中南阿拉斯加冰川成因及凍土分布特征分析

大衛(wèi)·卡爾·施耐德著;戴長(zhǎng)雷，楊朝暉譯

(1.阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校，阿拉斯加 安克雷奇 99508;2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

中南阿拉斯加冰川成因及凍土分布特征分析

大衛(wèi)·卡爾·施耐德1著;戴長(zhǎng)雷2,3，楊朝暉1譯

(1.阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校，阿拉斯加 安克雷奇 99508;2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080)

摘要：冰川及凍土地貌是地貌研究的重要組成部分，通過(guò)研究阿拉斯加中南部的冰川成因及凍土分布特征有助于進(jìn)一步了解中南阿拉斯加的地貌特征。在梳理影響冰川成因的多種因素以及永久凍土相關(guān)知識(shí)的前提下，對(duì)阿拉斯加中南部地區(qū)的冰川成因以及凍土分布特征進(jìn)行了分析。指出：(1)大冰期被認(rèn)為主要是由于大陸位置的變動(dòng)而引起的，冰川形成于冬天冷到可以降雪而夏天不能暖到將所有積雪都融化掉的地方；(2)在中南阿拉斯加，山區(qū)之外的一些地方只存在不連續(xù)的永凍土。這些能夠發(fā)育不連續(xù)永凍土的地方主要位于科珀河(銅河)流域，以及蘇西特納河流域北部的某些地區(qū)。

關(guān)鍵詞：冰川成因；凍土分布；地貌特征；中南阿拉斯加

本文是在大衛(wèi)·卡爾·施耐德助理教授所著的《中南阿拉斯加自然地理探索》(云杉地理學(xué)出版社，2013)的基礎(chǔ)上翻譯節(jié)選修訂而成的。

大衛(wèi)·卡爾·施耐德出生成長(zhǎng)于阿拉斯加州安克雷奇市，碩士畢業(yè)于威斯康星大學(xué)麥迪遜分校地理系，在阿拉斯加大學(xué)安克雷奇分校講授自然地理學(xué)與人文地理學(xué)課程的同時(shí)長(zhǎng)年從事地理信息系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的工作，所著之《中南阿拉斯加自然地理探索》為同領(lǐng)域集學(xué)術(shù)性與趣味性于一體，為關(guān)心和從事相關(guān)工作人員提供了許多重要的參考信息。

本文節(jié)選的內(nèi)容主要為關(guān)于阿拉斯加冰川成因及凍土分布特征相關(guān)的分析與論述，可為擬了解阿拉斯加冰川及凍土狀況的中國(guó)同行參鑒。

1冰川分布

阿拉斯加因?yàn)榇蟊?，以及源自冰川的含冰大河而舉世聞名。在阿拉斯加，冰川和冰河隨處可見(jiàn)，人們往往驚嘆于它們龐大規(guī)模和恢宏氣勢(shì)。驚嘆之余，人們常常沒(méi)有去思考這些自人類歷史之前就精心雕琢著整個(gè)中南阿拉斯加地區(qū)地貌特征的冰川的巨大變化過(guò)程。實(shí)際上，就在更新世末期附近的18 000年前，冰川還覆蓋著全部的中南阿拉斯加地區(qū)。在幾乎所有你當(dāng)前能到達(dá)的中南阿拉斯加的土地上，在當(dāng)時(shí)要么是冰川剛剛刮過(guò)的基巖，要么是古冰盾留下的小冰川。

冰川形成于冬天冷到可以降雪而夏天不能暖到將所有積雪都融化掉的地方。

作為阿拉斯加最冷的地方，北極斜坡地區(qū)和內(nèi)陸地區(qū)，卻沒(méi)有冰川分布。即使在布魯克斯嶺，也只有一些較小的冰川。這些地方不但遠(yuǎn)離諸如阿拉斯加海灣和白令海之類的冬天不結(jié)冰的水汽源，而且與這些冬季水汽源之間平添了諸多層層阻隔的大山。北極斜坡地區(qū)冬季只有很少量的降雪，在當(dāng)?shù)囟檀俚南奶炖镉貌欢嚅L(zhǎng)時(shí)間就能夠?qū)⑦@點(diǎn)兒積雪融化干凈。阿拉斯加內(nèi)陸地區(qū)的降雪要多一些，因?yàn)楫?dāng)?shù)負(fù)碛信c嚴(yán)酷冬天相呼應(yīng)的阿拉斯加最溫暖的夏季，所以，最終與北極斜坡地區(qū)一樣，當(dāng)?shù)胤e雪在每一個(gè)夏天里都會(huì)消彌得無(wú)影無(wú)蹤[1]。

