中南阿拉斯加冰川成因及冻土分布特征分析
【类型】期刊
【作者】大卫·卡尔·施耐德，戴长雷，杨朝晖（阿拉斯加大学安克雷奇分校；黑龙江大学寒区地下水研究所；黑龙江大学水利电力学院）
【作者单位】阿拉斯加大学安克雷奇分校；黑龙江大学寒区地下水研究所；黑龙江大学水利电力学院
【刊名】黑龙江水利
【关键词】 冰川成因；冻土分布；地貌特征；中南阿拉斯加
【ISSN号】2096-0506
【页码】P28-31
【年份】2019
【期号】第4期
【摘要】冰川及冻土地貌是地貌研究的重要组成部分,通过研究阿拉斯加中南部的冰川成因及冻土分布特征有助于进一步了解中南阿拉斯加的地貌特征。在梳理影响冰川成因的多种因素以及永久冻土相关知识的前提下,对阿拉斯加中南部地区的冰川成因以及冻土分布特征进行了分析。指出:(1)大冰期被认为主要是由于大陆位置的变动而引起的,冰川形成于冬天冷到可以降雪而夏天不能暖到将所有积雪都融化掉的地方;(2)在中南阿拉斯加,山区之外的一些地方只存在不连续的永冻土。这些能够发育不连续永冻土的地方主要位于科珀河(铜河)流域,以及苏西特纳河流域北部的某些地区。
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中南阿拉斯加冰川成因及冻土分布特征分析
摘 要：冰川及冻土地貌是地貌研究的重要组成部分，通过研究阿拉斯加中南部的冰川成因及冻土分布特征有助于进一步了解中南阿拉斯加的地貌特征。在梳理影响冰川成因的多种因素以及永久冻土相关知识的前提下，对阿拉斯加中南部地区的冰川成因以及冻土分布特征进行了分析。指出：(1)大冰期被认为主要是由于大陆位置的变动而引起的，冰川形成于冬天冷到可以降雪而夏天不能暖到将所有积雪都融化掉的地方；(2)在中南阿拉斯加，山区之外的一些地方只存在不连续的永冻土。这些能够发育不连续永冻土的地方主要位于科珀河(铜河)流域，以及苏西特纳河流域北部的某些地区。
关键词：冰川成因；冻土分布；地貌特征；中南阿拉斯加
本文是在大卫·卡尔·施耐德助理教授所著的《中南阿拉斯加自然地理探索》(云杉地理学出版社，2013)的基础上翻译节选修订而成的。
大卫·卡尔·施耐德出生成长于阿拉斯加州安克雷奇市，硕士毕业于威斯康星大学麦迪逊分校地理系，在阿拉斯加大学安克雷奇分校讲授自然地理学与人文地理学课程的同时长年从事地理信息系统相关领域的工作，所著之《中南阿拉斯加自然地理探索》为同领域集学术性与趣味性于一体，为关心和从事相关工作人员提供了许多重要的参考信息。
本文节选的内容主要为关于阿拉斯加冰川成因及冻土分布特征相关的分析与论述，可为拟了解阿拉斯加冰川及冻土状况的中国同行参鉴。
1 冰川分布
阿拉斯加因为大冰川，以及源自冰川的含冰大河而举世闻名。在阿拉斯加，冰川和冰河随处可见，人们往往惊叹于它们庞大规模和恢宏气势。惊叹之余，人们常常没有去思考这些自人类历史之前就精心雕琢着整个中南阿拉斯加地区地貌特征的冰川的巨大变化过程。实际上，就在更新世末期附近的18 000年前，冰川还覆盖着全部的中南阿拉斯加地区。在几乎所有你当前能到达的中南阿拉斯加的土地上，在当时要么是冰川刚刚刮过的基岩，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将所有积雪都融化掉的地方。
作为阿拉斯加最冷的地方，北极斜坡地区和内陆地区，却没有冰川分布。即使在布鲁克斯岭，也只有一些较小的冰川。这些地方不但远离诸如阿拉斯加海湾和白令海之类的冬天不结冰的水汽源，而且与这些冬季水汽源之间平添了诸多层层阻隔的大山。北极斜坡地区冬季只有很少量的降雪，在当地短促的夏天里用不多长时间就能够将这点儿积雪融化干净。阿拉斯加内陆地区的降雪要多一些，因为当地拥有与严酷冬天相呼应的阿拉斯加最温暖的夏季，所以，最终与北极斜坡地区一样，当地积雪在每一个夏天里都会消弥得无影无踪[1]。
