冰河明明是堅硬的冰，為什麼會像河流一樣流動？
― 被壓迫的冰，會緩慢地改變形狀
冰是一敲就碎的堅硬物質。儘管如此，冰河卻花費數千年的時間往山谷下移動。事實上，冰在受到強大的力持續施壓很長一段時間後，會具有「緩慢改變形狀」而非破裂的性質。冰河流動的原因就在這裡。
把剛從冷凍庫拿出來的冰，用手掌用力握緊。當然，形狀不會改變。摔在地上，就會啪地裂開。冰，就是這樣的東西。
但是看山的照片，會發現沿著山谷有一條白色的冰帶，像河流一樣蜿蜒地往下延伸。表面還刻著好幾道深深的裂縫。
明明應該是堅硬的冰，為什麼看起來像在「流動」呢？而且那些裂縫，還出現在正在流動的東西的表面上。
原因大致有兩個
冰河厚的地方超過一百公尺。因為這個重量，下方的冰持續受到擠壓，不是破裂，而是一點一點地改變形狀。這種「緩慢壓縮」的動作不斷累積，使整體往下方移動。
冰河的底部，有時會因為從地面傳來的熱、或摩擦產生的熱而稍微融化。這層薄薄的水膜有助於滑動，使冰河整體在岩石上滑移。
第一點是冰本身改變形狀的故事，第二點則是冰河與地面之間的故事。接下來依序說明。
堅硬的冰「緩慢改變形狀」，是什麼意思？
在冰的內部，水分子像整齊疊起來的板子一樣排列。板子與板子之間的連結，比板子內部更鬆散。因此當受到強大的力時，就能沿著這個面稍微產生一點滑移。
請想像從斜上方按壓一疊撲克牌的情景。每一張牌幾乎不會滑動，但整疊牌會整體歪斜崩塌。在冰的內部，也發生著類似的事情。
不過，這種滑移非常緩慢。據說許多冰河一年只移動數十公尺。所以就算盯著看，也看不出在動。也有報告指出，速度快的冰河一天可以前進數十公尺，但即使如此，也不是「用眼睛就能看出速度」的程度。
重要的是，這種「改變形狀」的動作，只會發生在受到強力擠壓的地方。冰河表面附近，因為上方堆疊的東西較少，受到的壓力不足。那裡仍然是我們熟悉的「會破裂的冰」。因此冰河上層跟不上下層緩慢移動的速度而裂開。這就是被稱為冰隙的深裂縫。請看圖1。
底部的水，是從哪裡來的？
冰河底部同時發生著3件事。第一是從地球內部上升的熱。地面無論在哪裡，都會一點一點地把熱釋放到外部。第二是冰在岩石上摩擦時產生的熱。就像搓手會變熱一樣。
第三點則有點不可思議。冰受到強大的力擠壓時，融點會稍微下降。也就是說，受到擠壓的程度，就能讓冰在「低於0度也能融化」。不過這個效果非常小，據說即使在厚重冰河的底部，下降幅度也不到1度。儘管如此，如果底部原本的溫度就接近0度，這就會成為融化與否的分界點。
如此形成的薄層水，能讓冰河與岩石之間更容易滑動。即使是相同厚度的冰河，底部凍結的情況與夾有水的情況，移動速度會有很大的差異。
冰河的冰並不是把水結凍而成的。而是堆積的雪，被其上方持續堆積的雪的重量壓迫，一邊排出空氣一邊一點一點變成冰。因此越深的冰越古老，被封在其中的小氣泡，被認為就是過去的空氣本身。
被水侵蝕的山谷，底部往往呈尖銳形狀。相對地，冰河會以整個寬度同時侵蝕底部與側面。因此據說會形成底部寬廣、像容器一樣的山谷形狀。在日本，據信北阿爾卑斯等地也留有這種形狀。
總結
冰河之所以會流動，是因為冰同時具有「會破裂的堅硬」與「緩慢改變形狀的柔軟」這兩種性質。表面破裂，深處改變形狀，底部滑動。這3者疊加在一起，使冰塊像河流一樣往山谷下移動。
冰在受到強力擠壓並經過長時間之後，
就會不再破裂，開始流動。
關於冰本身奇特的性質，請參考為什麼冰會浮在水上？；關於山經過長時間被改造的故事，請參考山頂上的貝類化石，是怎麼到那裡去的？。雪的結晶形成的機制，則在為什麼雪是六角形的？中說明。
- 把一片放久了的巧克力板立在房間裡放置數天。如果是溫暖的季節，下方會一點一點鼓起、形狀改變。敲打的話會啪地裂開，但經過時間後形狀會改變。
- 把蜂蜜滴到盤子上，直接放置10分鐘。剛滴下時是堆成一座小山，但會漸漸攤平擴散開來。可以發現同樣的東西，因「快的力」與「慢的力」而呈現不同的樣貌。
- 把大約50張紙疊成一疊，一邊用手往下壓一邊橫向推移。即使每一張的滑移幅度很小，整疊紙的上下兩端也會產生很大的偏移。這和冰內部發生的動作很相似。
要用冰本身來實驗，需要花上好幾年。請先用替代品，感受一下堅硬的東西經過長時間後也會改變形狀。
想了解更多的人 ― 用語、公式、與教科書的連結從國中理化到大學的專業科目，明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理化課學習的範圍
