰坎中点方向的线段距　离，线段所在直线将冰斗平分成相等的两部分（图１　（ａ）中的ＥＢ线段）．　宽度：冰斗侧壁之间的最大距离，并与冰斗的　长度垂直（图１（ｂ）中的ＤＦ线段）．　高度：冰斗底部（最大下凹点）到冰斗后壁上缘　Ｐ点所引出水平线之间的垂直距离（图１ａ中的Ｈ　线段）．　朝向：图１（ｃ）中的ａ代表冰斗朝向，是从某点　的指北方向线起，顺时针方向至冰斗长度线的水平　夹角．　

２影响冰斗发育的控制因素　影响冰斗发育的控制因素很多，包括内因和外　因两方面，归纳起来主要有构造和岩性、气候条　件、地形和时间等几点．　２．１构造和岩性　构造是一个重要的局部因素，Ｍｃｃａｂｅ［２。］认为　构造在冰川作用阶段对控制冰斗发育具有重要的影　响，尤其是体现在冰斗发育的方向上．构造因素如　断层、节理等往往使冰川作用前期的依托地层变得　破碎，为冰斗后壁的溯源侵蚀作用加快，在深度上　的挖蚀和侧向侵蚀作用加强奠定了基础．在我们分　析的地点之中，螺髻山、太白山、长白山冰斗发育　均与断裂构造有关口　，如螺髻山冰斗位于南　北向的断裂带上，太白山冰斗发育在ＮＮＷ、ＮＥＥ　和ＥＷ断裂的交汇处，为冰斗发育提供了重要的构　造条件．长白山的白云峰冰斗与朝鲜境内的将军峰　冰斗位于ＮＮＷ向断裂带上，而青石峰冰斗与６号　界碑冰斗则处于ＮＥ向断裂带上，由于受多组断裂　构造的影响，岩石特别破碎，很容易被冰川旋转滑　动挖掘，故而冰斗深度超常．　岩石抵抗侵蚀的能力在限制冰斗后壁和侧壁发　展中起重要的作用　．在威尔士的Ｇａｄｅｒ　Ｉｄｒｉｓ　Ｍａｓｓｉｆ地区，在火成岩的地方冰斗后壁高达４３０　ｍ，而沉积岩处仅２４０　ｍ．大部分规模比较大的冰　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２６８　冰　川Ｉ　冻　土　斗都与火成岩或变质岩有关，而在沉积岩地区的冰　斗规模相对要小，如威尔士的南部和中部．比利牛　斯山花岗岩区的冰斗最大、最长，而在砂页岩区冰　斗最小　ｎ］．长白山所实测的冰斗中，规模均比较　大，这与冰川发育在火成岩的岩性条件密切相关．　

图３不同区域岩性百分比　Ｆｉｇ．３　Ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅｓ　ｉｎ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｒｅｇｉｏｎｓ　

在我们研究的冰斗中，沉积岩（拱王山、螺髻　山、马鞍山、马雅雪山、台湾山脉）所占比例为５０　％，火成岩（长白山、小相岭、太白山）所占比例为　３０％，变质岩（鹿角湾、点苍山）所占比例为２０　（图３），火成岩和变质岩的比例之和为５０　，与沉　积岩的比例大致相同．　２．２气候条件　气候条件主要包括气温、降水、风向、太阳辐　射，是冰斗发育的外因中最重要的因素．冰川发育　具有严格的控制条件和发生发展规律，不允许有任　意的主观猜想，冰川发生与否关键是该山地是否进　入冰冻圈的足够高度，从而进入雪线的范围．在满　足地形条件的情况下，气候就是重要的影响因素．　在英国的冰期时，主要的风向是西南风，凹地容易　保存积雪，因此冰斗冰川在东北方向上比较发育．　在爱尔兰，大多数冰斗和雪蚀洼地朝向东北和东　南，其主要风向是西南和西北，因此，阴坡和风的　方向在影响冰雪的积累中都是关键的控制因素．我　国马鞍山古冰川地貌几乎全部集中于山脊的东坡，　其原因除受东南气流影响外，还与地貌形态，西风　气流、地方气候有较大的关系．对比冰斗发育所依　托的气候条件，既有在大陆和海洋性气候条件下产　生的冰斗，也有在过度性气候条件下塑造的冰斗，　气候条件在控制冰斗发育的规模、数量和形态特征　等方面具有重要贡献．其中，冰斗朝向变化可以揭　示相应阶段的古气候条件，同时冰斗方位与气候类　型之间也具有明显的对应关系．　２．３地形　除了气候控制冰斗发育外，地形也扮演了重要　角色．地形的陡峭与平缓、阴坡和阳坡都对冰斗的　发育具有控制作用，如陡峭的斜坡不利于雪斑的保　存，不能为冰斗的形成创造良好的条件，而相对平　坦的地形却为冰斗的发育提供了可能．陕西太白　山、云南拱王山山顶均具有冰川发育的平坦地形　面，从而在末次冰盛期时，发育了相对较大的冰斗　冰川．而点苍山则是山峰尖削，冰雪积累效应不　好，冰斗发育的规模相对要小．乌鲁木齐河源高望　峰冰期的冰川类型可能属于冰帽类型，说明当时的　地形条件比现在和缓．此外，阴坡在中纬度地区是　最重要的因素，而在热带地区由于太阳辐射的角度　很大，从而使得山脉的阴坡和阳坡没有太大的区　别．Ｅｎｑｕｉｓｔ＿２　指出，最大的冰斗和最大的冰川位　于山脉的阴坡．在我们统计的实际资料当中，借助　于阴坡发育的冰斗数量明显高于阳坡．　２．４　时间　时间是控制冰斗发育的最持续的Ｉ　素，时间的　长短与冰斗的大小成正比．崔之久［２”一在研究乌鲁　木齐河源区的冰斗时发现，发育在海拔３　５００～　３　６００　ｍ的高望峰期的冰斗规模小而且数量少（９　个），说明当时冰川作用的时间并不长．在云南拱　王山和长白山，末次冰盛期的冰斗规模要远远大于　晚冰期形成的冰斗规模，其它山地均有相同的规　律．　３冰斗发育的气候意义　冰斗发育的形态、朝向、方位以及冰斗底部高　度与气候变化之间具有密切的关系．由于冰斗发育　的控制因素较多，因此，从众多的影响因素中剥离　出冰斗与气候变化的关系就显得尤为重要．　３．１冰斗的长宽比　以往的研究中，对于冰斗的形态要素进行定性　到定量研究的内容不少，其中常见的有长宽比、长　幅比、平面闭和度、剖面闭和度和后壁与斗底坡度　比等　”　．用这些形态参数，崔之久［２０　将乌鲁木　齐河源的冰斗划分为初始型、成熟型和改造型３种　不同类型。并对每一类型冰斗发育的特点进行了探　讨．限于不同研究者所关注的重点不同，我们所获　得的资料也详略不一，本文只讨论冰斗发育的长宽