研究地球表面各種自然冰體的學(xué)科。自然冰體包括山岳冰川、大陸冰蓋、海冰、河冰、湖冰、地下冰、季節(jié)性結(jié)冰以及積雪和運(yùn)動(dòng)中的雪等。早期只研究冰川,現(xiàn)已擴(kuò)展到研究地表一切形態(tài)的自然冰體。冰川學(xué)按其研究?jī)?nèi)容,分為物理冰川學(xué)、水文氣候冰川學(xué)和地質(zhì)地貌冰川學(xué)3個(gè)分支學(xué)科。
①物理冰川學(xué)。研究冰的內(nèi)部結(jié)構(gòu),力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)和化學(xué)成分,又稱(chēng)冰川物理學(xué)。其中,發(fā)展較快的是結(jié)構(gòu)冰學(xué),它研究雪、冰晶體的成長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)和變化,各種積雪變質(zhì)和水凍成冰過(guò)程,冰的動(dòng)力變質(zhì)和熱力變質(zhì),世界成冰帶的劃分等。
②水文氣候冰川學(xué)。 包括冰川水文學(xué) ( 又稱(chēng)冰雪水文學(xué))和冰川氣候?qū)W。主要研究冰雪與大氣圈、水圈的相互作用。包括冰形成、存在和消融的氣候條件,冰與大氣間的熱量和輻射交換,冰川進(jìn)退與氣候變化和海面變化的關(guān)系,冰雪的氣候作用與消融過(guò)程,冰川融水對(duì)河流的補(bǔ)給作用,冰川洪水、冰湖潰決、冰川泥石流等災(zāi)害及其預(yù)報(bào)。
③地質(zhì)地貌冰川學(xué)。包括冰川地質(zhì)學(xué)和冰川地貌學(xué)。研究冰川與地表的相互作用及其地貌過(guò)程、冰緣現(xiàn)象、冰川沉積、第四紀(jì)及其他地質(zhì)時(shí)代的冰川問(wèn)題。
20世紀(jì)中期以后,許多國(guó)家的冰川研究重點(diǎn)從山岳冰川轉(zhuǎn)向?qū)O地冰蓋的考察和研究,尤其對(duì)南極大陸冰蓋(地球上最大的冷源)的研究。
冰川學(xué)是研究地球表面各種自然冰體的學(xué)科。自然冰體包括山岳冰川、大陸冰蓋、海冰。河冰、湖冰、地下水、季節(jié)性結(jié)冰以及積雪和運(yùn)動(dòng)中的雪等。早期只研究冰川,現(xiàn)已擴(kuò)展到研究地表一切形態(tài)的自然冰體。
冰川學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史
把冰川作為一門(mén)科學(xué)來(lái)研究是由山岳冰川開(kāi)始的,經(jīng)過(guò)一段時(shí)期后逐漸開(kāi)展對(duì)大陸冰蓋的研究。第二次世界大戰(zhàn)后,由于新技術(shù)的應(yīng)用,冰川學(xué)發(fā)展迅速。
冰川學(xué)起于對(duì)歐洲阿爾卑斯山冰川的研究。1772年,博爾迪埃首次描述了冰川冰的塑性。19世紀(jì)30年代及其以后,阿加西測(cè)量了冰川運(yùn)動(dòng),最早指出山谷冰川最大流速出現(xiàn)在冰川中部,并向源頭和末端遞減;提出大冰期學(xué)說(shuō);闡述冰川搬運(yùn)作用,首先提出終磧、側(cè)磧、中磧等術(shù)語(yǔ),為冰川學(xué)奠定了基礎(chǔ)。
19世紀(jì)末、20世紀(jì)初,一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)冰川上存在著運(yùn)動(dòng)波的傳遞現(xiàn)象;利用熱鉆鉆深200米,穿透整個(gè)冰川,確定冰川表面運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)大于底部;開(kāi)始應(yīng)用攝影測(cè)量方法繪制冰川地圖和觀測(cè)冰川變化。研究范圍由歐洲擴(kuò)展到亞洲和美洲等。
1911年,科赫和韋格納橫貫格陵蘭大冰蓋,研究雪層,測(cè)量冰層溫度;以后又首次應(yīng)用地震法測(cè)量冰蓋厚度,開(kāi)創(chuàng)了大陸冰蓋冰川學(xué)的研究。該階段大陸冰蓋和山岳冰川研究側(cè)重冰川水文等方向,較重要的有斯韋爾德魯普的冰川熱量平衡的觀測(cè)研究,芬斯特瓦爾德對(duì)冰層塊體運(yùn)動(dòng)的論述和阿爾曼對(duì)冰川的地球物理分類(lèi)等。
第二次世界大戰(zhàn)后,特別是20世紀(jì)50年代以來(lái),國(guó)際范圍或多國(guó)合作研究大大促進(jìn)了冰川學(xué)的發(fā)展。如1957~1958年的國(guó)際地球物理年有103個(gè)站同時(shí)進(jìn)行冰川觀測(cè),為全球冰川進(jìn)退變化、冰川物質(zhì)平衡等提供了大量可對(duì)比的資料。1965~1974年的國(guó)際水文十年,1975年開(kāi)始的國(guó)際水文計(jì)劃,以及國(guó)際南極冰川計(jì)劃等,對(duì)冰川水文學(xué)、冰川氣候研究的發(fā)展起了重要作用。
在冰川學(xué)的研究中新技術(shù)的不斷應(yīng)用,促進(jìn)了物理冰川學(xué)的發(fā)展。如研究冰蓋深鉆孔中的冰巖芯,為恢復(fù)古氣候提供了可靠的依據(jù),并發(fā)展了同位素冰川學(xué);應(yīng)用雷達(dá)技術(shù)測(cè)量冰蓋厚度;衛(wèi)星影像對(duì)冰雪的監(jiān)測(cè);遙測(cè)技術(shù)紀(jì)錄冰川范圍和時(shí)間等。
