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冰川学

发布人:admin   发布时间:2019-08-13   作者:   资料来源:

     (1)冰川学的内容
      冰川学的外文原意为冰学。冰川学有狭义与广义之分。自从冰川作为一门科学研究以来,主要研究对象是冰川和冰盖。因此,狭义冰川学,就是研究冰川和冰盖的科学。从十八世纪发端的冰川学是狭义的冰川学,研究的主要对象局限于高山冰川和岛屿冰川,以及地球发展史的冰期问题。后来,随着冰川学研究的不断发展,科学家发现,自然界各种形态的冰体的物理性质、化学性质和物质组成比较相似,冰体同大气圈、水圈和地壳之间的相互作用,也具有共同的基本条件。因此,到了二十世纪,冰川学研究的范围也就相应扩大,除研究冰川、冰盖的形成、特征、变化和作用过程外,还研究地表积雪、雪崩、风吹雪、季节结冰、海冰、河冰、湖冰、地下冰等一切冰体。这就是广义冰川学。
      现代冰川学研究的内容包括三部分:冰川物理、冰川水文与冰川气候、冰川地质与冰川地貌。
      冰川物理,又称物理冰川学,主要研究雪的变质过程、成冰作用、冰晶的成长、成冰过程与成冰带的划分、冰体内部结构、冰内杂质与微量元素的分析等十多个部门。在冰川物理的研究中,吸收应用不少新技术,为更深更细地揭示冰川的各种物理性质,发挥了重大作用。近年来冰川地球化学也在迅速发展。
      冰川水文与冰川气候,又称水文气候冰川学,主要研究冰雪与大气圈、水圈的相互作用,冰体与大气间的热、水交换,冰川的物质平衡,冰川的进退变化,冰雪的消融过程与水量平衡,冰川突发性洪水,冰川泥石流等。雪崩和风吹雪的观测与防治,也属于冰川水文与冰川气候的研究领域。
      冰川地质与冰川地貌,又称地质地貌冰川学,主要研究冰雪与地壳间的相互作用,冰川的侵蚀与堆积过程,冰缘过程与冰缘景观,第四纪、晚新生代及其他地质时期的冰川作用。
      现代冰川学的研究与发展,已经摆脱了二十世纪初期以前那种仅限于地理旅行和探险的阶段。如果说,早期冰川学的研究纯属地理学范畴的话,那么,当今的冰川学研究,已迈进以物理学为基础的地球物理学科的方向。由于许多现代学科的渗透和引进,现代冰川学研究的内容,迅速地扩大和丰富,出现了不少介于几种学科之间的综合性边缘学科。
      自从本世纪四十年代世界新技术革命开展以来,一系列观测和实验新技术被吸收引进冰川学各研究领域。如遥感应用、微波测距、雷达测厚、冰芯分析、深海钻探、低温模拟等新技术,它们一旦与各有关研究学科相结合,便迅速有效地解决了不少理论与实际方面的问题,在很大程度上促进了冰川学的研究更上一层楼,迅速向纵深发展。
     (2)冰川学发展简史
      冰川学是一门国际性很强的学科,现代冰川学的发祥地欧洲阿尔卑斯山,在历史上很早就是吸引人的旅游胜地。十八世纪中叶,人们在阿尔卑斯山的旅行和探险中,就有关于冰川现象的记述。从十八世纪中期到十九世纪三十年代,是冰川学发展的萌芽阶段。这个时期主要是通过旅行游记,对冰川现象的描述。如1779年索休尔发表的《阿尔卑斯山游记》首次记述了冰川漂砾等现象。十八世纪末,包第埃首次提出了冰川具有粘塑性流动的见解。著名的进化论创始人达尔文等也发表了一些有关冰川现象的看法。
      从十九世纪三十年代到六十年代,是冰川学发展的第二阶段。在这个时期内,学术界围绕着冰川流动性质,和漂砾是否冰川遗迹等学说,展开了激烈的争论,并出现了几种不同观点的学派,如洪泛论、冰筏论、冰川论等。
      冰川学发展的第三阶段,是从十九世纪六十年代到十九世纪末。这个时期的特点是:科学家们进行了大量的野外考察和测量工作,积累了不少资料,并相应地建立了一些专门的学术研究机构。冰川学家在这个时期研究的一个主要课题,是冰川的运动机制和性质。
