原创∶陈骁帅
全篇约2253字，9图，阅读需要6分钟
冰川作为我们生活的星球上最吸引人的自然景观之一，它们会像河流一样不断地流动、运移，并央杂着巨量的冰蚀沉积物，形成了一系列独特而又壮美的地貌（图1）。
图1 阿根廷莫雷诺山地冰川地貌
图源∶http∶/www.360doc.com/content/18/0105/08/1229 0794_719189929.shtml
纵观地球几十亿年的演化历史，冰期与间冰期在不断更迭。陆地冰川经历了多次生长和消亡过程，距今2万年前的末次冰期，全球陆地覆冰面积一度达到了30%，而目前地球上10%的陆地被冰川覆盖（图2）。
现今的冰川我们可以直接观察的到，但是我们该如何去确定地质历史时期存在过冰川呢？伴随冰川出现的冰川沉积物和冰川运动遗迹成为地质学家鉴定古冰川重要的依据。
图2全球冰川和冰盖分布图
（据Alean et al，2013）
冰川具有极其强大的剥蚀能力。通过冰的刨蚀和磨蚀作用，裹挟在冰川底部和四周的岩石碎属，通过沿着底床滑动或者内部剪切变形作用向前推进，最终以冰筏坠石和冰碛物等形式沉积下来。冰筏沉积（图3）是最常见、最可靠的确定地质历史中曾经存在冰川的直接地质证据，通常发现于深海环境的沉积中。
图3 南沱组~7亿年前的冰筏坠石，宜昌三峡
（何住伟 摄）
另外，在冰川的运动过程中，位于冰川底部的碎屑物和冰川融水一道，作为主要的剥蚀介质，在基底岩石上会形成了特殊的冰蚀构造以及冰蚀地貌，如冰溜面、刻痕、塑性锈模等。这种直接的地质证据相比较冰筏坠石而言，对这种特殊的大陆地貌的后期保存条件要求苛刻。
目前发现的最古老冰川可以追溯到新元古代（1000-542 Ma ）。在该时期的地层中，冰川的沉积记录相当丰富，其中最著名的当属雪球地球时期的冰期和间冰期沉积。相比之下，反映冰川剥蚀的地貌记录十分稀少。目前全球新元古代埃迪卡拉纪（635-542 Ma）冰蚀地貌仅存两处∶一处位于澳大利亚西北部的Kimberly地区（Dow，1965），另一处位于我国豫西平顶山地区，以石门沟剖面发育的埃迪卡拉纪大型古冰溜面构造最为典型，保存最为完好。
最近，奥地利维也纳大学Daniel Le Heron 教授团队和中国地质科学院地质研究所柳永清研究员、旷红伟团队联合，针对华北克拉通南缘豫西平顶山地区的埃迪卡拉纪大型冰溜面构造开展了合作研究。在传统的野外地质观测和超大比例尺填图基础上，结合空中无人机航拍和数字地貌模拟技术，首次全面揭示了豫西石门沟发育的壮观的冰川剥蚀地貌。
该研究新发现了一系列精美、典型的冰下底形构造，如擦痕、颤刻痕、新月形裂隙、似贝壳断口状、水下磨光面、纺锤状、阶步、羊背石等中-小尺度的冰蚀构造，还共生着大量、密集分布的冰川擦痕和冰川压实应力作用下的岩石蠕动变形等构造（图4、图5，图6）。根据冰川擦痕、新月形刻痕、望性铸模等具有指向意义的冰蚀构造，将一个大致六亿年前在中国豫西地区发育的古冰川呈现在我们眼前，并且确定了这个冰川是由现今方向上的北向南流动的。这个发现不仅解决了冰川运动方向这一悬而未决的学界争议，同时通过不断变换的擦痕方向还发现冰川在运动过程并非如想象中那样一直沿着直线运动，而是蜿蜒前行的。
回到前面的疑问，为何六亿年前，在中国豫西平顶山地区保存了这么多完整的冰蚀构造和冰蚀地貌组合？该研究认为，这个地区大量裂隙和同期断层的发育加速了冰川下部盆地和冰湖的形成，为冰溜面及擦痕等冰蚀构造的保存提供了有利条件。
图4 豫西石门沟埃迪卡拉纪大型冰溜面构造
航拍照片，蓝色箭头为冰川移动方向与轨迹
图5石门沟剖面冰溜面及其上冰蚀构造
航拍照片，蓝色箭头为冰川移动方向与轨迹
图6石门沟剖面中发育的冰蚀构造（擦痕、塑性锈模构造），蓝色箭头为冰川移动方向
此次研究是国内外第一次利用无人机航拍、数字地貌高程模拟和传统地质研究相结合的方法对远古冰川沉积-剥蚀地貌进行精细刻画。不仅对深化理解全球超级温室气候时期的埃迪卡拉纪冰川及其环境、生命演化学术意义重大，同时对于进一步研究不同于成冰纪雪球地
球时期的非全球性冰川（大陆冰盖或山地冰川）属性、古地理和环境、生命协同发育与演化提供了重要的线索。
6亿多年前的地貌得到保存，不得不说是多么幸运的事情。期待更多的"幸运"发现。
知识BOX
雪球地球（Snowb II Earth）是地质历史时期的一种特殊气候状态，指的是地球表面从两极到赤道被冰雪覆盖，变成一个大雪球。雪球地球是20世纪90年代初由美国科学家约瑟夫，科什文克提出，它在地球早期历史中至少出现过3次∶即22亿年前，7亿年前以及6.3亿年前。其中发生在7亿年和6.3亿年前的冰期规模最大，该时间段内全球冰川沉积发育，甚至在赤道地区也存在冰川分布。
人们想象中的雪球地球形象
对于雪球地球的形成机制众说纷纭，目前有"蓝菌或蓝绿藻释放氧气过多直接破坏甲烷温室气体使全球温度下降到零下50摄氏度"、"火山喷发向大气层释放了大量硫颗粒，阻滞阳光照射大地，从而使地球温度下降"、"高纬度冰川和陆地大量反射阳光、增多的陆地表面的硅酸盐风化又大量消耗大气CO2，二者叠加使得地球不断变冷直至变为全球冰封"等假说。
雪球地球持续时间超过10 Ma，在这期间，由于陆地风化减弱，以及火山喷发持续地将二氧化碳排放到大气中，最终导致全球温度上升，雪球地球结束。在沉积学上，雪球地球结束时伴生了全球范围的碳酸盐沉积，且像一顶帽子直接覆盖在雪球地球期间的冰川沉积之上，科学家将这种沉积组合形象地称之为"盖帽碳酸盐岩"。
6.3亿年前的雪球地球事件冰川沉积与盖帽碳酸盐组合。DF∶碎屑流沉积;IRD∶冰筏沉积;CD∶盖帽碳酸盐岩;图片来源∶htp∶/www.snowballearth.org/week4.html
本文作者陈骁帅系中国地质科学院地质研究所的博士研究生。
本文属作者本人的理解，欲知更多详情，请阅读以下原始文献。
主要参考文献
[1] Daniel Le Heron, Thomas Vandyk, Hongwei Kuang. Yongqing Liu et al,2019.Bird's-eye view of an Ediacaran subglacial landscape, Geology,47 (8):705-709.
[2] Alean, J. and Hambrey,M.J. 2013. Gletscher der Wolt,Haupt AG, Bern, Switzerland.
[3] Dow D. B.1965. Evidence of a Late Pre-Cambrian Glaciation in the Kimberley Region of Western Australia, Geological Magazine,102(5):407-415.
