1.7 冰雪呈色
谈起冰雪,多数人会情不禁忆记起毛泽东的诗词《沁园春·雪》:“北国风光,千里冰封,万里雪飘。望长城内外,惟余莽莽,大河上下,顿失滔滔。山舞银蛇,原驰蜡象,欲与天公试比高。……”
雪是由小的冰颗粒物构成,是从云中降落的结晶状固体冰,常以雪花的形式存在。人们常说白雪皑皑,其实雪的颜色不仅有白色,也可能呈现出别样的色彩。例如,南北极地区多次发现过红雪以及黄雪、绿雪、褐雪和黑雪等,这些彩色雪多数可能是由一种有颜色的雪生藻类大量繁生所“染”成的。红色的雪生衣藻是低等植物,零下34℃也不会被冻死,在喜马拉雅山海拔5000m以上的地方,可以见到一望无际的红雪就是它的杰作。黄色藻类的勃氏厚皮藻、南极绿球藻和念珠藻大量繁生可使白雪变成黄雪,因为黄色藻类的细胞中含有大量的固体脂肪,且溶有黄色素。阿尔卑斯山和北极地区常会遇到绿雪,它主要是绿藻类的雪生衣藻和雪生针联藻大量繁生所造成的。褐雪主要是雪生斜壁藻大量繁生造成的,也可能是针线藻大量繁生所致。黑雪可能是深色的褐雪,也可能是空气污染导致的。如1991年一支登山队在攀登珠穆朗玛峰时遇到了一场黑雪,原因是海湾战争时科威特被点燃的油井不完全燃烧形成的大量炭粒、尘埃等经印度洋上空的暖湿气流向东移动,在飘过喜马拉雅山上空时凝成黑雪降落下来了。
造成有颜色的雪还可能是因红土、黄沙或其它有色矿物质污染雪而形成。有些专家则认为,彩雪的颜色来源于一种单细胞构成的最简单的植物——原始冷蕨,有红色、绿色、紫色等多种。
冰是分子间主要靠氢键作用结合在一起的固态水。水在不同的温度和压力条件下,可形成11种不同结构的晶体,跨越6个晶系,10种空间群,密度从比水轻的0.92g/cm3到1.49g/cm3。在各种晶型的冰的结构中,最基本的共同特征是水分子的四面体的氢键体系,高压下冰的密度增加,不是依靠压缩氢键O-H…O的键长或O-H的键长,而是调整堆积形式,使分子间非键距离缩短。
冰川
冰川是指大量冰块堆积形成如同河川般的地理景观。冰川学界根据冰川的规模,将冰川分为冰盖、冰原和山谷冰川等类型。覆盖着南北两极大陆的成百万、上千万平方千米的冰川被称作“冰盖”;成百、上千平方千米的冰川被称作“冰原”,冰原的厚度有些地方可达数千米。冰川湖是指山地冰川侵蚀成的冰斗中积蓄流水而成的湖泊。
知识链接
为什么南极的冰要比北极的多?
全球90%的冰川位于南极大陆,北极只占9%。因为南极是一块很大的陆地,面积约为1240万平方千米。由于陆地储热能力差,无法将夏季获得的热量有效地储存起来,因此南极大陆上有20万多座冰川。北极地区主要是海水,海水能够储藏较多的能量,然后再慢慢把热量释放出来,所以北极比南极气温高,冰层也就薄一些。
美国阿拉斯加冰河湾国家公园中,瑞德冰河中的冰块,由于冰河的堆积与密度的不同,在切割的冰雕间呈现各式各样的蓝色。分布在水中的冰块可以折射光线中的蓝色和绿色光线,因此这些冰河就有了举世闻名的特殊色彩。随着冰河融化的季节,湖泊的色彩因水中的冰块增加而更加光彩夺目。冰河的表层若是呈现出白色及灰色的色彩,是因为里面含有的空气及杂质,影响了光线的折射。在冰河较深层的冰块,因冰河流动的推挤过程自然会将空气及杂质挤压出来,所以呈现蓝色的光泽。阿根廷冰川国家公园中马普萨拉冰川,崩裂下来的冰块由于形成时受到的压力不同而反射出深蓝、宝蓝、天蓝、湛蓝等不同的色泽。
冰块
知识档案
构成冰川的冰是由雪花融解冻结累积而成,颗粒状雪粒使得冰川冰密度略小于普通的冰。积雪变成粒雪后,随着时间的推移,粒雪的硬度和它们之间的紧密度不断增加,大大小小的粒雪相互挤压,紧密地镶嵌在一起,其间的空隙不断缩小,以致消失,雪层的亮度和透明度逐渐减弱,一些空气也被封闭在里面,这样就形成了冰川冰。冰川冰最初形成时是乳白色的,经过漫长的岁月,冰川冰变得更加紧密坚硬,里面的气泡也逐渐减少,慢慢地变成晶莹透彻,带有蓝色的水晶一样的老冰川冰。
站在远处观赏冰川,好像雪山里堆满了蓝宝石;站在近处,冰川看上去更像是深蓝色的拦河大坝,碧绿碧绿的湖水在坝下流淌,接近湖水的冰块像绿宝石一样闪着绿光,而上面的冰坝裂开了无数的缝隙。贝加尔湖冰雪奇景:冰面通透如绿松石。南极万年冰山呈现淡蓝色。
来自瓦特纳冰川的冰山(淡蓝色)漂浮在冰岛周围冰冷的海水中,泛着幽幽的蓝光。格雷冰川形成过程中,冰内所含空气量越高,其色泽越蓝。冰只能散射太阳光里波长较短的光(蓝光),蓝色的光在冰层内部不停散射和反射,形成了迷人的蓝色。随着压力增大,硬度加强,空隙缩小以至消失的密实化不断升级,冰川蓝得更深了,而在冰川内部,由于太阳光的反射条件相对较差,冰川又变成了翡翠色,在更隐蔽的地方,冰川呈祖母绿。冰川较浅的裂缝处通常是白的,逐渐变蓝,直至较深的地方变为墨绿乃至黑色。
远古海底死亡生物骨骼中含有的钙质与海水中的氧化铁、氧化锰等相互发生作用,出现了绛褐色的团块和条纹,再经过成岩作用,血迹石也就形成了。之后经过地壳运动,血迹石从海底“变到”了山上。血迹石实际上就是紫红色流纹质熔结凝灰岩,之所以会发生“吐红”、“渗血”的神奇现象,就是石头内部的氧化铁被雨水淋溶出来的缘故。血迹石里含有大量的铁,有些地方有许多肉眼看不到的裂纹,经过千万年的风化和氧化后,石头内部逐渐形成了红色的氧化铁。血迹石是在外力作用下形成的沉积岩,其主要构成成分是常见的石灰岩。
南极血冰川是位于南极洲麦克默多干燥谷内的一处景观,由于每隔一段时间,冰川会喷出清澈的、富含铁的水流,随后迅速氧化变成深红色。“血冰川”下的铁矿应该是在南极大陆漂移到现在位置之前很久就已经形成,并在那里经历了氧化过程后形成氧化铁矿或铁帽。近年来,由于全球变暖,冰川逐渐融化,和着红褐色氧化铁的红色冰融水就顺着冰裂隙流出来,从而形成了“血冰川”的奇特景观。
贝加尔湖冰雪奇景
南极血冰山