据说有一牧羊人在一条冰川边小憩,他随手把已戴破的帽子扔在冰川上,就离开了。几个月以后,这位牧羊人又回到了老地方,这时候,他惊奇地发现被他扔掉的那顶破帽子已不在原处,而是在下游方向,离原处有一段距离。此时,这位牧羊人才意识到眼前这巨大的白色冰体不是停滞不动的,而是以很缓慢的速度向下移动。也就是说,冰川移动得很慢,以至于长期以来,人们一直以为它是不动的。
不同地理环境下发育的冰川,其移动速度往往有很大的差异。在美国西部、挪威中部、冰岛南部、新西兰西部等地,降雪量比较大,气温也不是很低,使得冰川底部与岩石基底之间有水膜存在,利于冰川下滑,这一类冰川移动较快,大约每天下移1米。新西兰西部有一条叫做弗兰茨·约瑟夫的冰川(FranzJosefglacier),其下移速度达到每天5米。但是,即使是这种移动较快的冰川,人们也很难用肉眼觉察它的移动。因为每天移动5米大约相当于每分钟移动0.35厘米,这种移动速度是难以凭肉眼看出来的。
在加拿大的北部地区和格陵兰岛,降雪量少,冰川的补给不足;加上这里气温低,冰川因而也大多成为冷性基底冰川,即冰川底部与岩石基底之间无水膜存在。这一类冰川移动十分缓慢。例如,在巴芬岛上有一条冰川,它每年只移动3.5米。这种移动速度更是难以用肉眼觉察到的。
有一些冰川偶然会有一种特殊的快速运动,叫做冰川跃动(surge)。冰川跃动速度可达一般冰川移速的10-100倍。有人还记录下冰川一天移动350米的速度。对冰川的这种急冲运动的成因,科学家至今还不是十分清楚。人们发现,发生跃动的冰川,其上游往往有一个堆积大量冰的存冰库。在一定的情况下,存冰库内的冰体变得不稳定,于是就快速向下运动而形成冰川跃动。也有人认为,某些冰川在冰川底部与岩石基底之间原先是没有水膜的,后来由于温度上升,它们之间形成水膜,突然之间使冰川底部变得比较润滑,使冰川快速下移。这种快速下移又产生较多热量,结果造成水膜更强的润滑作用,最后便产生了冰川跃动。还有人认为,地震是冰川跃动的触发因素。因为地震引起了雪崩,大量的冰雪降落在山谷冰川内,引发了冰体快速下移。冰川跃动十分壮观。冰体会发生强烈的断裂,形成许多杂乱地堆在一起的碎冰体,它们轰鸣咆哮地向下运动。不过这种情况并不多见。
在极地地区,人们有时还会有幸见到巨大的冰川体崩落到海中的壮观景象。一开始,冰川内部会发出一种奇怪的低沉的声响,就像冰川在漫长的地质年代里为自己寂寞孤单的一生发出深沉的叹息。后来,巨大的冰川体与原冰川断开,随着一声巨响,冰川体崩落到海中,而那轰鸣声还会在山谷间回荡不息。
冰川是自然界的大力士,它能够搬动非常大的岩块。在喜马拉雅山中,有直径达到28米、重量超过万吨的巨大岩块曾被冰川搬动。
冰川对地表的侵蚀作用也是十分惊人的。当冰川在山谷里向下运动时,它强烈侵蚀山谷的两侧,使它们变得十分陡峭,最终使山谷的横剖面呈U形,这就是人们常说的U形谷或冰川槽谷。冰川在移动过程中,冰川底部携带着岩石碎块对地表进行强烈的刨蚀作用。一些岩性较软弱的低洼地,受此刨蚀,形成较大的湖盆。冰川后退时,冰水在湖盆中聚积,便形成湖泊。
芬兰是北欧的一个国家,有“千湖之国”的美誉。这里湖泊星罗棋布,湖泊四周多有绿树环抱。树环绿水,水映绿树,一派宁静秀美的景色。其实,芬兰的湖泊远不止1000个,它共有大大小小的湖泊6万多个!为什么芬兰有这么多的湖泊呢?
在第四纪冰期,全球气候寒冷,冰川覆盖范围相当大。芬兰地区受到冰川作用的强烈影响,其众多的湖泊主要便是由冰川作用造成的。北美洲的五大湖面积很大,总面积达到24.5万平方千米,与英国国土的面积差不多。五大湖总蓄水量有2.21万立方千米,相当于密西西比河径流量的40倍。这五大湖的湖盆,也主要是由冰川刨蚀而成的。
当冰川消融时,被冰川所搬运的大量碎屑物质就在原地堆积下来,形成冰碛地貌。冰碛丘陵是冰碛地貌之一,它高几十米至百余米。当冰碛物质在山谷内堆积时,它会使山谷底部变得高低不平,低凹处会积水成湖。
冰川就像大自然的雕刻师,对不少地方的地表进行着雕刻。种种冰川地貌,也似乎向人们叙述着当初冰川对地表的各种不同作用。
海陆是如何变迁的?