中國(guó)冰川的研究起步較晚,始于1958年。40多年來(lái),中國(guó)科學(xué)院高山冰雪利用研究隊(duì)及其以后組建的蘭州冰川凍土研究所聯(lián)合各有關(guān)單位,對(duì)西部高山區(qū)的現(xiàn)代冰川和某些第四紀(jì)冰川進(jìn)行了廣泛的考察,初步查明了中國(guó)冰川的分布及其規(guī)律和對(duì)河流的作用;提出了中國(guó)山岳冰川的分類(lèi);進(jìn)行了冰川變化、雪崩、風(fēng)吹雪、冰川泥石流等研究;解決了高山區(qū)公路建設(shè)中若干困難問(wèn)題有些成果,如珠穆朗瑪峰冰川地圖、喀喇昆侖山巴托拉冰川進(jìn)退預(yù)報(bào)等達(dá)到世界先進(jìn)水子。
冰川學(xué)的研究?jī)?nèi)容
冰川學(xué)按其研究?jī)?nèi)容,分為物理冰川學(xué)、水文氣候冰川學(xué)和地質(zhì)地貌冰川學(xué)三個(gè)分支。
物理冰川學(xué)主要研究冰的內(nèi)部結(jié)構(gòu),力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)和化學(xué)成分,又稱(chēng)冰川物理學(xué)。其中,發(fā)展較快的是結(jié)構(gòu)冰學(xué),它研究雪、冰晶體的成長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)和變化各種積雪變質(zhì)和水凍成冰過(guò)程,冰的動(dòng)力變質(zhì)和熱力變質(zhì),世界成冰帶的劃分等。
另外,冰力學(xué)研究冰的彈性、塑性及其強(qiáng)度,各種天然冰體內(nèi)的應(yīng)力分布和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),冰川、雪崩、風(fēng)吹雪中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,冰川的躍動(dòng)前進(jìn)與預(yù)報(bào);冰熱物理學(xué)研究天然冰體內(nèi)的溫度變化,冰的熱學(xué)和輻射性質(zhì),相的組成及相態(tài)轉(zhuǎn)換等;冰地球化學(xué)研究分析冰內(nèi)雜質(zhì)和痕量元素,氫氧同位素和某些組成變化,尤其是深鉆孔中冰巖芯分析技術(shù)的發(fā)展,有利于重建古氣候與環(huán)境變化。
水文氣候冰川學(xué)包括冰川水文學(xué)和冰川氣候?qū)W。主要研究冰雪與大氣圈、水圈的相互作用。包括冰形成、存在和消融的氣候條件,冰與大氣間的熱量和輻射交換,冰川進(jìn)退與氣候變化和海面變化的關(guān)系,冰雪的氣候作用與消融過(guò)程,冰川融水對(duì)河流的補(bǔ)給作用,冰川洪水、冰湖潰決、冰川泥石流等災(zāi)害及其預(yù)報(bào)。
地質(zhì)地貌冰川學(xué)包括冰川地質(zhì)學(xué)和冰川地貌學(xué)。研究冰川與地表的相互作用及其地貌過(guò)程、冰緣現(xiàn)象、冰川沉積、第四紀(jì)及其他地質(zhì)時(shí)代的冰川問(wèn)題。
冰川學(xué)是地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)之間的跨界學(xué)科,在中國(guó)一般將其列入自然地理學(xué)中?,F(xiàn)代冰川學(xué)是以地球物理學(xué)為基礎(chǔ),與物理學(xué)數(shù)學(xué)、結(jié)晶學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、水文學(xué)、氣候?qū)W、氣象學(xué)、自然地理學(xué)、沉積學(xué)等密切相關(guān)的綜合性學(xué)科。
冰雪是地球表面上的寶貴淡水資源,也是寒區(qū)自然地理環(huán)境的重要組成部分。研究冰雪的開(kāi)發(fā)利用和預(yù)測(cè)、防治冰雪災(zāi)害,對(duì)人類(lèi)有十分重要的意義。
全球冰川面積1600萬(wàn)千方公里以上,約占地球陸地面積的11%、全球淡水資源的69%左右。它們大部分集中在南極大陸和格陵蘭。隨著各國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展,對(duì)淡水的需求十分迫切,有些國(guó)家在研究如何利用南極冰山和開(kāi)發(fā)南極大陸冰蓋與冰架下的礦藏等。
在干旱區(qū)和半干旱區(qū)冰雪融水是重要水源。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)新疆、青海和甘肅每年約有300億立方米的冰川融水徑流和融雪徑流補(bǔ)給河流,占某些河流補(bǔ)給量的40~50%,以至更多。
冰川變化影響著全球的大氣環(huán)流、水循環(huán)和氣候給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)重要影響。如果全球的冰川全部融化,海平面的上升,將使世界許多大城市和海濱低地淹沒(méi)于海洋之中。
海冰、浮冰和冰山的分布影響著海上交通和海上生產(chǎn)。在高寒山區(qū),雪崩、風(fēng)吹雪,冰湖潰決和冰川泥石流等常常造成災(zāi)害,需要運(yùn)用冰川學(xué)的理論與方法進(jìn)行預(yù)測(cè)和防治。
20世紀(jì)中期以來(lái),世界許多國(guó)家的冰川研究重點(diǎn):已從山岳冰川轉(zhuǎn)向?qū)O地冰蓋的考察和研究,尤其對(duì)南極大陸冰蓋(地球上最大的冷源)的研究。以后需要進(jìn)一步用新技術(shù)、新方法,進(jìn)行常年觀測(cè)。
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