冰山

冰山（Iceberg）是大陸冰蓋邊緣或峽灣冰川末端崩解入海的巨大漂浮冰體。在南、北兩極，雪線接近或位于海平面，很多陸地被冰雪覆蓋，形成冰蓋。在自身重力等作用下，冰蓋從陸地伸入海洋，形成漂浮在海上的冰架，由于風暴、潮汐等因素，一些冰架發生斷裂、脫落，進入海洋，形成冰山。一座巨型冰山從冰架上斷裂一般需要經過10至30年的漫長過程，最終會在緯度較低、水溫較高的海域逐漸消融。

冰山誕生于地球的南北極海域。南極大陸和北極格陵蘭島終年白雪皚皚，在寒冷的天氣下很少融化，因此年復一年降落的雪不斷堆積起來，厚度可達數千米，雪線接近或位于海平面。雪花在其自身壓力下漸漸變成密實的冰體，最終連成廣袤的冰川或冰蓋。在重力作用下，冰川緩慢地向大陸邊緣“流動”，伸入四周的大海。冰川伸向海面的部分被稱為冰架，由于風暴、潮汐等因素，發生上下運動，一些冰架發生斷裂，崩解產生小至幾平方千米大至幾千平方千米、厚度為數百米的冰山，脫落后進入海洋，形成了冰山。

冰山形成示意圖（以南極羅斯海為例）

從歷史記錄看，一座巨型冰山從冰架上斷裂一般需要經過10至30年的漫長過程，并且是從冰架上出現冰裂開始。隨著全球氣候變暖，小規模的冰山從融化的大型冰山中分離，導致航道內小型冰山出現的概率增加。

地球自轉產生的科里奧利力和南極大陸海岸環流產生的西向推力共同作用，使得大部分冰山向西沿著南極大陸邊緣漂移，圍繞南極大陸轉動數年，最終會在緯度較低、水溫較高的海域逐漸消融。然而冰山的一生長短不一，短的一兩年就全部消融，“長壽”的冰山有可能會漂流十幾年，從南極隨著洋流最遠能漂到南緯40°的洋面上。

冰山融化

南極海域是世界上冰山分布最多的區域，約有22萬座冰山。在南極冰蓋外圍，主要分布有羅斯冰架、龍尼-菲爾希納冰架和埃默里冰架等，這些冰架是冰山的主要來源。另外，整個南極大陸被一塊有500多萬年歷史的巨大冰蓋覆蓋著，直徑約4500千米，面積約1398萬平方千米，約占南極大陸面積的98%。這塊冰蓋占世界陸地冰量的90%，淡水總量的70%。

南極冰山

北極冰山主要分布在格陵蘭島、阿拉斯加、新地島、斯瓦爾巴群島、弗朗茨約瑟夫地、西維拉地島、烏沙科夫島等沿岸地區的海域，每年約有16000座冰山從冰蓋上脫落進入北冰洋，其中90%的冰山來自格陵蘭冰蓋。北極冰山緯度最高的來源是挪威北部的斯瓦爾巴群島和俄羅斯北極地區的島嶼，從這些來源產生的冰山并不大，大約每年6.28立方千米。其中，大概26%來自斯瓦爾巴群島，36%來自弗朗茨約瑟夫地，32%來自新地島，約6%來自西維拉地島，0.3%來自烏沙科夫島，這些冰山許多直接進入淺海巴倫支?；蚩?，在那里擱淺。

冰山的密度為900千克/立方米，與海水非常接近，冰山有8/9的體積浸沒在海平面下，露出水面的只是它的1/9，隱蔽性很高，即便是借助船用雷達，也很難及時觀測到這些海面上尺度較小的冰山。其長、寬、高小到幾十米，大到幾千米不等，質量差別高達8個量級，從質量約1000噸的小冰山到質量超過1010噸的巨大南極板狀冰山。

