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【专业复习】冰川与地下水的地理专业解读

 hjh2004 2022-01-04
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(一)冰川

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冰川是由固态降水积累演化而成的,在自身重力作用下能沿着一定的地形向下滑动的天然冰体。冰川以冰为主体,包含一定数量的气体、液体物质和岩屑。冰川是陆地上重要的水体之一,是自然界中最宝贵的淡水资源。

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措嘉冰川:蓝水晶的冰河世界

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成冰作用

成冰作用是指由积雪转化为粒雪,再经过变质作用形成冰川冰的过程。冰川冰是一种浅蓝而透明,具有塑性的多晶冰体。雪线以上的雪如果不变成冰川冰,就还是永久积雪,不是冰川。

相关知识:雪线

雪线,常年积雪带的下界,即年降雪量与年消融量相等的平衡线。雪线以上年降雪量大于年消融量,降雪逐年加积,形成常年积雪(或称万年积雪),进而变成粒雪和冰川冰,发育冰川。雪线是一种气候标志线。其分布高度主要决定于气温、降水量和坡度等条件。一般来讲,气温越高,雪线越高(融化多);降水越多,雪线越低(降雪多);坡度越大,雪线越低(在重力作用下,积雪下滑)。

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中国西藏-卡若拉冰川

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冰川类型

现代冰川规模大小不一,相差悬殊,形态各异,生成时代不尽相同,冰川性质和地质地貌也各有千秋。因此,根据冰川的不同标志可以划分出不同的冰川类型。

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按形态、规模、运动特点等划分



按照冰川的形态、规模、运动特点以及所处地形条件可以将冰川划分为大陆冰州山岳冰川。这种分类工作室以前推送过有关文章:《地理概念丨冰川的类型》,点击链接可查看。

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瑞士-阿莱奇冰川

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按物理性质划分



根据冰川的物理性质,可将冰川划分为海洋性冰川大陆性冰川

(1)海洋性冰川  海洋性冰川又称暖冰川或温冰川,是发育在降水充沛的海洋性气候区的冰川。由于这些地区雪线附近年降水量在1000mmn以上,冰川的补给量大,增长迅速,运动速度也很快。冰川的温度高,接近0℃或压力融点,消融量也大,因而冰川的进退变化幅度很大,冰蚀作用明显。我国西藏东南部喜马拉雅山脉东段、念青唐古拉山中东段和整个横断山系就是海洋性冰川。

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中国云南、西藏-梅里雪山冰川(属于海洋型冰川)

(2)大陆性冰川  大陆性冰川又称冷冰川,是发育在干冷的大陆性气候地区的冰川。由于这些地区降水量少,雪线附近年降水量在1000m以下,冰川补给量少,又由于冰川处于较低的温度,雪线附近年平均气温低于-8℃,冰川消融量也小。冰川运动缓慢,冰川作用也弱。雪线较海洋性冰川高。我国西部许多冰川属大陆性冰川。

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中国新疆-天山一号冰川(属于亚大陆型冰川)

除了以上的分类之外,还有多种分类方法,如根据冰川的动力活动性可以将冰川划分为积极冰川、消极冰川和死冰川。

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阿根廷—贝利托莫雷诺冰川

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冰川作用

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侵蚀作用



冰川有很强的侵蚀力,大部分为机械的侵蚀作用,其侵蚀方式可分为几种:

(1)拔蚀作用:当冰床底部或冰斗后背的基岩,因反复冻融而松动,若这些松动的岩石和冰川冻结在一起,则当冰川运动时就把岩块拔起带走,这称为拔蚀作用。经拔蚀作用后的冰川河谷其坡度曲线是崎岖不平的,形成了梯形的坡度剖面曲线。

(2)磨蚀作用:当冰川运动时,冻结在冰川或冰层底部的岩石碎片,因受上面冰川的压力,对冰川底床进行磨蚀,称为磨蚀作用。磨蚀作用可在基岩上形成带有擦痕的磨光面,而擦痕或刻槽是冰川作用的一种良好证据,其方向可以用来指示冰川行进的方向。

(3)冰楔作用:在岩石裂缝内所含的冰融水,经反复冻融作用,体积时涨时缩,而造成岩层破碎,成为碎块,或从两侧山坡坠落到冰川中向前移动。

(4)其他:当融冰之水进入河流,其常夹有大体积之冰块,会产生强大撞击力破坏下游的两岸岩石。

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珠穆朗玛峰(冰川侵蚀形成角峰、刃脊等)

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搬运作用



由于冰川的侵蚀作用所产生的大量松散岩屑和从山坡崩落得碎屑,会进入冰川系统,随冰川一起运动,称为冰川的搬运作用。

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堆积作用



冰川携带的砂石,常沿途抛出,故在冰川消融以后,不同形式搬运的物质,堆积下来便形成相应的各种冰碛物。如冰碛丘陵、终碛堤等。

冰川作用形成的地貌类型多样,详见学习战疫系列十三:冰川地貌。

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冰川消退

由于全球气候逐渐变暖,世界各地冰川的面积和体积都有明显的减少,有些甚至消失。这种现象在低和中纬度的地方尤其显著。

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1921年拍摄的西藏绒布冰川

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2007年绒布冰川已经后退

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秘鲁-库里卡里斯冰川(左1978年,右2011年)

在秘鲁利马地区,20世纪末开始冰川正以每年30米的速度消融,而在1990年以前,消融速度每年只有3米。科学家预计,到2050年,全球大约1/4以上冰川将消失。到2100年可能达到50%,那时,可能只有在阿拉斯加、巴塔哥尼亚高原、喜马拉雅山和中亚山地还会有一些较大的冰川分布区。

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青高原冰川持续融化消退

正在加速消融的冰川严峻态势,必将带来严重的后果:海平面上升、生态环境遭到破坏、全球气候改变明显、局部地区出现淡水危机并引发社会冲突……

所以,我们人类是不是应该做点什么?

