2024-02-10 14:02:57 | 来源: 互联网整理
廖永彦
广东海洋大学
电子邮件：
1 冰川及其分类
大气温度降低。 当极地或高山地区的气温降至0℃以下时，极地或高山就会形成冰川。 冰川一般可分为高山冰川和极地冰川。 高山冰川一般分布比较分散，面积和体积都比较小。
北极冰川集中在格陵兰岛，占全球冰川的9%。 包含世界90%冰川的南极冰盖位于南极洲，面积1.4×107 km2，重量约2.64×1019kg，平均厚度2450m，最大厚度4645m [秦大河，任嘉文，2001]。
极地冰盖可分为三种类型：两极均处于深海时形成的冰川（海洋深度大于冰川深度，冰川不能直接接触海底）-海洋冰川，两极都位于大陆时形成的冰川——双极冰川，一极是大陆、另一极是海洋时形成的冰川——单极冰川。
如果极地冰川形成在海洋中，由于海水的水平和垂直对流，下面的冰更容易融化。 这样，冰雪的堆积就不容易使冰川增厚，难以形成厚冰川。 如果极地冰川形成在陆地上，则陆地的导热性比水差，但其隔热能力却比水强，并且不存在对流。 这样就很容易造成冰雪的堆积使冰川变厚，很容易形成厚厚的冰川。 因此，如果两极都是陆地，就会形成双极冰川（如第四纪南极和北极冰川同时存在的时期）。 如果一极是陆地，另一极是海洋，就形成单极冰川（如现在的南极冰川）。 如果两极都是海洋，就不会形成厚厚的冰川。 直到大气温度足够冷，冰川边缘接触陆地，阻止海水对流，冰川逐渐变厚，才会形成厚厚的冰川。 这种冰川一旦形成，将是一座规模宏大的冰川（如元古代末期地球演化史上最大的冰川）。
2 冰川形成和融化对地球自转的影响
下面，我们以双极冰川为例，详细讲解冰川的形成和融化对地球自转的影响。
我们假设在冰川形成之前，地球处于平衡状态（见图1，a）。 当冰川形成时，海洋中的水逐渐向两极移动，使水圈变薄，而极地冰川则变得更厚、更大（见图1，ab）。 这样，以南北极为轴（地轴），地球的半径就缩短了。 由于地球自转轴与地球自转轴基本一致，这就导致以地球自转轴为轴的地球自转半径缩短。
图 1：冰川形成和融化对地球自转的影响（所有图都是穿过两极的横截面）。
A、冰川； B、北极； C，水圈； D、固体地球； E、南极洲。 a，冰川形成前地球处于平衡状态； b、两极有冰川形成，但平衡调整尚未开始； c、地球处于平衡状态； d、两极冰川融化，平衡调整尚未开始； e，冰川融化后地球恢复a的平衡状态。
由于冰川形成前后地球质量没有变化，因此冰川形成前后地球自转总动量应保持不变，即：
ΣP=Σv+Σω=C (1)
（ΣP，总动量；Σv，总线性动量；Σω，总角动量；C，常数）。
因为，对于地球上某个质点绕自转轴旋转，则：
ω=Δφ/Δt=2π/T=2πf (2)
v=Δs/Δt=2πr/T=2πrf (3)
v=ωr (4)
（ω，角速度；r，旋转半径；v，线速度）。 从式（4）可以看出，如果角速度保持不变，则某个质点绕旋转轴旋转的线速度与其旋转半径成正比。
因此，当海水从赤道或中纬度地区移动到两极形成冰川时，假设地球自转角速度不变，则线速度会随着其自转半径的缩短而减小（主要是由于水圈变薄造成的） ）。 这样，地球自转的总动量（Σv）也会减少。
因为ΣP=Σv+Σω=C，当Σv减小时，Σω必然增大。 随着Σω的增大，地球自转的角速度必然增大，即地球自转必然加速。
简单来说，当来自赤道或中纬度地区的海水移动到两极形成冰川时，整个地球的线动量减小，从而导致地球自转的角动量增大，使得地球自转加速。
冰川形成后，由于极地地壳加入大量冰川质量，会造成冰川区出现正重力异常（即负大地水准面异常）。 由于地球的均衡作用，冰川在冰川重力作用下会与冰川下的地壳一起下沉。 由于地球有软流圈，地球有固体潮汐，可以说地球具有一定的流动性。 软流圈之外是固体岩石圈。 因此，地球可以被认为是一个被固体岩石圈困住的流体球。 根据流体力学原理，液体不能被压缩。 因此，当冰川及其下方的岩石圈下沉时，将不可避免地导致地球膨胀（见图1，bc）。 如果形成单极冰川，单极冰川慢慢作用于地球的塑料球，会导致冰川所在半球的中纬度地区扩大，地球的中纬度地区扩大。对侧半球缩小。 如果形成双极冰川，双极冰川的挤压会导致赤道地区膨胀（水圈厚度不变，膨胀主要是由固体地球的膨胀引起）。 总之，无论是单极冰川还是双极冰川的形成，都会导致地球赤道和中纬度地区普遍扩张。 由于地球赤道和中纬度地区的扩张，地球自转半径增大，导致线动量增大。 这样，在保持总动量不变的情况下，角动量就会减小，即地球自转速度减慢。