格陵蘭島的冰山

北極的冰山通常比南極的冰山要小，1882年，在北極巴芬島附近觀測到的一座冰山長13千米，寬6公里，冰山高出水線的高度為20米。1927年，捕鯨者Odd I在南極洲克拉倫斯島觀測到的冰山長180千米，冰山高出水線的高度為30至40米。1956年，美國冰川號在斯科特島附近發現了一座冰山，長度為335千米，寬度為100千米。2000年，冰山B-15從羅斯冰架上斷裂，最初的長度為295千米。幾天后冰山B-15分裂成兩部分，其中較大部分冰山B-15a長120千米，寬20千米。2005年10月，冰山B-15a在維多利亞地的阿達爾角附近因遠處涌浪的影響解體成幾大塊。

大部分冰山呈現出白色，是因為絕大多數照在冰雪表面的可見光都被反射回來。在可見光譜的范圍內，被冰雪吸收的能量很低，而且反射率在各個波段比較均勻，雪花能均勻地反射所有波長的光，從而形成閃閃發光的白色冰山。

白色冰山

在冰山的凹陷處或海浪侵蝕出的洞穴中，常會呈現出一種特別純凈的藍色。有些冰山在海浪、海流以及特殊地形的作用下，還會發生翻轉，露出底部沒有白雪覆蓋、半透明的藍色冰體。這或許是冰因為融化重新凍結形成不同晶體結構，從而使冰山呈現藍色所致；亦或是由于冰中包含有機物、礦物質、冰藻等，使得冰山在陽光折射下呈現出藍色。

藍色冰山

海水、藻類和缺乏裂縫可以創造除白色和藍色以外的顏色。當冰冷的海水在從陸地延伸到海洋的冰架底部凝結時，巖石中的鐵與海水混合，會呈現出翡翠般的綠色，綠色冰山是南極特有的非常少見的冰山。冰川與陸地磨蝕時粘上的碎石會在冰中形成灰色條紋。冰架底部的裂縫被海水填滿后結冰，就會形成彩色條紋冰山。年代久遠的冰川內部巨大壓力把空氣擠壓出來而晶體化，失去了反射光線的能力，沉積物會產生一些冰山中存在的骯臟的黑色，則會形成黑色冰山。

綠色冰山

冰山的形狀各不相同，依據冰山的形狀主要可以將冰山分為板狀冰山和非板狀冰山兩大類。

板狀冰山包括塊狀和桌狀冰山，是從冰架的邊緣分裂出來的又寬又平又長的冰山，一般體量巨大，外觀呈現為極規則的長方體。和所有冰山一樣，表面上可見的部分只是冰山質量的10%，其余的都藏在水下。板狀冰山會隨著海水和風的侵蝕逐漸變得“圓潤”，棱角會逐漸的消失不見。在南極，冰山體積巨大，很多是方正的板狀冰山，外形相對單一。2018年10月25日，據國外媒體報道，美國航空航天局（NASA）的研究人員在南極洲的拉森號冰架發現了一座方形冰山，邊緣齊整，專家認為，冰山銳利的邊緣表明它可能剛剛從冰架上斷裂。南極冰山基本上是南極冰蓋的陸緣冰脫離冰蓋、移入海域而形成的，因此往往容易形成規模很大的桌狀冰山。由于南極氣溫低，冰山幾乎不因融化而變形。北極海域氣溫遠遠高于南極海域，因此冰山容易在漂移過程中融化，體積變小。

板狀冰山

非板狀冰山

非板狀冰山較小且形狀不太均勻，通常具有銳角和曲線，包括楔形冰山：一邊是陡峭邊緣，另一邊是平緩斜坡的冰山；尖頂形冰山：一座有一個或多個尖頂的冰山；船塢形冰山：被侵蝕形成溝渠和渠道的冰山。和穹頂形冰山：頂部呈圓形的冰山。在北極，冰山體積較小、結構緊湊，由大量冰組成，其中非板狀冰山最為常見。