阿拉斯加的大部分冰川實(shí)際上發(fā)育在諸如中南阿拉斯加這樣的溫暖地區(qū)，因?yàn)檫@些地方冬季降雪量很大。中南阿拉斯加之所以降水豐富，是因?yàn)楸碧窖蟮臐駶?rùn)空氣沿海向著楚加奇山和阿拉斯加山脈高峰常年勁吹。這些濕潤(rùn)的空氣隨著山勢(shì)上升、冷卻、并以雨或雪的形式降落下來(lái)。中南阿拉斯加的山區(qū)在冬季可能獲得幾十英尺的積雪。同樣由于北太平洋的濕潤(rùn)空氣，濱海地區(qū)的夏季也非常涼爽。在有些地方，積雪在夏季一點(diǎn)都不會(huì)融化。隨著降雪的經(jīng)年累積，在累積到一定的質(zhì)量時(shí)，在自身重力的作用下循著山勢(shì)向下滑動(dòng)，這就是我們所說(shuō)的冰川。

2冰川和冰期的成因

盡管仍有爭(zhēng)議，但是以數(shù)千萬(wàn)年的時(shí)間尺度出現(xiàn)的“大冰期”仍被認(rèn)為主要是由于大陸位置的變動(dòng)而引起的。如果大陸地塊就這樣擋住了溫暖的洋流到達(dá)極地的通道，那么就會(huì)出現(xiàn)非常涼爽的極地氣候。此情之下，基于對(duì)大氣環(huán)流的改變，高山對(duì)氣候施加的影響就是次要的了。

由于地球接收到的太陽(yáng)輻射能量會(huì)發(fā)生短期的變化，所以，在一次大冰期之內(nèi)，會(huì)交替出現(xiàn)以較小至數(shù)萬(wàn)年為時(shí)間尺度的冰期和間冰期。地球能夠接收到太陽(yáng)輻射能量的多少受到多個(gè)因素的綜合影響。

最重要的是，地球與太陽(yáng)的相對(duì)位置以及其自轉(zhuǎn)姿態(tài)并不是如我們通常所想的那樣穩(wěn)定。能夠?qū)θ驓夂虍a(chǎn)生影響的這類變化主要有三種。第一，地球繞日公轉(zhuǎn)軌道的形狀以100 000 a為單位進(jìn)行周期性改變，有時(shí)候更近似橢圓狀，有時(shí)候更近似圓形。這周期性變軌使得日地距離的大小會(huì)發(fā)生5%的關(guān)聯(lián)性周期變化。第二，就像一個(gè)緩慢旋轉(zhuǎn)的陀螺一樣，地球自轉(zhuǎn)軸的極點(diǎn)會(huì)以26 000 a為單位進(jìn)行周期性改變。這種改變會(huì)對(duì)全年的季節(jié)更替產(chǎn)生影響，當(dāng)它與橢圓形的公轉(zhuǎn)軌道組合在一起時(shí)，會(huì)使得日地距離最近。第三，地球自轉(zhuǎn)軸的角度也是在變化的。盡管當(dāng)前地球自轉(zhuǎn)軸與太陽(yáng)赤道的夾角為23.5°，這個(gè)夾角會(huì)以40 000 a為單位在22°和24°之間進(jìn)行周期性變化,這個(gè)夾角越大，越會(huì)在兩極形成極端氣候[2]。

除了上述因素之外，大氣中源自于火山噴發(fā)或者流量撞擊的大量灰燼和塵埃也會(huì)產(chǎn)生類似的影響。太陽(yáng)輻射能量的因時(shí)變化同樣會(huì)影響全球的氣候。