当冰河时代结束时，大气温度上升，极地冰川融化。 大量极地冰雪融化流入赤道或中纬度海洋，会导致赤道和中纬度海洋上升。 随着海洋上升，水圈厚度增加，而固体地球却没有变化，导致地球半径增加（见图1，cd），线性动量增加。 相应地，地球自转的角动量就会减小，即地球自转速度会减慢。
冰川融化后，大量冰川质量会移出冰川区，导致冰川区出现负重力异常（即正大地水准面异常）。 由于地球的均衡作用，冰川融化后的地区会逐渐反弹（如现在的斯堪的纳维亚半岛和北美五大湖地区）[陶世龙等，1999； 史黛西，1992]。 由于冰川融化后地壳上升，地球这个被岩石圈困住的液球的体积会不断缩小，直至恢复到冰川形成前的平衡状态（见图1，de）。 由于尺寸缩小，地球自转半径会减小（主要是固体地球收缩造成的）。 这样，地球线动量的减少会导致地球角动量的增加，即地球自转会加速。
这样，地球经过冰河期和间冰期就形成了一个循环，地球的自转变化也经历了一个循环。 即：自冰川形成以来，冰川与冰川下方的地壳一起下降，以平衡沉降为起点，直至冰川融化后冰川区地壳开始回弹。 这段时间是地球赤道和中纬度地区。 不断膨胀（包括固体地球和水圈）和半径不断增大的过程。在此期间，地球自转持续减慢，称为地球自转减速期。
冰川融化后，冰川形成时冰川区地壳开始回弹，但由于均衡作用，冰川和冰下地壳尚未下降。 在此期间，地球赤道和中纬度地区不断缩小，半径不断缩短的过程。 在此期间，地球自转持续加速，称为地球自转加速期。
3 冰川形成和融化对地核自转的影响
在2900公里处，高速传播的地震横波突然消失，高速传播的纵波也突然减慢。 这表明内地幔是固体，外核是液体。 过渡层和核心再次出现横波，这表明过渡层和核心是固态的[Stevenson，2003]。 这样，地球就具有了地幔是固体、内核是固体、内核与地幔之间的外核是液体的结构。
自冰川形成以来，冰川和冰川下方的地壳一起下降，以平衡沉降为起点，直至冰川融化后，冰川区的地壳开始回弹。 由于地球赤道中纬度地区地幔外的体积不断膨胀（主要包括地幔、地壳和水圈），半径不断增大，地球自转减慢。 然而，地核和地幔之间有一个液体外核。 因此，当地幔的自转速度减慢时，地核（特别是固体地核）由于惯性的作用，仍然保持原来的自转速度。 这导致地核旋转得比地幔快。 地球自转减慢得越快，地核相对于地幔的加速速度就越快。
由于冰川融化，冰川形成时冰川区地壳就开始回弹，但冰川和冰下地壳尚未因均衡作用而下降。 地球赤道和中纬度地区的体积继续缩小（主要包括地幔）。 、地壳和水圈），半径不断缩小，地球自转不断加速。 根据与上述相同的原理，当地球自转速度加快时，由于惯性的作用，地核仍以原来的速度旋转。 这导致地核的旋转速度比地幔慢。 地球自转越快，地核相对地幔的减速速度就越快。
地球自转减慢或加速的时间越长，地核相对地幔旋转得更快或更慢的时间就越长。
地核相对地幔自转能够保持这样的加速或减速的时间，不仅与地球自转减慢或加速的时间有关，还与外核中液体的粘度有关。 当地球自转减慢或停止加速时，地核相对地幔的加速或减速不会立即停止，而是会持续一段时间。 这段时间的长短与外核中液体的粘度有关：液体外核的粘度相当强，甚至变成了固态。 此时维持的时间最短，时间为零。 也就是说，地核和地幔之间没有滞后。 地核与地幔之间不存在相对旋转运动； 液体外核的粘度很弱甚至没有粘度，维持时间将是无限的，即地核永远不会与地幔的速度一致； 在这两个极端中，液体外核的粘度越大，维持的时间越短； 粘度越小，保持时间越长。
无论外核液体的粘度如何，它总是具有一定的粘度。 在这种粘度的影响下，地核相对于地幔的自转速度变化总是会越来越小，最终的自转速度会与地幔保持一致。
如果想了解这方面的详细内容，请参阅廖永彦所著的《地球科学原理》一书，海洋出版社，2007年5月版（28.00元）。 本书的详细目录也可以在以下位置找到：
关于本书的一些相关内容也可以在以下网址找到：
注：本文摘自廖永炎所著《地球科学原理》一书
参考
秦大河，任嘉文。 南极冰川学。 北京：科学出版社。 2001. 1-220
陶世龙，万天峰，程杰。 地球科学导论。 北京：地质出版社。 1999. 89-100
Stacey F D.地球物理学。 第三版。 布里斯班：布鲁克菲尔出版社。 1992年
史蒂文森 DJ 行星磁场。 地球与行星科学快报，2003 年，208：1-11
热门手游排行榜
