“六出飛花入戶時(shí),坐看青竹變瓊枝?!北┦且环N常見的水的結(jié)晶形式,漫天飛舞、晶瑩剔透的雪花為人們所喜愛。冰雪作為一種固態(tài)的水,對巖石和礦物除了有侵蝕、搬運(yùn)、沉積作用,還有凍裂作用、重力作用等,在地質(zhì)歷史和地球的演化史上占有重要的一席之地。
凍裂作用
“日暖泥融雪半銷(又作‘消’)”“南風(fēng)融雪北風(fēng)凝”,這兩句詩形象地描寫了在太陽光和溫暖南風(fēng)的作用下,冰雪消融,而寒冷的北風(fēng)又讓水重新凝結(jié)為冰。
冰雪受熱化為水,在低溫下又結(jié)為冰時(shí)附加產(chǎn)生的凍裂作用,是冰雪的主要地質(zhì)作用之一,在地球和地貌演化中具有獨(dú)特的作用。究其原因,是冰和水的密度差異造成的。在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和0℃下,冰的密度為0.9g/cm3,液態(tài)水的密度為1.00g/cm3,即水變?yōu)楸鶗r(shí),體積要增加10%。一到寒冬,經(jīng)常有室外的自來水管被凍壞,這其實(shí)就是因?yàn)樗芾锏乃畠鼋Y(jié),體積變大,把水管撐破了。夏天,我們一般把汽水放在冰箱里冷藏,而不是冷凍,也是這個(gè)道理。
冰雪的凍裂作用,也叫“冰劈作用”或“冰楔作用”,指地表水或冰雪融水進(jìn)入土巖層裂縫,由于氣溫下降,轉(zhuǎn)化為冰,體積增大,向冰體周邊縫壁施加壓力,使裂隙擴(kuò)大,進(jìn)而破裂或破碎的物理風(fēng)化作用。
這種凍裂作用,隨著天氣的轉(zhuǎn)暖、變冷,不斷結(jié)晶—融化—結(jié)晶—融化,循環(huán)往復(fù)。每次結(jié)冰,體積增大一點(diǎn)兒,導(dǎo)致更多的水體進(jìn)入,進(jìn)而產(chǎn)生更大的壓力,周而復(fù)始,會產(chǎn)生強(qiáng)大的摧毀作用。據(jù)計(jì)算,一個(gè)裂縫循環(huán)凍融膨脹25次,體積即可達(dá)到原始體積的10倍,冰雪強(qiáng)大的凍裂作用可見一斑。
重力作用
“已訝衾枕冷,復(fù)見窗戶明。夜深知雪重,時(shí)聞?wù)壑衤?。”白居易的《夜雪》描寫了在一個(gè)寒冷的深夜,積雪照亮了窗戶,將竹子折斷的場景。
輕飄飄的雪真有這么重,能把竹子壓斷?不同的雪、不同地區(qū)的雪、不同時(shí)候的雪,密度不一樣?!把嗌窖┗ù笕缦?,片片吹落軒轅臺?!睋?jù)科學(xué)家研究,新下的松軟的雪的平均密度為0.05~0.10g/cm3;壓實(shí)的雪密度可達(dá)0.33g/cm3以上;干雪的密度通常為0.3~0.5g/cm3;濕雪的密度通常為0.5~0.9g/cm3;融雪時(shí),雪的密度可達(dá)0.6~0.7g/cm3。
此外,雪的密度還與環(huán)境溫度、雪的新舊、雪粒粗細(xì)和雪的密實(shí)度等有關(guān)。一般來說,華北地區(qū)的雪密度較小,為0.13g/cm3;江西、浙江地區(qū)雪的密度較大,可達(dá)到0.2g/cm3;東北及北疆地區(qū)的雪密度居中,為0.15g/cm3。
《夜雪》創(chuàng)作于唐憲宗元和十一年(816)冬,那時(shí)白居易在江州(今江西省九江市)任司馬。根據(jù)各種資料推斷,當(dāng)時(shí)那場雪的密度達(dá)到0.2g/cm3,幾乎是竹子密度的一半,再加上雪的質(zhì)量隨著降雪量的增加而增加,當(dāng)雪的重力超過竹子的支撐力時(shí),竹子被壓斷也不奇怪。即使對于現(xiàn)在的鋼鐵結(jié)構(gòu),冰雪的重力作用也不容忽視。2023年12月,山西運(yùn)城4條輸電線路受冰雪、凍雨影響,出現(xiàn)嚴(yán)重的覆冰故障,導(dǎo)致鐵塔倒塌、縣城全域斷電,后經(jīng)集體搶修才恢復(fù)正常。
儲藏淡水
“空花落盡酒傾缸,日上山融雪漲江?!碧K軾的這句詩描寫了在太陽的照射下,山上冰雪消融,雪水進(jìn)入河流,導(dǎo)致江水上漲的春日場景。
冰雪作為固態(tài)的水,是巨大的淡水水源庫。在鑿井技術(shù)并不發(fā)達(dá)的古代,取雪融水是人們獲取淡水的一種方式?!叭谘┘逑丬?,調(diào)酥煮乳糜?!薄案唢}膻根澆杏酪,旋融雪汁煮松風(fēng)?!睙o論是唐代的白居易還是宋代的范成大,文人雅士都有融雪煮茶的習(xí)慣。
冰雪的另一個(gè)特征就是可以長時(shí)間儲存淡水。“窗含西嶺千秋雪,門泊東吳萬里船?!薄敖K南陰嶺秀,積雪浮云端。”西嶺雪山和冰雪終年不化的鐘南山,儲藏了大量的淡水資源?!扒嗪iL云暗雪山,孤城遙望玉門關(guān)?!备珊档暮游髯呃戎阅茏屓祟惖靡陨媾c發(fā)展,是因?yàn)槟厦嫫钸B山上終年積雪融水。新疆地區(qū)著名的坎兒井,流淌的就是冰山融化的雪水?!皽Y冰厚三尺,素雪覆千里?!奔词箯默F(xiàn)代的角度來看,全球的冰雪長期覆蓋了地球表面約10%的地方,是地球上70%的淡水來源,成為人類生存、發(fā)展的可靠水源。