阿拉斯加的大部分冰川实际上发育在诸如中南阿拉斯加这样的温暖地区，因为这些地方冬季降雪量很大。中南阿拉斯加之所以降水丰富，是因为北太平洋的湿润空气沿海向着楚加奇山和阿拉斯加山脉高峰常年劲吹。这些湿润的空气随着山势上升、冷却、并以雨或雪的形式降落下来。中南阿拉斯加的山区在冬季可能获得几十英尺的积雪。同样由于北太平洋的湿润空气，滨海地区的夏季也非常凉爽。在有些地方，积雪在夏季一点都不会融化。随着降雪的经年累积，在累积到一定的质量时，在自身重力的作用下循着山势向下滑动，这就是我们所说的冰川。
2 冰川和冰期的成因
尽管仍有争议，但是以数千万年的时间尺度出现的“大冰期”仍被认为主要是由于大陆位置的变动而引起的。如果大陆地块就这样挡住了温暖的洋流到达极地的通道，那么就会出现非常凉爽的极地气候。此情之下，基于对大气环流的改变，高山对气候施加的影响就是次要的了。
由于地球接收到的太阳辐射能量会发生短期的变化，所以，在一次大冰期之内，会交替出现以较小至数万年为时间尺度的冰期和间冰期。地球能够接收到太阳辐射能量的多少受到多个因素的综合影响。
最重要的是，地球与太阳的相对位置以及其自转姿态并不是如我们通常所想的那样稳定。能够对全球气候产生影响的这类变化主要有三种。第一，地球绕日公转轨道的形状以100 000 a为单位进行周期性改变，有时候更近似椭圆状，有时候更近似圆形。这周期性变轨使得日地距离的大小会发生5%的关联性周期变化。第二，就像一个缓慢旋转的陀螺一样，地球自转轴的极点会以26 000 a为单位进行周期性改变。这种改变会对全年的季节更替产生影响，当它与椭圆形的公转轨道组合在一起时，会使得日地距离最近。第三，地球自转轴的角度也是在变化的。尽管当前地球自转轴与太阳赤道的夹角为23.5°，这个夹角会以40 000 a为单位在22°和24°之间进行周期性变化,这个夹角越大，越会在两极形成极端气候[2]。
除了上述因素之外，大气中源自于火山喷发或者流量撞击的大量灰烬和尘埃也会产生类似的影响。太阳辐射能量的因时变化同样会影响全球的气候。
在上述诸因素中的全部或部分因素的综合影响下，地球已经发生了以数千万年为周期的冷热交替变化。毫无疑问，阿拉斯加的冰川当前正在消融，但是，随着时间的推移，气候肯定会再次变冷，冰川会再次回到这片土地，并以它们此前已多次运用的特有方式摧毁这里现存的一切事物。
3 中南阿拉斯加地区的冰川演化历史
一次大冰期又可以被划分为更为寒冷的冰期和较为温暖的间冰期，冰期和间冰期都可持续数万年。在更小的时间尺度上，冰期中较为温暖的时段称为间冰段，而间冰期中较为凉爽的时段则称为亚冰期。如果后期的冰川运动规模远大于前期的冰川运动，则前任冰期的沉积会在后来冰期时被全部扰乱，因此，将冰川记录连贯拼凑起来是困难的。此外，在某些地区动辄数十万年的亚冰期和间冰段漫长岁月中，当地气候几乎无变化，这使得将整个大冰期的冰川模式关联起来并不容易。尽管存在上述诸多难点，阿拉斯加的冰川地质学家们还是已经设法将中南阿拉斯加冰川史中一些主要的时段构建出来。
人类现在生活所在的冰期通常称为第四纪冰期。这一冰期起始于260万年前上新世末期早一些的时候，是2.75亿年前二叠纪以来地球上的第一个大冰期。自大约3.2万年前起始的拿破汤冰期是阿拉斯加在第四纪大冰期里最新的冰期。它与北美洲的威斯康星冰期的晚期在时间上相对应。拿破汤冰期在1.1万年前结束，接着全新世间冰期开始，气候转暖，人类也于这个阶段出现[3]。
中南阿拉斯加拿破汤冰期之前直到几十万年前的冰川活动证据表明那一阶段有数个区别明显的冰川活动期。这些更早一些冰期的冰川活动一般较拿破汤冰期的冰川活动范围更广。距今第二近的冰期与威斯康星冰期的早期在时间上相对应，自大约12万年前开始，延至5万年前。由于后期的冰川运动对之前冰期运动的记录破坏，因此，比距今第二近的冰期更早的冰期的活动证据已很难解释清楚。
3.1 后拿破汤冰期的地貌
尽管拿破汤冰期不如之前冰期的冰川规模大，但是在此期间，冰川冰仍然将几乎整个中南阿拉斯加都覆盖起来，并对当地的地貌特征产生重要的影响。
拿破汤冰期，在科珀河(铜河)流域曾经形成一个名叫阿特纳冰湖的大型湖泊。当冰川将山谷围堰时，冰川融水在中间未冻结的盆地蓄积起来，形成这个巨大的湖泊。在不同的时段里，湖水或者向北通过门塔斯塔水道注入塔那那河，或者向西北流入苏西特纳河。而在当前，这个盆地里的大部分水系则流向南方，通过科珀河(铜河)汇入阿拉斯加海湾。源自阿特纳冰湖的湖相沉积物在有的地方厚达130 in。由沉积物可见，阿特纳冰湖直到10 000年前还是非常连续稳定的[4]。