      冰川学发展的第四阶段,是从本世纪初到本世纪中叶。这个时期的主要特点是:科学家们开始广泛地开展对极地大陆冰盖的考察工作,以及建立了山地冰川作用的冰期系列。1913年,库克和魏格纲实现了世界首次横穿格陵兰大冰盖的壮举。十多年后,魏格纳又率领考察队,在格陵兰冰盖作越冬考察,取得了冰盖研究的一系列早期成果。在对高山冰川的研究中,这个时期的科学家也取得了累累硕果,如巨著《冰期之阿尔卑斯山》问世,首次提出了第四纪冰期的划分;首次发现冰川运动波的传递现象;首次使用摄影测量方法绘制冰川图;首次用热钻钻穿200米厚的冰川,等等。这些研究成果和新技术的应用,大大推进了冰川学的发展。
      从本世纪中叶到现在,冰川学的发展进入了第五阶段,在这个最新发展的阶段里,世界各国加强对南极大陆的综合科学考察研究,是一个显著的特点。许多国家纷纷到南极建立科学站。我国也于八十年代先后在南极建立了长城站和中山站,进行包括冰川研究在内的多学科考察研究工作。国际合作联合考察南极大陆的工作,在这个时期内有了新的发展。1989年至1990年,一支由中国、法国、美国、前苏联、英国和日本6国的冰川学家组成的国际徒步横穿南极科学考察队取得的成功,是这个时期内冰川学发展的重大事件之一。为了协调各国对南极大陆的综合考察工作,在国际上还成立了“南极研究科学委员会”等机构。在这个阶段里,深海钻探和深海沉积的研究,获得了突出的进展,在第四纪冰期划分的理论上有所创新,对冰川学的发展起了推动作用。
     (3)中国冰川学的发展
      在我国古代文献中,很早就有关于冰雪的记载。古籍《诗经》中称“二之日冰冲冲,三之日纳于凌阴”。记述的是西周时代(公元前十一世纪至公元前771年)农奴们每冬腊月打冰,翌年正月储冰于冰窖,以备夏天使用的情景。这是我国有关记载冰的最早文献。我国西部的冰川,因在偏避地区的冰峰雪岭之中,人迹罕至,很少为旅行家所记述。
      公元七世纪,我国唐代著名高僧玄奘师徒西域取经,才有对冰川的较详细的记述。他们师徒数人从长安往西,途径天山西段的汗腾格里山汇,北上经过东侧的木扎尔特冰川谷道(图6)。这是新疆南北之间横越天山的交通要道,也是当时我国内地到中亚细亚地区去的唯一捷径。这条谷道必须经过崎岖陡滑的冰川,穿越许多奔腾咆哮的冰川融水急流,十分艰险。玄奘的徒弟辩机辑录的《大唐西域记》中称:“山谷积雪,春夏含冻,虽时消泮,寻处长结冰。沿途险阻,寒风惨烈”。另一位徒弟慧立所著《大慈恩寺三藏法师传》中,更有生动的描述:“其山险削,峻极于天,自开辟以来,冰雪所聚,积而为凌,春夏不解,凝冱汗漫,与天连属,仰之皑然,莫睹其际,其凌峰摧属,横路侧者,或高数百尺,或广数百丈,由是溪径崎岖,登涉艰阻,加以风雪杂飞,虽被履重裘,不免寒战,将欲眼食,复无燥处可停,唯知悬釜而炊,席冰而寝,七日之后,方始出山,徒侣之中,馁冻死者,十有三四,牛马逾甚。”此后,另一旅行家杜环在所著《经行记》中,对木扎尔特冰川谷道的积雪区更有专门的描写:“度雪海,海在山中,春夏常雨雪,故称雪海,中有细道,道旁往往有冰,嵌孔万仞,转坠者莫知所在。”到清代时,人们对冰川运动造成的冰裂缝,冰川搬运携带的堆积物等,都有了进一步的认识。如1759年椿园所著《回疆风士记》中称:“冰山皆石块,石子小者如掌,大者如尾如

楼,唯经尺冰柱支撑而立。” “裂隙如下视,不见其底,水流之声澎湃如雷鸣,人聚驼马列之风横布其上,乃可置足。”1816年,徐松在所著《西域水道记》中称:“冰中时函马骨,又函巨石如屋,及其融时,冰细若臂,衔石于颠,柱折则摧。”“冰海拆裂,宽或近尺,塞马骨作桥。”上面所引用的文字中,多处提及大量驼马之骨,表明历史上这条冰川谷道交通之频繁。徐松还对木扎尔特冰川末端的冰川融水作了切实的记述:“岭下洪流喷江,劂声殷雷,色如米汁,谚曰:白龙口。”其中所说的“色如米汁”,是由于冰川在运动中中蚀大理岩或石灰岩基岩,使冰川融水中含有大量白色粉末所致。在欧洲,这种白色冰川融水称为“冰川乳”。维吾尔语中的“阿克苏”(白水),即指此种冰川融水。
     上述古代文献中对冰川的零散记述,尚属文人学士的旅行记述,还谈不上对冰川的研究与观测。十九世纪末至本世纪初,有少数外国学者对我国西北和西南一些山区的冰川进行了观察和研究。如麦茨巴赫对天山冰川的观察,斯文赫定对西藏和东帕米尔的考察,魏斯曼对我国西部冰川的综述以及冰川与雪线关系的全面论述等。到本世纪二十年代,我国少数学者才注意到冰川研究。例如,竺可桢先生在二十年代初编著的《地学通论》中,有专章论述冰川,李四光先生研究中国东部第四纪冰川问题,黄汲清先生对新疆天山南麓第四纪冰川进行考察等。但总的说来,未能建立系统的现代冰川学。
