新下的雪铺满山坡,是白的。冰箱里拿出一小块冰,往往又近乎透明。到了冰洞、冰川裂缝或厚冰断面里,同样的水却可能显出很深的蓝色。

它不需要先染上一种蓝色颜料。光进入冰以后,不同颜色被保留下来的程度,本来就不一样。只是要让这点差别变得显眼,通常得让光在冰里走得足够远。

厚实冰层透出蓝色,表面较疏松的积雪显得更白。
冰层与积雪的概念插画;颜色受光程、气泡与照明条件共同影响。

一场大雪,还成不了冰川

冰川形成的起点,是雪能跨过一个又一个融雪季继续留下来。新雪不断盖住旧雪,下面的雪粒受到挤压、再结晶,颗粒逐渐长大,孔隙缩小,密度上升,经历粒雪等中间阶段后形成冰川冰。[1]

这并不是“把所有空气一下子挤干净”。冰里仍然可能保留气泡,冰川也不是从表到里都一样致密、一样透明。

仅仅寒冷还不够。一个地方如果降雪很少,或者每年失去的冰雪比补进来的更多,就不能靠低温无限长出厚冰。要看长期积累与损失的账,而不是只看冬天有多冷。

当冰体积累到足以在自身重量作用下持续变形、流动,才出现冰川的关键特征。高山冰川可以沿山谷向下移动,广阔冰盖则能向多个方向铺展。[2]

坚硬的冰,为什么又能流

把一块冰握在手里,它看起来是硬的;把厚厚的冰层放在长期的重力作用下,它却能够通过内部变形缓慢流动。这两个观察并不矛盾,它们对应的应力条件和时间尺度不同。

某些冰川还会在底部滑动,底部的水和地面条件会影响这一过程。但不能把所有冰川都想成一块刚性的冰板,整块贴着地面一起滑:底部冻结很牢时,滑动可以很弱,内部变形仍然重要。

表面较脆的冰在拉伸时会形成裂缝。冰体携带的岩石、砂土,还会参与磨蚀地面;夹带碎屑的冰像带着磨料前进,长期改变山谷的形态。不能仅凭看到一块冰落水,就把瞬间崩塌当成整条冰川日常流动的速度。

蓝色要靠一段足够长的路显出来

白光包含不同波长。冰对可见光的吸收并不完全均匀:红色等较长波长的光,比蓝光更容易在一定路径上被吸收。光在冰里前进,再通过透射、反射和散射等路径到达眼睛,留下来的光就可能偏蓝。[3]

光走得更远,颜色差别才更明显用红绿蓝三个代表色表示连续白光中的成分。较长冰中透射路径上红光衰减较明显,示意光谱逐渐偏蓝。透明度、尺寸和颜色不是实测数值;未绘制实际冰体复杂的散射和观察光路。较短的冰中路径较长的冰中路径颜色差别较小透射光更偏蓝
用三种代表色表示白光成分及其不同衰减,实际光谱连续。箭头长度、颜色深浅和冰块尺寸均为概念示意,不是吸收系数或透过率实测数据;图中展示透射路径,冰川外观还受散射、表面与观察方向影响。

薄薄一块冰里,光走的距离短,这种差别可能不明显,于是看起来透明。较厚、较致密的冰让光走得更深,红色成分逐渐减少,蓝色就更容易显出来。

因此,蓝冰不只是把天空的颜色像镜子一样照了进去。天空、天气和拍摄条件当然会改变观感,但冰自身对不同波长的吸收,已经能解释它为什么有蓝色倾向。

同一条冰川,为什么也有白色和灰黑色

雪由许多冰晶和空气界面组成。光还没进入很深,就在大量界面上多次散射回来,多种颜色一起到达眼睛,外观便偏白。带有很多小气泡、表面破碎风化的冰,也容易显得白一些。[1]

较少气泡、较少表面散射的厚冰,更有机会让光经历较长路径,所以常显得更蓝。这里不能倒推出“越蓝必定越老”,也不能单靠颜色测出冰的年龄、厚度或纯度。

冰中还可能夹有泥沙、岩屑和其他杂质,生物也可能改变雪冰的外观。绿色冰山尤其不能一律归结为长了藻:对部分南极海洋冰的研究,提出铁氧化物颗粒可能与冰自身的蓝色一起参与形成绿色。[6] 不同地点、不同冰层,需要具体成分证据。

“九成在水下”,说的是漂浮冰山

冰川延伸到水边,前端可能崩解出大块冰;冰架也会断裂,产生漂浮冰山。[4] 熟悉的“冰山一角”,描述的是这种浮在水上的冰体:水下部分通常占很大比例,约九成是常用的近似。[5]

这个比例不能搬到山谷里的冰川上。陆上冰川主要由地面支撑,不能把露出的冰面都理解成一小块漂浮顶端;冰山也可能触底搁浅,形状和露出水面的高度会继续变化。

还有一个容易混淆的区别:由积雪形成的冰川冰,主要是淡水冰,与海水直接冻结形成的海冰有不同来历。漂到海里的冰山,并不会因此立刻变成一整块咸冰。

冰在前进,末端仍然可能后退

温暖季节里,表面与前端可能融化;与水接触的冰还会受到水温和崩解的影响。如果长期损失超过补充,冰川会变薄、末端可能退缩。反过来,积累长期超过损失,冰川才有增厚或推进的可能。[2]

“后退”说的是边界的位置,不一定意味着冰正倒着流。可以想象一条仍向下输送冰的传送带:末端融掉和崩掉的速度,超过了上游补给的速度,边缘就会向后退。

看一片蓝冰,可以同时看到两个很不一样的时间尺度:雪粒经过多年压实、冰体长期流动;光却在穿过它的一瞬间,显出了这段路径中的颜色差别。