2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——行星冰川和冰山的形成機(jī)制考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)要解釋“粒雪”及其向“冰川冰”轉(zhuǎn)化的主要物理過(guò)程。二、對(duì)比水冰冰川和干冰冰川在形成所需溫度條件、主要物質(zhì)來(lái)源、典型地貌特征以及侵蝕作用方面的主要差異。三、闡述影響行星表面水冰冰川流變性質(zhì)（如流速、應(yīng)力）的關(guān)鍵因素，并說(shuō)明這些因素如何相互作用。四、火星的赤道地區(qū)存在被稱為“雷伊山”的巨大干冰沉積物，其形態(tài)呈現(xiàn)典型的背風(fēng)坡沙丘。請(qǐng)分析這些沙丘的形成機(jī)制，并解釋為何干冰能像沙粒一樣搬運(yùn)并形成沙丘。五、地球上的冰蓋和冰原是大規(guī)模冰川活動(dòng)的中心，其形成不僅需要持續(xù)的降雪，還需要有效的積雪積累。請(qǐng)?jiān)敿?xì)描述積雪如何在冰蓋/冰原中轉(zhuǎn)化為冰川冰，并說(shuō)明冰流是如何從中心向邊緣運(yùn)動(dòng)的。六、討論離心力（自轉(zhuǎn)效應(yīng)）對(duì)行星冰川/冰河形成的重要影響。以火星或木衛(wèi)二為例，說(shuō)明離心力如何塑造其冰河系統(tǒng)的獨(dú)特形態(tài)和分布。七、某些衛(wèi)星（如土衛(wèi)二）表面觀測(cè)到的“線狀特征”（LinearFeatures）被普遍認(rèn)為是冰河（IceStreams）或冰河侵蝕形成的槽狀地貌。請(qǐng)分析形成這些線狀特征的可能的冰河動(dòng)力學(xué)機(jī)制，并說(shuō)明與地球冰河活動(dòng)相比，解釋這些特征需要考慮哪些特殊的行星參數(shù)。八、假設(shè)探測(cè)任務(wù)發(fā)現(xiàn)在某系外行星上，存在廣泛分布的由冰（而非巖石）構(gòu)成的河谷網(wǎng)絡(luò)，但該行星表面平均溫度遠(yuǎn)低于水的冰點(diǎn)。請(qǐng)解釋這種環(huán)境下冰河谷可能形成的機(jī)制，并討論這種地質(zhì)特征對(duì)評(píng)估該行星宜居性可能提供的線索。試卷答案一、粒雪是大氣中水汽直接凝華或雪花降落過(guò)程中相互碰撞、壓實(shí)形成的冰晶顆粒。其向冰川冰轉(zhuǎn)化的主要物理過(guò)程是壓實(shí)作用和再結(jié)晶作用。壓實(shí)作用是指隨著粒雪堆積層增厚，上覆壓力增大，使下方粒雪顆粒間的空隙減小，顆粒相互擠壓、融合。再結(jié)晶作用是在持續(xù)壓力和較低溫度下，粒雪中的冰晶結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整和重排，形成更致密、更均勻的冰川冰。二、水冰冰川形成需要年平均氣溫在0℃以下且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，依賴大氣中的液態(tài)水凝結(jié)（降雪）作為物質(zhì)來(lái)源，常見(jiàn)于中低緯度山地和大陸冰蓋邊緣，其冰流主要表現(xiàn)為侵蝕作用，形成U形谷、角峰、刃脊等典型地貌。干冰冰川（或稱CO?冰河）形成所需的溫度條件更嚴(yán)苛，需要極低溫度（CO?的冰點(diǎn)遠(yuǎn)低于水）且大氣中CO?分壓較高，物質(zhì)來(lái)源是大氣中的CO?通過(guò)升華和沉積作用在表面積累，常見(jiàn)于火星等高緯度或低緯度寒冷地區(qū)，其運(yùn)動(dòng)主要依靠固態(tài)CO?的升華侵蝕和沉積搬運(yùn)，形成風(fēng)蝕地貌（如背風(fēng)坡沙丘），侵蝕作用相對(duì)較弱。三、影響行星表面水冰冰川流變性質(zhì)的關(guān)鍵因素包括：冰的密度和孔隙率（影響有效壓力）、溫度（影響冰的脆性或塑性）、應(yīng)力（冰流速度與應(yīng)力成正比，但在不同溫度下關(guān)系不同）、冰的雜質(zhì)含量（影響變形機(jī)制）以及冰床的反作用力（基底滑動(dòng)阻力或阻力）。