     1989年新中国成立后,在中国共产党的领导下,我们的科学工作条件有了根本性的改善。从此,中国冰川学才能由萌芽、发展而成长。特别是改革开放后,中国冰川学迅速发展更显示出广阔美好的前景。中国冰川学三十多年的发展道路,大致可能分为四个阶段。
     ①草创阶段(19581961年)    建国初期,我国的登山运动蓬勃开展,这对我国的冰川考察研究起了很好的促进作用。我国一些年轻的科研工作者参加登山队,登到一定高度,对冰川等进行了一些考察和研究。
     比较系统深入的冰川考察与研究,始于1958年。从这一年开始到1961年中国冰川学草创阶段的重要事件是:在中国科学院的领导下,组成了中国第一个高山冰川考察队,对祁连山和天山冰川进行了考察研究。目的是初步查明冰川资源,人工融冰化雪增加干旱区灌溉水量。参加考察队的人员大多数是大学刚毕业和待毕业的青年人,热情和干劲很高,但有关冰川的专业知识不足。经过大家团结一致的艰苦努力,取得了初战胜利,编著出版了中国第一部冰川专著《祁连山现代冰川考察报告》。1959年,我国冰川工作者在祁连山区多点进行的人工融冰化雪试验,以及在天山地区进行的冰川考察,都取得了相当的进展。1960年至1961年,国内经济转入困难时期,冰川研究工作的规模也相应缩小,但所有冰川研究人员基本上都能克服困难,坚持下来,使刚刚孕育的冰川事业未致中断。
     ②巩固提高阶段(19621965年)    在党中央“调整、巩固、充实、提高”方针和科学技术政策的指导下,1962年,中国冰川研究人员组成了一支小规模的专业研究队伍,集中力量于天山乌鲁木齐河源1号冰川及其下游,进行冰川与水文研究,着重物理冰川方面的内容,兼及冰川地貌、测图、地表水与地下水转化等项目。获得不少研究成果,汇集成一部专著《天山乌鲁木齐河冰川与水文研究》,于1965年出版。1964年,我国冰川研究工作者还对希夏邦马峰(喜马拉雅山)的冰川进行了考察研究,使我们对低纬度极高山区的冰川特征,有了较明确的认识,并对后来的大规模珠穆朗玛峰科学考察,起了先导作用。同一年,我和谢自楚同志发表了《中国现代冰川的基本特征》,首次总结了对中国冰川的认识。其中,我们提出的大陆型冰川和海洋型冰川划分法,现已为科学界所广泛应用。在这个巩固提高阶段中,我们通过各种途径,培养了一批青年冰川工作者,把中国冰川学的水平提高了一步。
     ③停滞与复苏阶段(1966977年)    “十年动乱”的开头数年中,中国冰川研究受到了严重冲击。除了珠穆朗玛峰科学考察和天山公路雪害防治这两项工作外,其余的冰川研究完全停止。一部分冰川研究工作者,包括我在内,被迫停止了学术研究等一切工作。1972年以后,情况开始有所好转,中国的科学事业逐步走向正轨,冰川研究工作也开始复苏。在此后的数年中,重点进行了如下几项工作:着力进行珠峰科学考察的总结工作,将考察研究成果汇总编辑成《珠穆朗玛峰地区科学考察报告(19661968)》系列丛书中的三本专著:《现代冰川与地貌》、《气象与太阳辐》、《第四纪地质》,均于1975年出版。此外,还出版了《1 :5000珠穆朗玛峰地区图》,这张地图是用地面立体摄影测量成图的,科学界认为达到了国际先进水平。中国冰川研究工作者奉命到巴基斯坦对巴托拉冰川进行了两年的考察研究,成功地解决了中巴公路被冰川洪水破坏后的修复选线问题。在这项工作的过程中,使一批青年冰川工作者得到了锻炼和培养。考察结束后,参加考察的冰川学者撰写了专著《喀喇昆仑山巴托拉冰川考察与研究》,于1980年出版,这本著作在冰川研究的理论与实践上都有较大的提高。此外,从1973年起,恢复了对西藏地区的综合考察。对祁连山冰川变化的考察也得到了恢复。在对天山公路的雪害防治研究方面,冰川研究工作者完成了设计和部分施工方案,为今后的雪崩和风吹雪灾害的防治研究,建立了初步基础。
     ④稳定发展新时期(1978现在)    在党中央改革开放方针指引下,十多年来,我国冰川研究工作全面开展,冰川学水平不断提高。在冰川考察、国际交流合作、新技术引进研制、天山站扩大、南极考察等方面,成就尤为突出。