冰山實際形狀是不規則的，但從數值試驗角度，通常選擇幾種規則形狀以涵蓋冰山真實形狀，例如，用球體模型、立方體模型和棱柱體模型分別表示圓形冰山、塊狀冰山和平板冰山。用球體模型、立方體模型和棱柱體模型分別表示圓形冰山、塊狀冰山和平板冰山。

獲取浮冰山在波-流中的運動需要求解流體控制方程，包括質量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程。由于不可壓縮流體只有很少的熱量交換，因此忽略能量守恒方程。

浮冰山流域滿足的質量守恒方程（連續性方程）為

，式中，

是時均速度。

動量守恒方程（N-S方程）為

，式中，?表示外積，

為平均壓力，

為平均黏性應力，

為雷諾應力，是湍流引起的時均效應，

為流體密度，g為重力加速度。

對于浮體在波浪中的運動，通常定義兩個坐標系，一個是大地坐標系OXYZ，一個是跟隨浮體質心平動的隨體坐標系OX'Y'Z'，相對于大地坐標系的浮體運動方程為

，

，式中，m為浮體質量，I為浮體轉動慣量，Ω為角速度矢量，V為線速度矢量，f為流體施加于浮體的合外力，M為浮體受到的合外力矩。

冰山形狀對于冰山的漂移有明顯影響，塊狀冰山的漂移速度與位移最大，平板冰山次之，圓形冰山最小。這些冰山主要沿著南極近岸運動，冰山在運動過程中由于受到海水的侵蝕會不斷的崩解和融化，當冰山在近岸大陸架上運動時，受洋流、海洋表面風場以及海底地形等外界自然條件的綜合作用，其運動狀態通常毫無規律并且難以準確預測，直到冰山運動到深海海域時由于脫離了海底地形的束縛，冰山運動軌跡才變得簡單易測。

冰山運動的主要動力是洋流和風，海底地形、海冰和科里奧利力也會對其運動軌跡造成不同程度的影響。其中，洋流、海表風場、海底地形是影響冰山運動軌跡的最主要因素，科里奧利力次之，海冰的作用力最小。當冰山在近岸大陸架上運動時，受洋流、海表風場以及海底地形等外界自然條件的綜合作用，其運動狀態通常毫無規律且難以準確預測。直到冰山運動到深海海域時，由于脫離了海底地形的束縛，其運動軌跡才變得簡單易測。在南極，由于南極環極流和風的影響，冰山的運動主方向呈北東，也有呈北西向運動，但少有南向運動。

厚度達上百米的冰山，在具有復雜海底地形的近岸海域運動過程中可能發生擱淺，擱淺會觸發不同的區域性海洋過程，對近岸洋流循環、海冰生長以及海洋生態系統造成嚴重影響。例如，Robinson和Williams（2012）以及Remy等（2008）分析了從羅斯冰架崩解產生的B15冰山擱淺對麥克默多站附近海域海洋過程的影響，發現冰山擱淺限制了海洋表層水循環、降低了附近冰架底部消融量并且阻礙了區域海冰擴散。另外，冰山若卡在一些小島邊緣，將使島上企鵝、海豹的覓食路徑受到影響。極地動物獵食途中如果因為冰山阻擋需要繞道，激增的路程會增加其幼崽餓死的概率。2010年南極洲英聯邦灣丹尼森角附近的一塊冰架斷裂，形成巨大的B90b冰山，這座冰山和許多浮冰一起堵在丹尼森角海岸線附近。由于企鵝繁殖的特點，原來居住在丹尼森角海岸線上的阿德利企鵝必須繞過這座冰山，回到原繁殖地，而繞行的路程長達60千米，如此漫長的捕食路程給企鵝帶來了很大的困難。受此影響，丹尼森角的阿德利企鵝種群數量開始急劇下降：2010年原本有16萬只，第二年夏天僅剩下1萬只。

