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是谁把这块巨石放在这里?冰川漂砾(Glacial Erratic)

如果田野中央孤零零地立着一块房子那么大的巨石,而周围却找不到任何相似的石头,那么这块石头是从哪里来的呢?附近既没有山也没有悬崖,人们长期以来一直好奇,究竟是谁搬动了这块重达数千吨的岩石。在地球科学中,握有答案的这种岩石被称为“冰川漂砾(Glacial Erratic)”。

冰川漂砾,简单来说就是“冰川从远处运来并留下的、与周围土地种类不同的岩石”。英语 erratic 来自拉丁语 errare,意为“漫游”,带有离开原位、迷失方向的石头之意。

本文将依次介绍冰川漂砾的定义与外观、冰川搬运岩石的原理、漂砾引出冰期理论的过程,以及如今如何在研究中利用漂砾。


冰川漂砾,冰川留下的行李

1. 冰川漂砾的定义与外观

宽阔的绿色草地中央孤零零地立着一块房子大小的灰褐色巨石,旁边站着一个小小的人

冰川漂砾不是由大小决定的,而是由它与所在地基岩种类不同这一点决定的。如果花岗岩地区出现砂岩块,或者石灰岩平原上出现石英岩巨石,就可以怀疑它是漂砾。

(1) 与周围不同的岩石
漂砾最重要的标志是陌生的岩石。地质学家会观察构成岩石的矿物和纹理,与周围基岩进行比较,并寻找与哪个地区的岩石相同,从而推测它原来的故乡。

(2) 从砾石到房子大小的巨石
漂砾的大小各不相同,从拳头大小的石头到巨大的岩石都有。加拿大艾伯塔省的奥科托克斯漂砾(Okotoks Erratic)是一块重约16,500吨的石英岩,从落基山脉方向随冰川移动了数百公里。

(3) 栖石
冰川融化时,有时会把巨石险峻地放在一块小垫石上。这种岩石被称为栖石(Perched Boulder),由于水流或人力很难造成这种形态,因此被视为冰川经过的证据。


2. 冰川是如何搬运岩石的

在群山之间的山谷中流动的巨大冰川,表面载着岩石和长长的碎屑带

冰川是一条流动非常缓慢的巨大冰河。冰会把底部的岩石拔起并裹挟着它,每年移动几米到几百米;当气候变暖、冰层融化时,就会把运来的岩石留在原地。

冰川漂砾信息图:标题下方,山谷中的冰川从谷底拔起灰色岩块(① 拔蚀),带着岩块沿箭头方向流动(② 搬运),冰川退去后在绿色平原上留下一块孤立的灰色漂砾,下方是土黄色基岩(③ 堆积)。
冰川拔起底部的岩石并带着它流动,融化后退时留下与周围不同的岩石的过程。
  • 拔蚀作用(Plucking):渗入岩石缝隙的水结冰,使底部岩石脱落并被卷入冰川的作用。
  • 磨蚀作用(Abrasion):嵌在冰中的石块刮擦底部,在基岩上留下条纹状擦痕的作用。
  • 冰碛(Moraine):冰川融化后,泥土、砾石和巨石混杂堆积形成的丘陵或沉积层。
  • 漂砾带(Boulder Train):来自同一源地的漂砾沿冰川流动方向排成一列的现象。

被水搬运的石头在滚动中被磨圆,并按大小分选;而冰川则不分细土和巨石,一并搬运。因此,如果大小不一的石头混杂在一起,上面又放着一块陌生的巨石,那很可能就是冰川的痕迹。


3. 从大洪水到冰期,漂砾改变的科学

身穿19世纪服装的学者在阿尔卑斯冰川附近抚摸并观察一块带有擦痕的大岩石

直到18世纪,欧洲人都难以解释散布在阿尔卑斯山周边平原上的巨大岩石。围绕漂砾的争论最终引出了地球曾经历过大冰期的想法。

(1) 大洪水说与漂移说
起初,圣经中的大洪水把岩石冲来的说法被广泛接受。英国地质学家查尔斯·莱伊尔(Charles Lyell)提出了漂移说,认为海上漂浮的冰山载着岩石漂流并将其抛下;当时产生的“drift”一词至今仍被用作指冰川沉积物的术语。

(2) 阿尔卑斯人的观察
瑞士的 Ignaz Venetz 和 Jean de Charpentier 注意到,漂砾和带擦痕的岩石一直延伸到远离现今冰川的地方。他们主张,过去的冰川比现在分布得广泛得多。

(3) 阿加西的冰期理论
瑞士出生的学者路易·阿加西(Louis Agassiz)在1837年的演讲中主张,曾有一个欧洲大部分地区被巨大冰层覆盖的时代,并于1840年出版了《冰川研究》(Études sur les glaciers)。可以说,这些迷途的岩石揭示了名为冰期的宏大过去。


4. 如今利用漂砾的方法

以白桦林和湖泊为背景,戴安全帽的地质学家用锤子和凿子从漂砾顶部取下岩石样本

冰川漂砾是过去冰川留下的记录,因此至今仍被用于多种研究。一块岩石中同时蕴含着关于出发地、移动路线和到达时间的线索。

(1) 追踪冰川的路径
特征独特、容易辨认故乡的漂砾被称为指示漂砾(Indicator Erratic)。只产于挪威奥斯陆地区的菱长斑岩(Rhomb Porphyry)在丹麦和德国北部被发现,这是显示斯堪的纳维亚冰川流动方向的代表性例子。

(2) 寻找矿脉
沿着与冰川流动相反的方向追溯漂砾,就能找到原岩埋藏的地方。在芬兰,人们追踪水道施工中发现的铜矿石漂砾,于1910年找到了奥托昆普(Outokumpu)铜矿床。

(3) 测定冰川退去的时间
岩石表面从冰下露出后,会受到来自宇宙的高能粒子——宇宙射线(cosmic ray)的照射,铍-10等元素会一点点积累。通过测量其含量的暴露年代测定,就能知道冰川何时从那里退去。

冰川漂砾是巨大冰川经过时留下的足迹,也是地球气候曾发生巨大变化的证据。即使是一块陌生的岩石,也有从远方而来的故事——这个简单的想法,就是理解冰川漂砾的第一步。

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