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石环与石河的冻融分选:中心细土、外圈粗砾、成带延伸

高山草甸上一圈圈石头围成圆环,中间是细土。有人说是人工堆的,有人说是冰川摆的。环的大小相近、中心细土、外圈粗砾,这种分选只有反复冻融能做出来,人力与冰川都摆不出这个格局。

中心细、边缘粗、环径相近,是冻融分选的三要素

石环的横切面很典型:中心是细砂与粉土,环内几乎没有大于 2 厘米的颗粒;外圈由 5–50 厘米的棱角砾石围成一圈,宽 10–50 厘米,高出中心 5–20 厘米。中心细、边缘粗、环径相近,三条齐了才是石环。

人工堆石不会把细土留在中心,只会把石块堆到一处;冰川堆积不会围成闭合的环,砾石还带磨圆与擦痕。石环的环径彼此接近,是同一套冻融过程反复作用的结果,这种均一性最难伪造。

地面要平、细粒要饱水,冻胀才能把粗砾顶上来

石环长在平坦或近水平的地面,坡度多在 3–10 度,排水不畅、细粒饱水。水冻结时体积膨胀约 9%,把粗砾顶起,融化时细粒回填到砾石下方,粗砾便一点点向上、向外移动,一年移动数毫米到数厘米。

因此石环总出现在干湿与冻融交替频繁的部位,比如雪斑边缘、洼地底部。同一面山坡,石环成片的地方往往比周围更平、更湿,植被也更矮更稀,这三个条件可以互相印证。

石河是带状而不是锥状,表面块石、下部细粒

块石沿谷底或缓坡呈带状分布,长数十米至数百米,宽 5–50 米,两侧有粗砾组成的堤状边,表面几乎看不到细粒充填,块石棱角明显。带状与纵向延伸,是石河与崩塌堆积最直观的区别。

石河表面像流出来的,实际是冻融把块石不断向上推、再沿坡缓慢蠕动,日积月累拉成长条。下部常有 0.3–2 米厚的细粒层,要挖坑才看得到,只看表面容易误判为倒石锥,误判会连带把气候条件读错。

混进来的是人工石堆、冰碛垄与多边形土

人工石堆是清田、清牧场的产物,堆在田边或路边,堆内没有分选,中心不留细土,堆底常见空隙与草根。冰碛垄的砾石磨圆、有砂泥基质,呈横向垄状,与石河的纵向带状正好交叉。

多边形土是更大的网格,边长 5–50 米,由冰楔控制,网格内部平坦,边缘是裂缝而不是石圈。石环直径多在数米以内,两者尺度差一个量级,站在地面就能分开,不必开挖。

关键数据

下列数值为常见范围,随纬度、海拔、含水量与冻融循环次数变动。量环径取外圈砾石的中线,量石河宽度取两侧堤状边的外缘。

  • 石环直径 0.3–3 米,环内细粒多小于 2 厘米。
  • 外圈砾石宽 10–50 厘米,高出中心 5–20 厘米。
  • 发育地面坡度 3–10 度,细粒饱水、排水不畅。
  • 水冻结体积膨胀约 9%,粗砾年移动数毫米至数厘米。
  • 石河宽 5–50 米,下部细粒层厚 0.3–2 米。
  • 多边形土边长可达数十米,边缘为冰楔裂缝而非石圈。

边界

冻土退化后石环停止发育。多年冻土南界附近,环还在,但已被苔藓与草本覆盖,粗砾只露出顶部,分选结构看一半要靠摸。这时它记录的是过去的冰缘气候,不能按现代冻融强度解释。

坡度更陡时,块石沿坡下滑快于冻融上推,石河解体成岩屑坡,带状形态消失。本文判断:分选结构、平坦饱水的地面、带状延伸三条中,前两条是必要条件,第三条只适用于石河,不能拿来要求石环。

参考文献

  • 周幼吾, 郭东信, 邱国庆 等.《中国冻土》. 科学出版社, 2000.
  • 杨景春, 李有利 主编.《地貌学原理》(第三版). 北京大学出版社, 2012.
  • Selby, M. J. Hillslope Materials and Processes (2nd ed.). Oxford University Press, 1993.
  • 伍光和, 王乃昂 等.《自然地理学》(第四版). 高等教育出版社, 2008.
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文章名称:石环与石河的冻融分选:中心细土、外圈粗砾、成带延伸
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