大陸冰蓋
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中文名稱: 大陸冰蓋 外文名稱: continental ice sheet 簡稱: 冰蓋 又稱: 大陸冰川 |
大陸冰蓋 (continental ice sheet) 是指長期覆蓋在陸地上的面積大於5萬平方千米的冰體。自邊緣向中心隆起、規模如南極或格陵蘭的盾形冰體。又稱大陸冰川，簡稱冰蓋。[1]
目錄
簡介
大陸冰蓋在氣候寒冷、有一定降雪量的兩極和高緯地區，除少數山峰突出冰面外，幾乎全部地面為厚達數百米至數千米連續的冰所覆蓋。大陸冰蓋中心部分為積累區，邊緣為消融區。冰蓋冰幾乎不受下伏地形影響，自中心向四周外流;邊緣部分自陸地向海洋伸展，一部分漂浮在海上的冰體稱冰架(陸緣冰)、冰棚或冰障。冰架冰斷裂、崩解後入海形成冰山。在北極和極區附近島嶼上，形態和特點與大陸冰蓋相似的、但規模小得多的冰體稱為冰帽或冰穹。
兩大冰蓋
地球上現存的大陸冰蓋有南極冰蓋和格陵蘭冰蓋。這兩大冰蓋約占全球冰川總面積的97%，總冰量的99%。南極冰蓋總面積為13980000平方公里，占全球冰川總面積的86%，總儲水量為21600000立方公里，約占全球冰川總儲水量的90%。南極冰蓋的平均厚度約為2000-2500米，
已知最大厚度為4267米。若整個南極冰蓋融化，將使世界海平面上升約66米，即使扣除南極大陸的均衡恢復，海平面也要上升約40米。
橫貫南極的山脈把南極冰蓋分為具有不同特徵的兩部分:西南極冰蓋大部分地區，底部位于海平面以下，即使冰全部融化，陸地均衡回升後，地面仍在海平面以下，這部分冰蓋稱海洋冰蓋。西南極的大部分冰通過羅斯和龍尼冰架入海。東南極冰蓋擁有南極冰蓋全部冰量的80%以上，是一個最大高程超過4000米的穹狀冰體。除個別小範圍地區外，下伏基岩均在海平面以上。格陵蘭冰蓋總面積為1833900平方公里，總儲水量為2340000立方公里，如果全部融化，將使世界海平面上升7.2米。格陵蘭冰蓋的平均厚度為2300米，靠近冰蓋中心的最大厚度為3415米。格陵蘭冰蓋最高點海拔3157米，平均高度2135米。
南極
南極冰蓋始於漸新世末。至少在距今500萬年前就達到目前規模。冰蓋絕大部分分布在南極圈內，直徑約4500千米，面積約1398萬平方千米，約占南極大陸面積的98%。平均厚度為2000~2500米，最大厚度達4000 多米。冰蓋的總體積約2450 萬立方千米，占世界冰量的89%，淡水總量的70%。冰蓋外圍發育有面積約為 150多萬平方千米的陸緣冰，主要有羅斯冰架、菲爾希納冰架和埃默里冰架等。在內陸冰蓋的補給和推動下，冰架邊緣不斷崩坍出大量的平頂冰山。
南極冰蓋由東、西兩部分合成，以橫斷南極山脈為界 。南極冰蓋屬於冷冰川。特點是溫度低、積累量和消融量小、成冰作用緩長，如高 原站(南緯 79°15′，東經40°30′)成冰過程需3500年，因此相對比較穩定。南極冰蓋是地球上最干寒的地區，高原內部的年平均氣溫低達-55℃，年降水量小於50毫米，冰面終年不化，成冰過程極慢。冰蓋邊緣的年平均溫度為-10~-15℃，最高、最低氣溫分別為10℃和-40℃，年降水量 200~500 毫米，夏季(11月~翌年2月)雪冰消融強烈，消融帶的海拔高度在1000~1400米以下，雪線高度界於0~100米之間。因此，南極冰蓋內陸是典型的極地大陸性冰川，沿海地帶和南極半島則具有極地海洋性冰川特性。南極冰蓋是地球上最大的冰庫和冷源，其形成與發展對全球氣候變化、海面升降和人類生活有重大影響。如果南極冰蓋全部融化，世界洋面將升高66米左右。
格陵蘭
形成於第四紀，在距今約18000年時冰蓋面積比今面積大7 倍，並與當時北美冰蓋相連接。格陵蘭島大部分位於北極圈內，全島面積為216.6萬平方千米，是世界最大的島嶼。格陵蘭冰蓋面積約1833900萬平方千米，平均厚度 2300 米，最大厚度超過3400 米，占世界冰量的9.7%。它由南北兩個穹形冰蓋連結而成，冰蓋邊緣一直覆蓋到海邊，有許多冰川的冰舌伸向海面，在若干峽灣中形成許多冰山。西格陵蘭的一些冰川，如雅各布港·伊斯伯依冰川，每年流動速度達7000米，是世界上流動最快的冰川。冰蓋中部西側的冰層表面每年以 0.1 米的速率在增厚，而東側則稍有變薄。冰蓋西海岸的消融區冰面每年變薄約0.2米。
