本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
在我的第一篇常規文章中，我想簡要介紹一下我最感興趣的領域之一（在地質學意義上）——冰緣帶及其最大和最具代表性的景觀特徵之一。
“冰緣”一詞由波蘭地質學家瓦萊裡·馮·洛津斯基在1910年和1911年提出，用於描述他在喀爾巴阡山脈南部戈爾加內山脈的砂岩中觀察到的特殊機械風化現象。在這裡，劇烈的晝夜和季節性溫度變化緩慢但不停地削弱岩石；冰在裂縫中形成並震碎巨石，最終，稜角分明的岩石碎屑堆積在平原、斜坡或懸崖底部。該術語旨在描述這種相（在地質學中，該術語指的是沉積物的特徵）的鬆散碎石，但很快被用來命名冰川和冰蓋佔據區域之外的區域，在那裡，寒冷乾燥的氣候、霜凍和冰（通常隱藏在地下）在景觀中形成特殊的特徵。
圖1. 高山景觀——以冰川和冰緣帶為特徵——在這種寒冷乾燥的環境中，碎屑主要由岩石的機械風化形成，並堆積在冰磧和懸崖的坡積物中。
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今天，近23%的陸地面積位於冰緣帶，包括極地地區的大片區域、格陵蘭島的海岸、北美和亞洲的苔原、斯堪的納維亞半島的部分地區、喜馬拉雅山脈的高地以及其他山脈，如喀斯喀特山脈、高加索山脈、阿爾卑斯山脈和比利牛斯山脈。
圖2. 北半球多年凍土分佈圖，修改自BROWN et al. 1998. 23%的陸地面積受多年凍土影響，在極地地區，多年凍土也可能在水下發現（點選放大）。
關於冰緣過程的首次觀察報告來自冒險進入西伯利亞苔原的探險家——在1685-86年，聖彼得堡科學院的一位代表在雅庫茨克的一次挖掘中發現了凍土和冰層位於未凍土之下。儘管當地人和探險家在俄羅斯其他地區和北美也進行了類似的觀察，但當局對在世界如此偏遠地區研究這些現象沒有進一步的興趣。
直到1838年，波羅的海德裔卡爾·恩斯特·馮·貝爾（1792-1876），這位在拉普蘭或俄羅斯新地島等寒冷地區有經驗的胚胎學家和探險家，說服科學院資助一次考察，研究西伯利亞地下溫度的奇怪行為。馮·貝爾準備了一份詳細的手稿，總結了關於西伯利亞地下冰的知識——《西伯利亞永恆土壤冰知識的材料》（1843年，Materials about the knowledge of the unfading soil-ice in Siberia）——並指示俄羅斯動物學家和探險家亞歷山大·馮·米登多夫（1815-1894）如何完成這項艱鉅的任務
“1. 收集這些材料的動機和目的。
公眾已經知道，科學院長期以來計劃進行一次科學考察，其主要目的之一將是比以往更精確地確定在雅庫茨克地下冰中鑽探的近400英尺深的井中土壤溫度的升高。
這次考察還將收集其他關於西伯利亞地下冰的記錄。”
1848年，為了測量地下溫度並瞭解冰層可以到達多深，馮·米登多夫使用了一口舊的116米深的井，這口井是在1828年至1837年間挖掘的，徒勞地試圖為雅庫茨克尋找地下水。
這是首次測量多年凍土中的溫度，馮·米登多夫認識到地下溫度取決於年平均溫度，只有最上層在冬季和夏季之間經歷較大的溫度變化。很快，多年凍土——溫度持續在0°C或以下的凍土或岩石——也被從北極圈的其他地區識別和描述出來。
令人驚訝的是，儘管條件與北極地區相似，但多年凍土在山區，尤其是在阿爾卑斯山脈中被發現得很晚。多年凍土上方的地表在夏季往往會解凍，冬季會被積雪覆蓋——因此，地下多年凍土不易被發現和觀察。直到1970年，在奧地利阿爾卑斯山脈2677米處進行建設工程時發現地下冰層仍然是一個驚喜。
然而，為了繪製多年凍土的分佈圖，地質學家可以依靠冰岩混合物的蠕動形成的特殊景觀特徵——岩石冰川。岩石冰川是高山環境冰緣帶的常見要素，其數量遠遠超過“常規”冰川的數量。
圖3. 奧茨塔爾阿爾卑斯山脈中舌狀岩石冰川的景觀。岩石冰川是內部含有大量冰的碎屑堆積物；由於重力拉力，冰會緩慢變形，導致可測量的蠕動運動和岩石冰川的典型形狀。存在兩種主要型別，在冰芯岩石冰川中，冰形成被碎屑覆蓋的中心核，在冰膠結岩石冰川中，冰填充巨石和碎屑之間的空隙。
然而，與早在古代就已記錄和觀察到的冰川不同，這些特徵被旅行者和研究人員忽視了。直到1883年，岩石冰川才首次從格陵蘭島被描述出來。美國人斯賓塞在科羅拉多州的聖胡安山脈繪製了它們的地圖，將其作為一種特殊的碎屑坡積物，卡普斯在阿拉斯加研究了它們，並在1910年引入了術語“岩石冰川”——他推測這些特徵是古老的冰川，被岩石碎屑掩埋。然而，其他研究表明，岩石冰川也出現在從未被冰川或冰蓋覆蓋的地區。儘管存在起源問題，但人們很快意識到，這些冰和碎屑的混合物會緩慢移動和流動，形成特徵性的舌狀到舌狀形狀——1910年，泰瑞爾引入了術語“冰流”，意思是“冰的流動”，但這個名稱沒有被其他研究人員採用。
在接下來的30年中，進展甚微——岩石冰川的分佈、年齡、起源和意義仍然知之甚少。只有隨著人們對冰緣帶的建設和工程問題的興趣增加（冷戰也蔓延到這些地區），研究才再次試圖解開圍繞岩石冰川的謎團。在過去十年中，岩石冰川的另一種重要意義變得顯而易見。
氣候變化可能對中緯度地區多年凍土的分佈產生重要影響，即使平均氣溫和地表溫度略有升高，也可能嚴重影響地下多年凍土。透過觀察岩石冰川對阿爾卑斯山脈和其他地區年平均氣溫升高的反應（蠕變變形速度、排放量），研究人員希望更好地理解和視覺化隱藏的地下冰的反應。冰川的強烈退縮是顯而易見的，但多年凍土被認為反應要慢得多，因為覆蓋的碎屑層具有絕緣作用。但對鑽孔中溫度剖面的觀察表明，由更表層冰融化產生的滲流水可以將熱量更快地“傳輸”到地下深處，這比之前理論上的速度要快得多。
圖4和圖5. 岩石冰川的前部和“熱喀斯特”——由冰芯融化和坍塌導致——岩石冰川位於南蒂羅爾多洛米蒂山的“霍厄蓋斯爾”。
參考書目
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