地球表面约有29%为陆地,71%为海洋。多少年来,人们望着宽阔的平原和巍峨的高山,望着浩瀚无际的大海,一直在想,这陆地和海洋是怎么形成的?它们原来就是如此的吗?后来,人们发现,陆地的地层中有许多海洋动物的化石。例如,在喜马拉雅山高峰之一希夏邦马峰山麓地带,人们发现了曾经生活在海水中的鱼龙化石。在撒哈拉沙漠的某地,发现了生活在海水中的珊瑚化石。这一切表明,现在的一些陆地地区,在过去曾经是海洋。中国成语有“沧海桑田”一词,这是指大海变成了农田,农田也会变成大海。那么,这海、陆是如何变迁的?这种变迁有没有规律呢?为此,人们进行了不懈的探索。
在19世纪后半叶,人们普遍认为,大陆和海洋的基本轮廓是不变的。当时,人们发现,大陆在漫长的地质时期尽管可能多次被海水覆盖,但大陆的地壳明显地不同于海洋地壳,因而深海是永远不会变成大陆的。但是,这种看法后来受到了挑战。
有一位德国的地球物理学家,叫做魏格纳。一天,他生病卧床,两眼望着对面墙上挂着的世界地图。突然,他发现一个有趣的现象:若把大西洋两岸的大陆边缘相互拼接,它们基本上可以拼在一起而成为一块巨大的大陆。于是,魏格纳苦苦思索,最后提出了一个大胆的假设:欧洲、非洲和北美洲、南美洲,过去曾经连接在一起,是一块巨大的大陆,后来,这块大陆中间出现了裂缝,裂缝两侧的陆地向着相反的方向漂移,而它们中间则出现了广阔的大西洋。这就是著名的“大陆漂移说”的由来。
为了证明这个假设,魏格纳进行了实地考察,收集了不少证据。他发现,非洲和南美洲的大西洋沿岸地区,有着相同的古代生物化石和相应的岩层,这表明它们在过去曾经是连在一起的。
魏格纳的“大陆漂移说”一提出,立即遭到许多人的反对。尽管“大陆漂移说”对传统的大地构造说提出了大胆的挑战,但是,相信“大陆漂移说”的人并不多,随着时间的推移,“大陆漂移说”逐渐被人们淡忘了。
在20世纪50年代,兴起了一门新的学科,叫做古地磁学。该学说证明,在漫长的地质年代中,地球磁极的位置不是一成不变的,它时时刻刻都在发生变化;而且,人们还绘制出了北磁极变化的曲线。若按传统的大地构造学说,将无法解释各地岩石中剩余磁性的大小和方向;若按照魏格纳的“大陆漂移说”把大陆拼合起来,则各地每一地质时代的北磁极的位置,大致可以落在同一个地区。这使许多人相信,大陆的确可能发生过漂移。于是,沉默已久的“大陆漂移说”又活跃了起来。
在此之后,随着海洋勘探技术的进步,人们对海底岩层有了更多的了解。人们发现,陆地上有的岩石十分古老,年龄在30亿年以上;而海底的岩石却比较年轻,年龄最大的也不足2亿年。人们还发现,海洋底下也有高大的海底山岭,人们把它叫做海岭。海底的岩石在海岭两侧呈对称分布:海岭两侧近处的岩石比较年轻;离海岭越远,岩石年龄就越大。这些现象引起了人们的研究兴趣。1961年,美国科学家赫斯和狄兹创立了一门新的大地构造学说,叫做“海底扩张说”。该学说认为,大洋海岭是新地壳产生的地带。地幔中的物质不断从海岭裂隙中溢出,推动着其两侧的岩层向大洋边缘方向运动;当岩层被推到大洋的边缘时,就向下俯冲到大陆岩层之下,最后又回到地幔。这个学说,可以很好地解释洋底岩层对称分布和洋底岩层比较年轻的现象。因此,有人认为,“海底扩张说”是对“大陆漂移说”的继承和发展。但是,“海底扩张说”的注意力主要集中在海底。为探讨全球地壳运动的规律,人们又提出了不少新的学说,其中之一便是“板块学说”。
1968年,法国地质学家勒皮顺将全球岩石圈划分为6大板块,即太平洋板块、亚欧板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。板块的分界线包括:大洋底的海岭(如大西洋底的海岭),陆地上两大板块相互碰撞而形成的褶皱山脉(如喜马拉雅山脉),大洋板块俯冲到大陆板块之下而形成的俯冲带;其地面位置常常是深海沟的所在处。而上覆的大陆板块在俯冲带有所增生,多形成高大山脉,如北美洲和南美洲西海岸的高大山脉。在板块内部,地壳相对稳定;在板块与板块的交界处,地壳活动强烈,多火山和地震。“板块学说”比较好地解释了世界大地构造的许多现象,如深海沟、岛弧链和高大山脉的分布;它也比较合理地解释了世界火山和地震的分布规律。该学说也表明,海洋不是一成不变的,它也是有生有灭的。因此,又有人认为,“板块学说”是对“大陆漂移说”和“海底扩张说”的进一步发展。但是,“板块学说”还不能解释所有的地质现象,例如,它对大陆内部的地质现象涉及不多。有人还指出,按“板块学说”,造成板块运动的动力是地幔的物质对流,但是,要证明这一种物质对流的存在是很困难的。因此,也有人对“板块学说”持不同的意见。
从“大陆漂移说”到“海底扩张说”,再到“板块学说”,可以认为这是人类探索海陆变迁规律的主要轨迹。但是,海陆变迁问题十分复杂,还有许多问题有待于人们去认识,还有许多规律有待于人们去发现。