冰山上的企鵝

同時，冰山融水中含有豐富的鐵以及其他營養物質，有利于海洋浮游植物的生長，并最終提升了該海域的固碳能力。從冰山附近一直延伸至數百千米的范圍內存在生長活躍的浮游植物帶，提高的浮游植物生產力直接影響海洋的碳儲存，并且即便冰山“漂走”，原本所在海域內的這一現象還能持續至少一個月。南大洋海域20%的固碳量與冰山融水有關。如果巨型冰山崩解融化繼續加劇，其對碳循環的負反饋作用可能將更大。在其漂浮過程中不斷融化，內部的礦物質不斷釋放進入海洋，可為磷蝦等海洋生物提供食物來源。

船舶與冰山碰撞的概率并不大，但是一旦發生，就會給船舶結構以及船上人員安全帶來危險。據統計，在1619~2004年間，共發生了約670起船舶與冰山的碰撞事故，這些事故不但造成了人員傷亡和經濟損失，還給周圍環境帶來了嚴重破壞。

另外，冰山是一種淡水資源，許多缺水國家都正在制定拖運和利用南極冰山解決缺水問題的計劃。在2021年時，科學家曾估計A-76A冰山已向海洋注入大約9億噸淡水，其中大部分在南喬治亞島附近，此后還將繼續向附近海洋注入大量淡水資源，驅動海洋循環流動。

冰山融化會釋放大量的甲烷，而甲烷也是一種溫室氣體，而且它的升溫能力是二氧化碳的80多倍。另外，相較于地球表面的其它材料，冰很少吸收太陽熱量，相反它對太陽光的反射率極高，因此有冰被覆蓋越多的話，地球其實是更不容易升溫的。當冰川一點點脫落，冰山一塊塊融化的時候，會導致全球變暖加劇。海因里希事件的發生伴隨著大規模的冰川崩潰，大量的淡水在很短的時間內傾瀉進入北大西洋，產生大量冰山，這會對北大西洋水文造成嚴重影響，導致NADW的形成減弱。在大西洋經向翻轉流體系中，NADW的形成減弱同時意味著表層的墨西哥灣流及其北大西洋的延伸——北大西洋流的強度變得疲軟。這使得向北輸送的熱流量減少，反過來將導致南極變暖，這就是“雙極蹺蹺板”的氣候模型。

冰山犁溝形成示意圖

冰架或冰川斷裂時形成冰山，在冰山漂移過程中，當冰山水下部分的厚度大于該地的水深時，冰山龍骨接觸到海底，或者冰山融化后重心發生變化，翻轉后撞擊海底，在洋流與科里奧利力共同作用下冰山底部與海底基巖之間會發生相對滑動，在擱淺區內做緩慢運動，就會產生冰山犁溝地貌。冰山犁溝的大小和形狀取決于冰山的大小、水深、洋流、大氣環境、海底基底、風力以及過去冰川變遷的歷史等因素，對冰山犁溝的研究有助于判斷冰山龍骨的大小和尺寸，從而判斷冰山的形態特征、遷移路徑及驅動因素，進而了解冰蓋冰架融化崩解的過程及影響因素。同時冰山觸底也會擾亂和改造海底沉積物、影響當地生態系統，對冰山犁溝的研究也有助于更好地了解受冰川影響的沉積環境和年代。在南北極地區均發現過此地貌，如巴倫支海北部、斯瓦爾巴特群島北部、威德爾海、松島灣和松島冰川下等。

南極洲的冰山形狀奇特，有的冰山竟然出現了彩帶，其中一些冰山看起來像巨大的漢堡。冰山中間的夾層呈現藍色、綠色還有褐色的花紋?？茖W推測，那些藍色的條紋是由于冰山碎片崩裂后，一些冰雪融水滲入后凍結而成的。當冰山崩裂后一部分落到水里，咸咸的海水層在小冰山下面凍結，如果這一區域的海藻豐富的話，它們就會呈現綠色的斑紋。黑色、褐色和黃色的條紋是因為冰山沉積物造成的，當冰山碎片滑落到海里，周圍沉積物覆蓋在上面，就形成一層黑褐色和黃色的斑紋。