這些因素相互作用：例如，溫度升高使冰更易變形（塑性增強(qiáng)），但過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致冰裂；冰床的粗糙度或存在融水會(huì)顯著改變基底反作用力，從而影響冰流速度和模式。四、雷伊山干冰沙丘的形成機(jī)制是升華侵蝕和沉積作用。在火星寒冷干燥的氣候下，地表的固態(tài)CO?（干冰）發(fā)生升華，直接從固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。風(fēng)將升華產(chǎn)生的CO?氣體攜帶到背風(fēng)坡，氣體在冷卻時(shí)重新沉積下來(lái)，類似風(fēng)將沙粒搬運(yùn)并沉積形成沙丘的過(guò)程。背風(fēng)坡的沉積物逐漸累積增厚，在重力作用下形成沙丘形態(tài)。干冰的升華速率、風(fēng)向和風(fēng)速以及地表的粗糙度共同控制了沙丘的形態(tài)和分布。五、積雪轉(zhuǎn)化為冰川冰的過(guò)程主要是在冰蓋/冰原的積累中心發(fā)生的：首先，持續(xù)的降雪積累形成厚層的粒雪；隨后，上覆壓力增大，導(dǎo)致下方粒雪經(jīng)歷持續(xù)的壓實(shí)作用，孔隙度減小，粒雪逐漸轉(zhuǎn)化為致密的冰川冰（Firn階段）；再結(jié)晶作用不斷進(jìn)行，冰晶長(zhǎng)大、排列更規(guī)整，最終形成均質(zhì)的海水冰（GlacialIce）。有效的積雪積累意味著持續(xù)且大量的降雪，以及積雪不被大規(guī)模輸運(yùn)出積累中心。冰流運(yùn)動(dòng)源于積累中心巨大的重力，驅(qū)動(dòng)冰體從中心向邊緣（消融區(qū)）緩慢移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式包括塑性變形和基底滑動(dòng)。六、離心力（自轉(zhuǎn)效應(yīng)）通過(guò)影響行星的引力場(chǎng)和物質(zhì)分布來(lái)影響冰川/冰河形成。對(duì)于自轉(zhuǎn)速度較快的行星（如早期火星可能比現(xiàn)在快），離心力會(huì)使其赤道地區(qū)略微隆起，同時(shí)使兩極地區(qū)相對(duì)凹陷。這種地形差異，結(jié)合極地低溫環(huán)境，有利于冰雪在兩極積累形成冰蓋或冰原。即使赤道地區(qū)溫度略高于兩極，巨大的冰蓋/冰原也會(huì)在自身重力作用下，受離心力影響（可能加劇或減弱取決于具體引力分布），向赤道方向運(yùn)動(dòng)，形成從極地延伸至中緯度甚至赤道地區(qū)的冰河或冰流。木衛(wèi)二（歐羅巴）上觀察到的冰殼下的“溝槽”（Lineae），其形成也可能與冰殼在自轉(zhuǎn)和內(nèi)部應(yīng)力作用下的流動(dòng)有關(guān)。七、形成土衛(wèi)二等衛(wèi)星表面線狀特征的可能的冰河動(dòng)力學(xué)機(jī)制包括：冰流（IceStream）——高速流動(dòng)的冰體，其前鋒在相對(duì)固定的冰流邊緣（IceMargin）或冰流邊界（PinelewanLineament）處產(chǎn)生侵蝕，形成狹窄的V形或U形槽；或冰河侵蝕（GlacialErosion）——在冰蓋擴(kuò)展或冰流前進(jìn)過(guò)程中，冰體攜帶的磨蝕物質(zhì)（如冰碎屑、巖石碎屑）對(duì)下方基巖進(jìn)行磨蝕，形成槽狀地貌。解釋這些特征需要考慮的特殊行星參數(shù)包括：衛(wèi)星的半徑和自轉(zhuǎn)引起的離心力（影響冰殼厚度分布和應(yīng)力）、衛(wèi)星的內(nèi)部熱流（驅(qū)動(dòng)冰殼活動(dòng)，如冰下海洋）、冰殼的厚度、冰的流變性質(zhì)、冰與基底的相互作用（如是否存在融水潤(rùn)滑）、以及形成這些地貌的相對(duì)時(shí)間（地質(zhì)年齡）。此外，如果存在冰下海洋，海洋的活動(dòng)也可能驅(qū)動(dòng)冰殼的流動(dòng)。八、在這種平均溫度遠(yuǎn)低于水冰點(diǎn)的系外行星上，廣泛分布的冰河谷可能形成的機(jī)制是：該行星可能經(jīng)歷或正在經(jīng)歷全球性的冰期，大氣中的水以冰的形式存在并參與地貌塑造。即使平均溫度低于0℃，局部地區(qū)或特定季節(jié)的溫度波動(dòng)、地形抬升導(dǎo)致的溫度梯度、或者大氣環(huán)流導(dǎo)致的降水差異，都可能導(dǎo)致冰的積累和侵