(二)地下水

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地下水是以不同形式蓄存于地表以下岩石中的水的统称,是地球水体的一部分。地下水主要来源于大气降水和地表水的下渗,其运动是自然界水循环的重要环节,在自然地理环境的形成与演化过程中起着重要作用。地下水作为水资源的重要组成部分,与人类社会的发展有着密切关系。

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济南·趵突泉(图源:百度图片)

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含水介质

含有地下水的岩石称为地下水的含水介质,地下水的赋存空间是岩石的空隙。岩石存在有空隙是岩石具有赋存地下水性能的基本条件。

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含水层和隔水层

在重力作用下,能够透过并给出相当数量水的岩层称为含水层,最为常见的含水层有砂岩、砂砾岩等,一些石灰岩、破碎程度较高的火山岩和结晶岩也可构成含水层。

虽然含水但几乎不透水或者透水性很弱的岩层称为隔水层,最为常见的隔水层有黏土、页岩等,一些质地致密的岩浆岩和变质岩也可构成隔水层。

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含水层与隔水层示意图(制图:岳鹏程)

含水层与隔水层的划分是相对的,两者之间没有严格的界定标准,在一定条件下可以互相转化。岩性、渗透性完全相同的岩层,在地下水相对丰富的地区可能被当做含水层,而在地下水相对缺乏的地区则可能被当做隔水层。一般认为,渗透系数小于0.01m/d的岩石属于隔水层,大于或等于此值的岩石属于含水层。

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地下水的类型

地下水的分类方法有很多种,例如:

按照成因可将地下水分为入渗水、凝结水、沉积水、原生水和再生水。

按照力学性质地下水可分为结合水、毛管水和重力水。

按照贮存空间的性质可分为孔隙水、裂隙水和喀斯特水(岩溶水)。

应用最为广泛的是按照地下水的贮存和埋藏条件进行的分类。这种分类主要包括一下三类:

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包气带水


地表以下一定深度上,岩石的空隙被重力水所充满,形成地下水面。地下水面以上的岩层被称为包气带,以下的岩层被称为饱水带。包气带中所包含的各种形式的水称为包气带水。主要有毛管水、土壤水、上层滞水、沼泽水等。

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包气带与饱水带示意图(制图:岳鹏程)

包气带水易受外部环境的影响,尤其是大气降水、气温等因素的影响。多雨季节,雨水大量入渗,包气带含水率显著增加;雨后,浅层的包气带水以蒸发和植物的蒸腾形式向大气圈排泄,而一定深度以下的包气带水则继续向下渗补给饱水带。干旱季节,土壤蒸发强烈,包气带含水量迅速减少,包气带含水量呈现强烈的季节性变化。谭老师地理工作室综合整理

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潜水


潜水是指饱水带中第一个稳定隔水层以上具有自由表面的重力水。潜水主要来源于大气降水和地表水的入渗,主要分布于松散岩石的孔隙及坚硬岩石的裂隙和溶洞之中,没有隔水顶板或只有局部的隔水顶板。

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潜水井:传统的水井(图源:百度图片)

潜水的表面为自由表面,称作潜水面;从潜水面到隔水底板的距离为潜水含水层的厚度;潜水面到地面的距离为潜水埋藏深度。潜水含水层厚度与潜水埋藏深度随潜水面的升降而发生相应的变化。

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潜水示意图(制图:岳鹏程)



相关知识:潜水与地表水的关系

潜水与地表水之间存在密切的相互补给与排泄关系。在靠近江河、湖库等地表水体的地区,潜水常以潜水流的形式向这些水体汇集,成为地表径流的重要补给水源。特别在枯水季节,降水稀少,许多河流依靠潜水补给。但在洪水期,江河水位高于潜水水位时,河水向两岸松散沉积物中渗透,补给潜水。汛期一过,江河水位低落,贮存在河床两岸的地下水重又回归河流。

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潜水与河水的相互补给示意图(制图:范国雄)


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承压水



充满于两个稳定隔水层之间的含水层中具有承压水头的地下水称为承压水。承压含水层上部的隔水层称为隔水顶板,下部的隔水层称作隔水底板,隔水顶板底面与底板顶面之间的垂直距离称为承压含水层的厚度。

当钻孔揭穿含水层顶板时,即可在钻孔中顶板底面见到水面,该水面的高程称为初见水位。受到静水压力的作用,钻孔中的初见水位会不断上升,直至升到水柱重力与静水压力相平衡,水位才会趋于稳定,此时的静止水位称为承压水位。顶板底面高程与承压水位之间的距离称为压力水头或承压高度。承压水位高于地面高程时称为正水头,低于地面高程时称负水头。具有正水头的承压水可自溢流出地表,称为自流水或全自流水;具有负水头的承压水只能上升到地面以下某一高度,称为半自流水。有时承压含水层因压力小而未被水完全充盈,含水层中的水不具有压力水头而存在自由水面,这种地下水称为无压层间水,是潜水和承压水的过渡形式。

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潜水示意图(制图:岳鹏程)

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自流井(图源:百度图片)

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声明:文章部分内容摘自《水文学》(管华主编)和百度百科

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