在拿破汤冰期的冰进时期，基奈半岛上从斯特灵到特斯特米纳湖之南的地区明显地也形成过一个或多个这样的冰川堰塞湖。
也是在拿破汤冰期，布特莱格湾地层就在安克雷奇地区沉积形成了，这一可以追溯到16 000年前的地层主要由黏土和粉沙组成。这些细粒物质可能来自于一条大冰河的河口，并在海相环境中沉积下来。由于这些沉积物中持有水分，所以它们有振动液化的不良性质。在1964年阿拉斯加大地震的过程中，这种振动液化的事情就曾发生过。当时，随着下伏沉积物的振动液化，安克雷奇西部紧邻坦纳根湾的部分地段滑塌入水循流漂到克尼克湾中去了。如今的地震公园就建在当年遭受滑塌破坏的区域。
大约14 000年前的埃尔门多夫冰碛标识着拿破汤冰期的最后一次高潮。由于布特莱格湾地层生成于水相沉积而非冰相沉积之中，且埃尔门多夫冰碛发育在布特莱格湾地层之上，所以，我们知道，在埃尔门多夫冰碛发育之前存在着一个重要的冰退期。在海水位上升到当前的位置之前，古克尼克/马塔努斯卡河曾将当前克尼克湾所在地的埃尔门多夫冰碛物冲走。
3.2 全新世间冰期的冰进
在当前所处的全新世间冰期，已经有过数个亚冰期。在9000—6000年前的大温暖时期，中南阿拉斯加夏天的平均温度高达到6℉，比现在温暖得多，冰川规模实际上在那个时期达到最小。大温暖时期之后，我们进入到一个称为新冰期(一个亚冰期)的时期，更为凉爽的气候导致了冰进。当前的气候变暖或许会是新冰期结束的迹象。
从一个非常小的时间尺度上来看，大约自公元800年至公元1300年的时段称为中世纪暖期。在接下至19世纪中期的全球变冷的时段，一般称为小冰期。小冰期变冷的气候促成了一次冰进，或许正是因为这个缘故，格陵兰岛上维京人定居者才从当地消失。在中南阿拉斯加，19世纪早期的波特治冰川深入坦纳根湾(再回头湾)的程度比过去5000 a都要大。由于过去150 a全球气温的急剧升高，中南阿拉斯加的大多数冰川当前正在消退之中。
4 中南阿拉斯加永久冻土分布特征
永久冻土是指全年保持冻结的土壤。阿拉斯加的永久冻土主要发育在北冰洋沿岸的北极地区，以及位于北极地区南部的内陆地区。在中南阿拉斯加，山区之外的一些地方只存在不连续的永冻土。这些能够发育不连续永冻土的地方主要位于科珀河(铜河)流域，以及苏西特纳河流域北部的某些地区。在这些地方，尽管表层土壤夏季能够融化，但数英尺之下的土壤全年保持冻结状态。在德奈利国家公园总部周围，以及科珀河(铜河)流域，永久冻土层的厚度普遍达到100 in以上[5]。
一方面，土壤在冻结的时候会迫使地面隆起，另一方面，土壤在融化的时候又往往导致地面融沉。科珀河(铜河)流域理查森公路和格伦公路的崎岖路面多由土壤冻融所致。阿拉斯加输油管线在通过这一地区时，为了防止管道热量融化当地的永久冻土，进而导致结构基础失稳，特地将管道设置在地面以上。
永久冻土层具有阻渗作用，苏西特纳河谷上游和科珀河(铜河)流域星罗棋布的湖泊沼泽当中的一些就是因此所致。当然，绝大多数湖沼还是由于冰后期的冰川消融和沉积所形成的。
5 结 论
(1)冰川形成于冬天冷到可以降雪而夏天不能暖到将所有积雪都融化掉的地方。冰川和冰期的主要成因是大陆位置的变动，影响全球的气候最重要的是地球与太阳的相对位置以及其自转姿态。除此之外，大气中源自于火山喷发或者流量撞击的大量灰烬和尘埃以及太阳辐射能量的因时变化同样会影响全球的气候。
(2)阿拉斯加的永久冻土主要发育在北冰洋沿岸的北极地区，以及位于北极地区南部的内陆地区。在中南阿拉斯加，山区之外的一些地方只存在不连续的永冻土。这些能够发育不连续永冻土的地方主要位于科珀河(铜河)流域，以及苏西特纳河流域北部的某些地区。
参考文献：
[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
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
中图分类号：P343.6；P642.14
文献标志码：A
文章编号：2096-0506(2016)04-0028-04