格陵蘭冰蓋顯示更強的極地海洋性冰川性質。冰蓋西南部沿海的年平均氣溫高達1 ℃，1 月和7 月的平均氣溫分別為-7.8 ℃和9.7℃，年降水量達1000毫米，雪冰積累量和消融量都很大 。冰蓋內部的情況顯著不同，年平均氣溫約-30 ℃，1月和7月的平均氣溫分別為-47.2 ℃和- 12.2℃，年降水量僅200毫米，氣溫低、 降水少，雪冰積累量和消融量較小，成冰過程緩慢，如世紀營地 (北緯77°11′，西經61°10′)成冰過程需125年。
成冰因素
成冰作用
大陸冰蓋的成冰作用是在沒有融水參與(僅在固相和氣相條件)下進行，稱為冷型變質成冰作用,或乾燥型變質成冰作用。成冰過程中，以沉陷和凝華再結晶作用為主。形成的冰叫原生重結晶冰，這種冰,氣泡很多，顆粒較細(1~3毫米)。干雪相成冰的時間遠比溫性冰川長。溫性的蘇厄德冰川約在13米深處粒雪變成冰的時間僅3~5年。格陵蘭的賽特冰川，在66米深處，成冰時間達100年以上。南極東方站在100米深處，成冰時間竟高達4000年。
冰晶組構
冰晶組構指氣泡的形態和分布，晶體大小、形態和方位。冰晶組構發育主要受應力類型、總應變和溫度控制的假設，已在許多鑽孔冰岩心的組構研究中，得到滿意解釋。一般認為多極大型組構在遠低於融點的冰內不能形成，但是，在南極伯德站2164米深鑽孔內，約在650-974米深處冰溫為-28℃,冰組構有2或3個極大型組合。在大陸冰蓋各處，在5米深處與粒雪變成冰的深處之間，晶體以不變的速率生長，此後，晶體生長速率隨着溫度的下降而降低。很多鑽孔的研究表明:在現代冰與最新冰期冰的邊界處，晶體尺寸存在明顯的縮小現象。在未受應變的冷性冰川冰中氣泡一般呈球狀，氣泡的形態隨冰變形而變化。但是，在巴恩斯冰帽邊緣，最新冰期的冰川冰的特徵是含有小的球狀氣泡，即使在鄰近冰床處，經強烈剪切的這種冰川冰內的氣泡亦呈球形。
物質平衡
高緯地區的氣候特徵是氣溫很低,南極東方站附近年平均氣溫為-56℃，最低氣溫記錄達-88.3℃。年降水量少，南極約一半地區的淨積累量少於10厘米/年。因此，大陸冰蓋的積累量小，消融弱，物質平衡水平低。這些冰體比較穩定。據估算，南極冰蓋的年物質平衡變化範圍為相當於水深+80~-30毫米，但大多數估算為正值。南極冰蓋物質消耗主要是冰架邊緣的不斷崩解和強風把大量積雪吹離冰蓋。因為溫度低，消融局限於有利部位，在物質支出中居次要地位。格陵蘭冰蓋物質收支估算亦為正值。平均總積累量為446立方公里/年，總消融量為315立方公里/年水當量。根據127個站點資料,通過緯度、經度和高度分析，表明格陵蘭北部年積累量為15-50克/平方厘米，自東北向西南漸增。格陵蘭南部最高值(超過90克/平方厘米水當量)出現在東南部沿岸,向西減小。
自然特徵
溫度
根據觀測資料比較，格陵蘭和南極冰蓋許多地點的年平均氣溫和10米深處的粒雪溫度差僅僅在2℃以內，一般趨勢是粒雪溫度略低於氣溫。這種情況也只有在最高氣溫低於0℃的地區才會出現。根據極地冰蓋和冰川中溫度測量，南極伯德站、和平站、勞冰穹和加拿大北極區的懷特冰川底部冰溫均處於融點。冰架底部溫度等于海水冰點，冰架底部熱通量取決于海水溫度、鹽度和冰架下海水的環流。因為冰架由冰蓋補給，因此，冰蓋內溫度分布也影響冰架的溫度分布狀況。
運動
冰蓋與冰川的力學性質沒有本質的差異，因此，除了明顯的差異(如谷壁對冰川運動的影響)外，冰川運動一般理論仍然適用於冰蓋。
冰岩心
降水中氫、氧的重、輕原子的濃度比率取決於溫度。因此，冰岩心中同位素比率隨深度的變化可以用來解說過去的溫度變化，這樣的氣候記錄對於檢驗氣候變化理論和冰期成因是必不可少的。有的冰岩心分析已提供了最近十多萬年來最詳細的氣候信息。400多米鑽孔冰岩心分析獲得的最近的12萬年來的氣候記錄。冰岩心中還包含少量從大氣散落的各種物質，如海鹽、花粉、風吹塵埃、火山灰、外層空間物質(隕石等)和自然污染及核試驗的痕量元素。工業時代前的痕量元素的濃度可以測量，把它與當前值比較，便可得到世界範圍污染物質擴散的信息。有些散落物表現出明顯的季節變化，如微粒濃度、痕量元素(Na、Mg、Ca、K、AI)和極地雪中氧、氫同位素比率等。根據這些變化的資料可測定冰的年代和過去的降水率。火山噴發後散落物與氣溫變化還可以通過冰岩心分析加以測定;冰內氣泡提供了過去成冰時大氣的樣品。