在上述諸因素中的全部或部分因素的綜合影響下，地球已經(jīng)發(fā)生了以數(shù)千萬(wàn)年為周期的冷熱交替變化。毫無(wú)疑問(wèn)，阿拉斯加的冰川當(dāng)前正在消融，但是，隨著時(shí)間的推移，氣候肯定會(huì)再次變冷，冰川會(huì)再次回到這片土地，并以它們此前已多次運(yùn)用的特有方式摧毀這里現(xiàn)存的一切事物。

3中南阿拉斯加地區(qū)的冰川演化歷史

一次大冰期又可以被劃分為更為寒冷的冰期和較為溫暖的間冰期，冰期和間冰期都可持續(xù)數(shù)萬(wàn)年。在更小的時(shí)間尺度上，冰期中較為溫暖的時(shí)段稱為間冰段，而間冰期中較為涼爽的時(shí)段則稱為亞冰期。如果后期的冰川運(yùn)動(dòng)規(guī)模遠(yuǎn)大于前期的冰川運(yùn)動(dòng)，則前任冰期的沉積會(huì)在后來(lái)冰期時(shí)被全部擾亂，因此，將冰川記錄連貫拼湊起來(lái)是困難的。此外，在某些地區(qū)動(dòng)輒數(shù)十萬(wàn)年的亞冰期和間冰段漫長(zhǎng)歲月中，當(dāng)?shù)貧夂驇缀鯚o(wú)變化，這使得將整個(gè)大冰期的冰川模式關(guān)聯(lián)起來(lái)并不容易。盡管存在上述諸多難點(diǎn)，阿拉斯加的冰川地質(zhì)學(xué)家們還是已經(jīng)設(shè)法將中南阿拉斯加冰川史中一些主要的時(shí)段構(gòu)建出來(lái)。

人類現(xiàn)在生活所在的冰期通常稱為第四紀(jì)冰期。這一冰期起始于260萬(wàn)年前上新世末期早一些的時(shí)候，是2.75億年前二疊紀(jì)以來(lái)地球上的第一個(gè)大冰期。自大約3.2萬(wàn)年前起始的拿破湯冰期是阿拉斯加在第四紀(jì)大冰期里最新的冰期。它與北美洲的威斯康星冰期的晚期在時(shí)間上相對(duì)應(yīng)。拿破湯冰期在1.1萬(wàn)年前結(jié)束，接著全新世間冰期開(kāi)始，氣候轉(zhuǎn)暖，人類也于這個(gè)階段出現(xiàn)[3]。

中南阿拉斯加拿破湯冰期之前直到幾十萬(wàn)年前的冰川活動(dòng)證據(jù)表明那一階段有數(shù)個(gè)區(qū)別明顯的冰川活動(dòng)期。這些更早一些冰期的冰川活動(dòng)一般較拿破湯冰期的冰川活動(dòng)范圍更廣。距今第二近的冰期與威斯康星冰期的早期在時(shí)間上相對(duì)應(yīng)，自大約12萬(wàn)年前開(kāi)始，延至5萬(wàn)年前。由于后期的冰川運(yùn)動(dòng)對(duì)之前冰期運(yùn)動(dòng)的記錄破壞，因此，比距今第二近的冰期更早的冰期的活動(dòng)證據(jù)已很難解釋清楚。

3.1后拿破湯冰期的地貌

盡管拿破湯冰期不如之前冰期的冰川規(guī)模大，但是在此期間，冰川冰仍然將幾乎整個(gè)中南阿拉斯加都覆蓋起來(lái)，并對(duì)當(dāng)?shù)氐牡孛蔡卣鳟a(chǎn)生重要的影響。

拿破湯冰期，在科珀河(銅河)流域曾經(jīng)形成一個(gè)名叫阿特納冰湖的大型湖泊。當(dāng)冰川將山谷圍堰時(shí)，冰川融水在中間未凍結(jié)的盆地蓄積起來(lái)，形成這個(gè)巨大的湖泊。在不同的時(shí)段里，湖水或者向北通過(guò)門塔斯塔水道注入塔那那河，或者向西北流入蘇西特納河。而在當(dāng)前，這個(gè)盆地里的大部分水系則流向南方，通過(guò)科珀河(銅河)匯入阿拉斯加海灣。源自阿特納冰湖的湖相沉積物在有的地方厚達(dá)130 in。由沉積物可見(jiàn)，阿特納冰湖直到10 000年前還是非常連續(xù)穩(wěn)定的[4]。

