冰滑痕形成过程示意图

hjh2004 2022-02-25

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据冰滑痕的形体及其展布特征，推测乌伦古湖滨岸冰滑痕的形成经历了如下几个阶段(图6):

(1)湖冰破裂阶段(图6a)

乌伦古湖地处中国最西北端，每年有6个月日平均最低温度在0℃以下，12月份到次年2月份3个月的日均最低温度更是达到-20℃以下，湖面冬季冻结，在浅水区，湖水连同周边的芦苇等植物茎秆一起冻结在一起，部分浅层沉积物也被冻结在一起，在深水区，湖泊难以将湖水整体冻结，形成干净的冰盖。到春季气温上升，湖冰开裂，形成大小不同的浮冰，受风和湖泊表层湖流的作用在湖面上漂移，近岸处的冰块带动被冻结的植物茎秆甚至连同植物根系和泥土以及底层沉积物一起随冰漂移。

(2)浮冰运动开始接触湖底(图6b)

漂浮在湖面上的冰块在水平方向除了受到相互的碰撞作用力和湖水的运动阻力外，主要受到三个方面力的作用(图7)。一是风的推动力，风是推动浮冰向湖泊边缘运动的重要动力。湖冰破裂后冰块的一部分高出水面，接受湖面风的直接推动，一些冰块在漂移的过程中会相互叠置，形成冰筏，冰筏的高度远远高出水面，其所受风的推力也急剧增加。乌伦古湖冬春季节风力强劲，湖面向岸风推动冰块向岸漂移;第二是风生流，受向岸风的作用，湖浪不断向岸传播，在湖泊表层形成向岸风生流(Allen，1982)，表层风生流拖曳冰块向岸运动;第三是沿岸流，由于湖岸线的形态和底形的影响，风向和风生流的方向与湖岸线的延伸方向变化多端，在滨浅湖区形成沿岸流，沿岸流带动冰块沿湖岸漂移。三种力的大小和方向控制了冰块向岸漂移的方向，也控制了后期冰滑痕展布方向。当风力和风生流较强而沿岸流较弱时冰块垂直于岸线前进，当沿岸流远远强与风力和风生流时冰块沿着湖岸线边缘漂移，当向岸风力和风生流与沿岸流都比较强劲时冰块沿着合力的方向斜交湖岸线漂移;当三方面的力都不够强劲时，岸线附近难以有冰块的大量堆积和强烈活动。在这些力的作用下，湖冰不断向岸逼近，直到冰块底部触及湖底。

(3)水下冰滑痕形成阶段(图6c)

冰块底部触及湖底之后在水平方向除了受到上述力的作用之外，来自于湖底表层沉积物的摩擦阻力成为影响冰块前进的主要因素。但是，由于湖冰在运动中存在较强的惯性，借助惯性作用，风力、风生流和沿岸流的拖曳力克服湖底的摩擦阻力继续将冰块向岸推动，同时侵蚀湖底沉积物在水下形成冰滑痕(图5d)。近岸冰筏和浮冰侵蚀古今海底和湖底形成的沉积构造和地层形变已经有大量的报道，这些现象与乌伦古湖的水下冰滑痕在规模和形态上都有较大的差异，但却是在相似的沉积过程中形成的。在这一阶段，浮冰在水平方向所受到的推力包括惯性力、风力、风生流和沿岸流的拖曳力，受到的阻力包括湖底和湖水的摩擦阻力，前者为主要阻力。浮冰在垂向所得到的浮力由于其逐步逼近岸线，冰块露出水面部分不断增加而逐渐减弱，直至到达湖岸线后浮冰出水浮力消失。

(4)陆上冰滑痕形成阶段(图6d)

经过水中滑行阶段，浮冰滑行到岸线附近时，其所受湖流的推动力不断减弱，而同时湖底的阻力急剧增强，在垂向上，浮冰受到的浮力迅速削弱，浮冰自身的动能消耗殆尽。缺少能量的一部分浮冰在湖岸线附近停止运动直至消融;部分浮冰被后续冰块推动上岸;一些后到的冰块在已经终止运动的冰块上继续滑动一段距离;一些冰块叠置在前期到达湖岸的冰块上，如此叠置堆积成滨岸冰坝。但是，有一部分动量较强的冰块仍然能够依靠惯性力仰冲到陆上继续在陆上滑动一段距离，直至动能耗尽而停止运动，冰块在陆上滑动的过程中侵蚀湖滩上疏松的沉积物，在其经过的地带形成冰滑痕(图6d)，部分沉积物被推覆在冰块之上。冰滑痕的形态和规模受湖面风力、湖冰的厚度、湖冰的动能、冰块的大小、冰块底部的光滑程度、湖岸的地形和坡度、湖滩沉积物的粒度和成分构成，湖冰前进方向与湖岸延伸方向的角度等多种因素的综合影响。风力越强越容易形成冰滑痕;湖冰越厚越有可能集聚强大的能量;冰块的动能越大则滑行的越远、形成的冰滑痕越长;冰块越大越有可能形成较强的能量;冰块底部越光滑则冰块在沉积物表面滑行的越远;湖岸地形越平坦则越有利于冰块仰冲，地形越陡越不利于湖冰上岸滑行;湖滩沉积物越光滑越坚硬越有利于冰块的滑行，湖滩沉积物疏松易变形则对冰块运动的阻力越大，冰块前进方向与湖岸延伸方向的夹角小有利于湖冰上岸滑行。在这些因素中，湖冰自身的能量和湖滩地形是影响冰滑痕形成的主要因素。

(5)冰融阶段(图6e)

冰块仰冲上岸之后，随着气温升高逐渐融化，最终在湖滩上遗留下冰滑痕及其伴生沉积构造。在融化的过程中，冰块不断破裂形成小冰块。覆盖在冰块上的沉积物沿断裂和冰块边缘滚落到滩面形成冰融沙脊;有些从一些细小的冰融孔坠落形成冰融沙锥;冰融水滴在冰块下形成滴水坑;冰块融化后遗留由沙脊组成的冰融痕，在冰融痕中间散布杂乱的植物根絮;小型冰块在冰滑痕上滑过形成次级滑痕。水下的冰滑痕形成之后将受到湖泊水动力的改造，陆上的冰滑痕受风和雨雪的改造逐步失去最初显著的外形。冰滑痕接受水下和水上环境的改造，期其原始形态开始改变，第二年形成新的冰滑痕。加积作用导致冰滑痕持续的被上覆沉积物掩埋从而形成地层记录。