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科学猜想文集

(356) 北极冰川是如何形成的

亚利桑那州位于美国的西南部，北纬30度~40度之间，属地理的中部区域，西风盛行地带，然而这里并没有形成太多的降水，因为气候干燥而几乎荒漠。更新世中期这里并非是荒漠，而是草木丛生郁郁葱葱景象，大量的乔木植物生长成十几人都合围不住的树木。更新世中后期，亚利桑那州的气候逐渐演化为干冷气候，随着冰川运动的向南扩展，亚利桑那州的气温也随之下降，并在高山地区形成冰川运动，使亚利桑那州逐渐变成了冷凉的荒漠。植被在减少的过程中，动物被迫南迁，这些气候变化及其动物迁徙都是有证可查的区域性地史事件。

为什么美国的亚利桑那州会在更新世之前雨水充足，气候温暖而形成森林密布，更新世中后期逐渐出现干燥低温气候、甚至是冰川覆盖呢？这一气候变化现象是偶然还是必然？在中国，更新世早期便开始了印度板块撞击劳亚大陆的构造运动，那以后中国的西北部开始出现冷凉气候，而在此之前，中国西北地区还处在温凉气候，如甘肃陕西一带的三趾马都繁盛于更新世之前，证明中国在西向漂移过程中逐渐隆起，宽广的水环境逐渐消退，是构成西北部地区发生温凉干燥气候的主要成因。中国发育着广袤的大陆，大陆消耗掉了大部份暖湿气流，使中国西北地区逐渐演变成干燥温凉气候。

中国与美国都属于大陆性季风，夏季盛行东南季风，气候温暖湿润，冬季受西北季风的影响，气候干燥温凉。亚利桑那州在早更新世还处在森林密布的状态，表明北美大陆与中国大陆完全不同。中国大陆与北美大陆在西向漂移过程中，西部地区并未出现过高的隆起，或者隆起的高度不影响气候的改变，这就形成了北美大陆与中国大陆在气候上的重大差异。北美大陆靠近海洋，受西风带的影响较大，气候比较湿润，而中国大陆紧靠欧亚大陆，无法获得暖湿西风的滋润，只能逐渐演化成干冷气候。

大陆漂移说虽然发现于西向漂移，但地史上曾经发生过至少两次大陆漂移事件，即罗迪尼亚超大陆与泛大陆漂移事件。两个大陆汇聚与分离的成因不同，罗迪尼亚超大陆的汇聚与分离是什么因素的结果并不清楚，但泛大陆的解体则明显显示出是西向漂移的结果。西向漂移发生的过程呈现出两个不同的阶段，早期西向漂移的速度较为缓慢，大陆西部地区隆起速度也较缓慢，对北美洲气候的变化影响不大，而在中更新世之后，发生了经向漂移力度不断增强的过程，从而形成北美西部强烈的隆起运动，最终改变了亚利桑那州的气候，这时的气候改变才与中国西北部气候的改变遥相呼应，步调一致。

与南极冰川的形成相比，北极冰川的形成要比南极冰川整整推迟了3000万年，是什么因素构成南北冰川形成上的重大差异呢？在央视播放的科教片中，曾经播放过早期人类曾经到过加拿大北极圈内生活的场景，而在俄罗斯西伯利亚地区的冻土层也有许多动物被埋藏，这些资料都证实:更新世早期北极缺少冰盖运动，使北半球高纬度地区在更新世早期处于温凉气候，此时期在中国西北地区的生物种群是相当繁盛的状态，如西北地区发掘出大规模的动物化石群，以及早期人类活动于高纬度的现象，证明第四纪的大陆冰川运动发育比较晚。至更新世中期后北冰洋才开始形成冰川运动，导致北半球高纬度地区大量的生物迁徙或者灭绝。

从中国的冰川运动来看，第四纪冰川运动的大陆冰川运动与高山冰川运动形成不在一个起跑线上，如中国庐山冰川运动始于距今200~300万年，而俄罗斯高纬度地区在距今一万年时还繁盛着猛玛象动物群，这就足以证明北极冰川始终处于发育状态。中国高山冰川运动早于大陆冰川运动的现象，证明低海拔以上的对流层的空气密度存在着不同地史时期的相对变化，更新世早期，空气密度随海拔高度的梯度变化较大，所以在低海拔的高山形成冰川雪线。随着高山的持续隆起，冰川运动的规模也越来越大，与此同时，随着空气密度的增长，大气压的增长与地球整体温度增强，造山运动的速率大于空气密度的增长，是构成高山冰川运动持续发展的重要因素，而空气密度的增长会使低海拔高度的空气密度随海拔高度提高，使气温随海拔高度的变化使梯度变化减小，从而构成雪线在海拔高度上不断的上升。在高山冰川雪线随海拔高度上升的过程中，应该是地球气候渐暖的特征，而在高山冰川运动最强盛的时期，高纬度地区出现了以猛玛象为代表的生物群的繁荣，而在全球气候渐暖的过程中，高纬度地区确出现了以猛玛象群为主体的生物大灭绝，这些变化显然与地球结构与运动方式有直接关系。