在拿破湯冰期的冰進(jìn)時(shí)期，基奈半島上從斯特靈到特斯特米納湖之南的地區(qū)明顯地也形成過(guò)一個(gè)或多個(gè)這樣的冰川堰塞湖。

也是在拿破湯冰期，布特萊格灣地層就在安克雷奇地區(qū)沉積形成了，這一可以追溯到16 000年前的地層主要由黏土和粉沙組成。這些細(xì)粒物質(zhì)可能來(lái)自于一條大冰河的河口，并在海相環(huán)境中沉積下來(lái)。由于這些沉積物中持有水分，所以它們有振動(dòng)液化的不良性質(zhì)。在1964年阿拉斯加大地震的過(guò)程中，這種振動(dòng)液化的事情就曾發(fā)生過(guò)。當(dāng)時(shí)，隨著下伏沉積物的振動(dòng)液化，安克雷奇西部緊鄰坦納根灣的部分地段滑塌入水循流漂到克尼克灣中去了。如今的地震公園就建在當(dāng)年遭受滑塌破壞的區(qū)域。

大約14 000年前的埃爾門多夫冰磧標(biāo)識(shí)著拿破湯冰期的最后一次高潮。由于布特萊格灣地層生成于水相沉積而非冰相沉積之中，且埃爾門多夫冰磧發(fā)育在布特萊格灣地層之上，所以，我們知道，在埃爾門多夫冰磧發(fā)育之前存在著一個(gè)重要的冰退期。在海水位上升到當(dāng)前的位置之前，古克尼克/馬塔努斯卡河曾將當(dāng)前克尼克灣所在地的埃爾門多夫冰磧物沖走。

3.2全新世間冰期的冰進(jìn)

在當(dāng)前所處的全新世間冰期，已經(jīng)有過(guò)數(shù)個(gè)亞冰期。在9000—6000年前的大溫暖時(shí)期，中南阿拉斯加夏天的平均溫度高達(dá)到6℉，比現(xiàn)在溫暖得多，冰川規(guī)模實(shí)際上在那個(gè)時(shí)期達(dá)到最小。大溫暖時(shí)期之后，我們進(jìn)入到一個(gè)稱為新冰期(一個(gè)亞冰期)的時(shí)期，更為涼爽的氣候?qū)е铝吮M(jìn)。當(dāng)前的氣候變暖或許會(huì)是新冰期結(jié)束的跡象。

從一個(gè)非常小的時(shí)間尺度上來(lái)看，大約自公元800年至公元1300年的時(shí)段稱為中世紀(jì)暖期。在接下至19世紀(jì)中期的全球變冷的時(shí)段，一般稱為小冰期。小冰期變冷的氣候促成了一次冰進(jìn)，或許正是因?yàn)檫@個(gè)緣故，格陵蘭島上維京人定居者才從當(dāng)?shù)叵?。在中南阿拉斯加?9世紀(jì)早期的波特治冰川深入坦納根灣(再回頭灣)的程度比過(guò)去5000 a都要大。由于過(guò)去150 a全球氣溫的急劇升高，中南阿拉斯加的大多數(shù)冰川當(dāng)前正在消退之中。

4中南阿拉斯加永久凍土分布特征

永久凍土是指全年保持凍結(jié)的土壤。阿拉斯加的永久凍土主要發(fā)育在北冰洋沿岸的北極地區(qū)，以及位于北極地區(qū)南部的內(nèi)陸地區(qū)。在中南阿拉斯加，山區(qū)之外的一些地方只存在不連續(xù)的永凍土。這些能夠發(fā)育不連續(xù)永凍土的地方主要位于科珀河(銅河)流域，以及蘇西特納河流域北部的某些地區(qū)。在這些地方，盡管表層土壤夏季能夠融化，但數(shù)英尺之下的土壤全年保持凍結(jié)狀態(tài)。在德奈利國(guó)家公園總部周圍，以及科珀河(銅河)流域，永久凍土層的厚度普遍達(dá)到100 in以上[5]。

