標題:
地形地質名詞─冰河年輪
作者:
陳怡君
作者說明:
臺灣大學地理環境資源學系碩士生
內文:
 冰川(glacier)是一巨大的流動固體,在極地和高山地區,因氣候嚴寒,常年積雪,當雪積聚在地面上加上溫度降低到零度以下,受到本身的壓力作用或經再度結晶而造成雪粒,稱為粒雪(firn)。當雪層增加,將粒雪往更深處埋,冰的結晶越變越粗,而粒雪的密度則因存在於粒雪顆粒間的空氣體積不斷減少而增加,使粒雪變得更為密實而形成藍色的冰川冰,冰川冰形成後,因受自身很大的重力作用形成塑性體,沿斜坡緩慢運動或在冰層壓力下緩緩流動形成冰川。冰川會對地表產生侵蝕、搬運、堆積等作用,這些作用造成許多地形,使得經過冰川作用的地區形成多樣的地貌。

        冰川所產生的堆積物是研究冰川勢力消長,以及證明過去地球古氣候變化最好的證據來源,而冰河年輪正是冰川沈積作用所形成的特殊形式,以下對冰河年輪的由來作簡要的說明。

一、冰河年輪的命名
        冰河年輪是冰河沈積物每年的沈積層,這個名詞來自瑞典的字「varve」,其意為包含地層的旋轉和循環。這個名詞最初的發表,於1862年自瑞典的地質測量地圖,以Hvarfig lera(冰河年輪泥)這個字出現。一開始,冰河年輪被用來敘述在冰河湖沈積物裡的每層的成分,但在1910年的地質學會裡,瑞典地質學家Gerard De Geer(1858-1943)建議提出一個正式的定義:冰河年輪是描述每一年沈積層的全部。

二、冰河年輪的研究歷史
        雖然冰河年輪至19世紀末才被命名引用,但堆積物每年循環的概念至少已發展有2世紀之久。在1840年代,Hitchcock猜想薄片沈積物在北美是有季節性的,和Warren Upham 在1884年提出的假定:一深一淺的薄層,表示一年的沈積物,儘管這些早期的理論提出,但最主要對冰河年輪的倡導者及普遍研究的人是Gerard De Geer。當他從事瑞典的地質調查,De Geer當他在觀察地層時,注意到了一個奇特的現象,就是薄片沈積物之間,就如同樹的年輪般排列,這給他一個提示,得以去看冰河湖每一年的沈積層。第一個冰河年輪的年代學是由De Geer在十九世紀末在斯德哥爾摩所建構,之後的工作也隨著而進,沿著瑞典的東海岸的研究網絡也接著被建立。其後隨著1914年,De Geer發現並比較冰河年輪次序的可能,透過不同地區冰河年輪的相對變動和區別薄層的比較,瞭解冰川消長以及氣候變化的情形。

        1924年在地球年代研究院的特別實驗室支助下,更加強於冰河年輪的研究。在此研究計畫中,De Geer和他的同伴及學生到其他國家和大陸去旅行並調查冰河年輪的沈積層。Emst Antevs學習地點從長島、美國到Timiskaming湖和Hudson海灣、加拿大和建立出北美洲冰河年輪的年代。Carl Caldenius參訪Patagonia 和Tesrra del Fuego和Erik Norin參訪中亞,在這個階段,其他地質學家正在調查冰河年輪的次序,包含在芬蘭的Matti Sauramo,建構另一個冰河年輪的年代。1940年De Geer在古典科學文章的發表「The Geochronologia Suecia」一文,文中提出瑞典冰河年輪的時間尺度,並連結時間瞭解冰河後退的速率及消長變化。

三、冰河年輪的的特徵與分析
        冰河年輪形式特別,基本上包括二層,一為泥沙層及另一形成在春天和夏天外表為暗黑色的黏土層。而冰河年輪分析方法是由瑞典科學家De Geer 在1878年所發明,原理為藉由計算冰河年輪每年沉積的過程,沈積物的種類、數量多寡、沈積層厚度等要素的變化,加以確定在氣候和各種不同的生態系的變化。

        此外,此分析方法也提供一個機會得以獲取關於某個區域的構成、位移,和特定時空間尺度下詳細的氣候資訊。但在分析冰河年輪時,也必須注意到沈積物中所隱含的錯誤訊息。因傳統的分析方法,是對冰河年輪組成,如成份與粒徑大小作的微觀評估,但當沈積層與層之間的分界不明顯、難以辨別,或是因冰河年輪類型判釋錯誤,而使得在冰河年輪的分析及年代推估上出現錯誤的數據時,皆會讓研究與實際情形,有差異甚大的結論出現。為了改進在判釋上的缺失與人為誤差,近來相關領域的研究人員,紛紛採用使用數位式攝像機和電腦辨別軟體,特別是在顏色的區別上作加強。通過電腦和數值式影像儀器的幫助下,不但可以準確計數不同的沈積層和層數,提高組成物分類的準確率,並依此能夠給予冰河年輪的分析更高可信度。

四、結語
        近來氣候異常所帶來的豪雨或乾旱,在全世界造成經濟與人類生命上很大的損失與威脅,而全球暖化等環境變遷的議題也受到不同領域的科學家所重視。冰河年輪的提出及研究,對於過去冰河營力強弱消長能夠有明確的掌握,並能夠依此與地球古環境變化作連結,加上不同地區的冰河年輪研究,瞭解長時間尺度與大範圍空間下氣候變化波動的頻率與幅度。藉由這些研究成果的累積,希望對於地球氣候及環境變化能有明確的了解及掌握,並對於未來的變化趨勢作預測與預防,以減少生命財產的損失。

五、參考資料
何春蓀(1981)普通地質學,五南出版社
楊景春(1998)地貌學教程,明文書局
郭魁士(1972)普通地質學,中國書局