地球气候由四大部分组成，低纬度气候圈，高纬度气候圈，中纬度气候过渡带与高山气候圈组成。低纬度地区获得太阳光辐射总能量的一半还多，因而低纬度地区是地球气候最稳定暖的地区，全球气候渐暖表明低纬度地区获得太阳辐射总能量在不断的提高。高纬度气候圈获得太阳光辐射总能量最少，形成最稳定冷的气候圈地区，最冷的气候圈是由黄赤交角波动的幅度所决定的。而中纬度地区气候的波动，是受太阳高度角移动，暖气圈与冷气圈的相互移动支配，所以形成波动气候带。高山气候圈组成的因素由三个方面组成，一是地形的高度，二是空气的密度，三是太阳光的辐射力度。高山气候圈是一个独立的气候圈，它的波动由上述三个要素的波动发生直接关系，所以在第四纪冰川运动的地史时期，生物并没有发生灾难性的灭绝，只发生进化式的消失。

高山冰川运动的形成早于大陆冰川运动的形成，其依据有两点，大陆板块的西向漂移是造山运动形成的主要因素，同样是美洲大陆脱离联合古陆的主要因素。联合古陆的地史时期并未构成北极冰川的形成，这就证明中生代的地理环境与今天大有不同。大陆的西向漂移与板块的西向碰撞造就了造山运动，当山体的高度超过了当时海拔高度上的空气密度时便形成了高山冰川运动，北极虽然地处北极圈内，由于大陆低于海平面以下，低海拔的高密度空气环境与海洋的流动过程形成了第四纪的大陆冰川运动晚于高山冰川运动。

为什么在第四纪之前北极圈内并没有形成冰盖，而是一个名付其实的北大洋，为什么在近3000万年的时期内，两极地区的气候绝然不同呢？这是因为南极圈为大陆，大陆在无法获得足够的能量时，地壳就会吸收大气中的热量，使大气的温度下降，从而形成冰川运动。北大洋属水圈，吸收大气中的热能较低，加之大洋环流改变着北大洋的水温，从而形成北大洋不结冰的地史时期。我们注意到一个地理现象，从欧洲到北美洲曾经出现过一个所谓的 “大陆桥″，这个“大陆桥”是北美洲大陆西向漂移的证据，在北美大陆作西向漂移的同时，大陆还存在纬向漂移，纬向漂移将北美洲靠北的区域拉出了一个长长的岛屿群，从而形成“大陆桥”。

在大陆作西向漂移过程中，其漂移的速度可划分为两个时期，一个快速期，一个迟缓期。大陆漂移的迟缓期占据了大陆漂移的绝大部份时空，这自然在欧洲大陆与北美大陆之间建立了还没有来得急割断的 “大陆桥” ，大陆漂移的快速期将大陆快速的分割，从而形成今天大陆分布的格局及气候。劳亚大陆也有这种被分割的情况，在劳亚大陆作西向漂移的过程中，将劳亚大陆拉张成多个零散的大陆板块，如欧洲的西北部板块，西北部与西南部被白海、黑海等海域分割；西南板块与中欧板块、东欧板块，以及俄罗斯与远东地区也都处于分割状态，不是被海洋分割，就是被断带分割开来。

大陆板块的西向漂移与纬向漂移逐渐将大陆拉张开来，在“远离”北极圈时无法对北极圈形成合围，大洋的暖流构成北半球无冰期现象。当大陆的西向漂移与纬向漂移逐渐形成对北极圈的合围时，暧洋流进入不到北极圈内，从而形成北极圈内的气温逐渐下降，最终形成冰川运动。从地图上看，北美大陆与欧洲大陆处于相吻状态，是板块构造运动中存在着纯粹的西向漂移与北向漂移的有力证据。特别是北向漂移使欧洲、亚洲与北美洲形成对北大洋合围势态，使北大洋逐渐形成一个内陆海洋，内陆海洋在光照不足的过程中逐渐出现了气温的下降，从而逐步形成了大陆冰川。

通过对大陆漂移与地形形成的推演，可以科学的解释北极大陆冰川运动为什么会晚于高山冰川运动的形成。新生代虽然发生了强烈的西向漂移运动，但这种强烈的程度前后是有差别的，主要表现在早中期发育较为迟缓，晚期发育比较强劲。西向漂移运动使联合古陆解体，并形成大陆西部的普遍隆起，形成西部高山高原地貌，高山冰川运动的形成，不仅与造山运动有关，还与大气圈层的空气密度变化有关。近地表受热情况有关。发育于古生代的北向漂移运动并未因为发生了强烈的西向漂移运动而消失，它们的共同存在对北冰洋形成高纬度的合围，是形成第四纪大陆冰川运动的直接原因。