一方面，土壤在凍結(jié)的時(shí)候會(huì)迫使地面隆起，另一方面，土壤在融化的時(shí)候又往往導(dǎo)致地面融沉。科珀河(銅河)流域理查森公路和格倫公路的崎嶇路面多由土壤凍融所致。阿拉斯加輸油管線在通過(guò)這一地區(qū)時(shí)，為了防止管道熱量融化當(dāng)?shù)氐挠谰脙鐾?，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)失穩(wěn)，特地將管道設(shè)置在地面以上。

永久凍土層具有阻滲作用，蘇西特納河谷上游和科珀河(銅河)流域星羅棋布的湖泊沼澤當(dāng)中的一些就是因此所致。當(dāng)然，絕大多數(shù)湖沼還是由于冰后期的冰川消融和沉積所形成的。

5結(jié)論

(1)冰川形成于冬天冷到可以降雪而夏天不能暖到將所有積雪都融化掉的地方。冰川和冰期的主要成因是大陸位置的變動(dòng)，影響全球的氣候最重要的是地球與太陽(yáng)的相對(duì)位置以及其自轉(zhuǎn)姿態(tài)。除此之外，大氣中源自于火山噴發(fā)或者流量撞擊的大量灰燼和塵埃以及太陽(yáng)輻射能量的因時(shí)變化同樣會(huì)影響全球的氣候。

(2)阿拉斯加的永久凍土主要發(fā)育在北冰洋沿岸的北極地區(qū)，以及位于北極地區(qū)南部的內(nèi)陸地區(qū)。在中南阿拉斯加，山區(qū)之外的一些地方只存在不連續(xù)的永凍土。這些能夠發(fā)育不連續(xù)永凍土的地方主要位于科珀河(銅河)流域，以及蘇西特納河流域北部的某些地區(qū)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Coulter H W.Map Showing Extent of Glaciations in Alaska[R].Washington:U.S.Geological Survey,1965.

[2]Mann,Daniel H,Peteet,et al.Extent and Timing of the Last Glacial Maximum in Southwestern Alaska[J].Quaternary Research,1994(42):136-148.

[3]Karlstrom,Thor N V.Quaternary Geology of the Kenai Lowland the Glacial History of the Cook Inlet Region,Alaska[R].Washington:U.S.Geological Survey,1964.

[4]Ferrians O J.Late Cenozoic History of the Interior Basins of Alaska and the Yukon[R].Washington:U.S.Geological Survey,1989.

[5]Ferrians O J.Permafrost in Alaska[J].The Geology of Alaska,1994(1):845-854.

Analysis of the precipitation patterns in Southcentral AlaskaWritten by David K.Snyder1;Translated by

DAI Changlei2,3,YANG Zhaohui1

(1.UniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Abstract：Glacier and permafrost landscape is an important part of landscape research.It helps to understand the terrain characteristics in Southcentral Alaska through the study of the glacial origin and distribution of permafrost.This paper analyzes the glacial origin and distribution of permafrost in Southcentral Alaska on the basis of combing a variety of factors affect glaciers origin and permafrost under the premise of knowledge.It points out:(1) It is considered that great ice age is mainly caused by the change of the continental position.Glaciers formed in cold enough to snow in the winter and the snow can’t be melt in the summer;(2) In Southcentral Alaska,other places outside the mountains only exist discontinuous permafrost.These places are mainly located in copper river basin and some places in the northern part of Suzy Turner River Basin.

Key words：glacial origin;permafrost distribution;geomorphic feature;Southcentral Alaska

作者簡(jiǎn)介：大衛(wèi)·卡爾·施耐德(1969-)，男，美國(guó)阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要從事自然地理及地理信息系統(tǒng)方向的科研和教學(xué)工作。

中圖分類號(hào)：P343.6；P642.14

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)04-0028-04