     在这一新时期中的冰川考察工作,以更大的规模和更快的速度开展起来。从1978年到1987年的不满十年内,重要的冰川考察活动,至少进行了13次,取得了不少科研成果。这些考察活动中,有几次是同外国冰川学者联合进行的。例如,1982年,中国冰川研究工作者和日本冰川学者联合考察了天山博格达峰北坡山区。1987年,还同加拿大、尼泊尔科学家联合考察了西藏朋曲和波曲河流域冰湖溃决洪水区等等。
     在这个新时期中,“走出去,请进来”的国际交流合作得到了明显的加强。我们除邀请外国学者来华共同考察研究外,中国学者也常出国考察研究,每年都有数起。比较重要的出访有:自从1987年起,每年都应邀派人参加澳大利亚南极凯西站的冰川考察研究;参加与瑞士联邦高等技术学校合作进行的冰川水文和气候研究;参加日本低温科学研究所进行的多晶冰反复再结晶实验研究;参加美国寒区研究和工作实验所的冰力学研究等。同时,我国冰川学者还应邀参加一些国际学术会议,吸收外国先进经验和理论,开扩视野,向外国冰川学界介绍中国冰川研究的进展和成就,使国外同行更好地了解中国,互相交流。
     中国冰川研究在野外考察和室内观测实验的新技术吸收、引进和自力研制方面,在这新时期中有明显的进展。考察实验的技术手段和三十多年前的因陋就简情况相比,已不可同日而语。目前使用的先进仪器,如测厚雷达、热力钻、蒸汽钻、自动记录数据采集仪、自动记录遥测仪等,在考察工作中发挥了很大的作用。用于室内研究的低温实验技术,也有相当规模。
     从1980年起,天山冰川站在停测十多年后又恢复了工作。最近十多年来,这个站的工作范围日益扩大,工作条件也有明显改善,实行对外开放,逐步成为冰川、积雪、气候、冻土等综合性研究和培养人才的基础。它还具有新仪器研制和进行国际交流等多方面的功能,在中国冰川学水平的提高方面,发挥了重要作用。
     近年来国际上越来越重视的南极考察,为我国冰川研究开辟了新的领域。八十年代初,我国就开始派出学者参加别国在南极的冰川考察研究,还承担了澳大利亚提供的南极冰芯的分析研究工作。1984年,我国在南极乔治王岛建立了长城站。这是炎黄子孙有史以来第一次在远离祖国万里之遥的地方建立科学考察基地。从此,我们每年都派冰川学者前往南极基地进行越冬观测。1986年,我们在兰州举行了第一次中国南极冰川学学术会议,交流总结我国学者对南极科学考察研究成果。提交会议的学术论文被汇编成《南极科学考察论文集?冰川学研究》,于1988年出版。我国于1988年在南极大陆建立了第二座科学站中山站,进一步扩大、加深、提高我国对南极的各项科学考察研究工作,其中冰川学的研究是重要内容之一。
     1989年,我国派中年冰川学家秦大河,同美国、英国、法国、日本和当时的苏联的学者组成六人国际考察探险队,胜利完成了徒步横穿南极大冰盖的壮举。举世公认,这次历时220天、行程6300公里的科学探险考察,是人类在本世纪内,继登上地球之颠的珠穆朗玛峰和飞上月球之后,在征服自然的壮举中的又一次重大胜利。秦大河为中华民族赢得了荣誉,长了中国人的志气。同时,他在艰难困苦、险象环生的探险途中,还以锲而不舍的坚强意志,搜集了在南极洲从未收集到的科学资料,为冰川学的发展作出了杰出的贡献。
     此外,在这个新时期中,我国广大冰川研究工作者还在冰雪地球化学研究、冰川编目、海冰河冰研究、季节性积雪研究等方面,都取得了很多重大成果。科研成果的出版数量剧增,学术论文的出版,在不到十年的时间内增加了三倍多。
     上述多方面的成就,表明中国冰川研究在这个新时期中正以前所未有的深度和广度进行着。中国科学院兰州冰川冻土研究所和天山冰川站,已经成为驰名世界的中国冰川学研究中心和中纬度山区的冰川观测试验站。中国冰川学研究的一些重大成果,已在世界冰川学研究中占有相当的地位。
     但是,从整体来说,中国冰川学的发展水平、人员素质、仪器设备和工作效率等方面,与世界先进国家相比,还显得薄弱和落后,成熟的冰川学家还很少。这些方面有待进一步努力改进。

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