- 高中高中「物理基礎・地學基礎」學習的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（雪冰學、地球物理學）的內容
- 研究連大學都還不會當作「定論」來教、目前研究者正在調查中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 塑性變形：指即使去除力量也不會恢復原狀的形狀變化。冰河的冰經過長時間改變形狀，就屬於這種情況。
- 底面滑動：指冰河整體在底部的岩石上滑移。底部是否有水，會造成很大的差異。
- 冰隙：冰河表面形成的深裂縫。是因為下層的冰緩慢移動，而上層易碎的冰跟不上速度而裂開所形成的。
國中高中用公式確認：冰河的底部承受多大的力？
來考慮一座厚度100公尺的冰河。其底部每1平方公尺，會直接承受上方所有冰的重量。讓我們把這股力量換算成我們熟悉的氣壓來看看。
| 用符號寫 | P ＝ ρ × g × h |
| 用文字寫 | 底部承受的壓力 ＝ 冰的密度 × 重力加速度 × 冰的厚度 |
| 公式的由來 | 底部每1平方公尺上方冰柱的重量（密度 × 體積 × 重力加速度），除以其面積1平方公尺。這和水底壓力相同，屬於「靜水壓」的公式 |
| P | 冰河底部承受的壓力（單位為帕斯卡＝每1平方公尺的牛頓數） |
| ρ | 冰的密度（kg/m³） |
| g | 重力加速度（m/s²）。1公斤所受重力的大小 |
| h | 冰河的厚度（m） |
| 冰的密度（每1立方公尺的重量） | 約為900公斤 |
| 所考慮的冰河厚度 | 100公尺 |
| 1公斤所受重力的參考值 | 約為9.8牛頓 |
| 底部每1平方公尺上的冰重（公斤） | 900 × 100 ＝ 90000 |
| 該重量對底部施加的力（牛頓） | 90000 × 9.8 ＝ 882000 |
| 約為大氣壓的幾倍（大氣壓約為100000） | 882000 ÷ 100000 ≒ 8.8 |
也就是說，厚度100公尺的冰河底部，承受著大約9個大氣壓的擠壓。換算成水的話，相當於水深約90公尺的力量。這裡使用的符號中，密度的單位是「每1立方公尺的公斤數」，力的單位是「牛頓」，壓力的單位是「每1平方公尺的牛頓數」。這股擠壓力持續很長時間，冰就會開始緩慢改變形狀。
高中高中＋為什麼不是「越深越快」，而是「越上面越快」
高中受到的擠壓力越深越大，所以改變形狀的動作也是越深處越活躍。然而我們所看到的「前進距離」，是該深度以下所有層滑移量累加後的結果。因此累加總和最大的表面，前進得最快。圖1的箭頭越往上越長，原因就在這裡。
高中＋冰和水飴這類液體不同，即使把擠壓力加倍，變形的速度也不會變成2倍。實際上據說變形速度幾乎與擠壓力的3次方成正比地加快。冰河厚度只要稍微增加，速度就會突然加快，原因就在於這種效應的強度。
大學把冰當作「非常緩慢的流動」來處理
在大學的雪冰學中，會把冰河視為擠壓力與變形速度不成比例的流動來處理。冰內部結晶方向的排列方式、含水量、所含細砂的量，都會影響變形的難易程度。擠壓力與變形速度的關係，稱為格倫流動律，據說變形速度大約與擠壓力的3次方成正比。此外據信在底部，冰在越過岩石凹凸不平處時，也會發生受壓側融化、另一側再凍結的動作，這也被認為是冰河前進的機制之一。
📖 公式推導及更深入的內容：静水圧（維基百科・日文） ／ 氷河（維基百科・日文）
研究目前還不清楚的事
- 底部水的路徑 冰河底部的水，究竟是形成又寬又薄的水膜，還是聚集成像細小河流般的水道，據信會因地點與季節而不同，但直接觀測十分困難，目前仍未充分了解。
- 速度突然改變的機制 已知有些冰河平時緩慢，卻會在僅僅數個月內加快到數十倍的速度。是什麼引發了這種現象，至今仍在持續討論中。
- 流入海洋後的預測 冰河與冰床流入海洋的速度，會直接影響未來海平面高度的預測。這部分目前仍被認為是預測中誤差較大的部分。
也就是說，這篇文章的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。尤其是底部發生的事，今後或許會被改寫。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文中的對應位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化：力與壓力、狀態變化 | 冰的重量擠壓底部的故事、冰融化的故事 |
| 高中 | 地學基礎：地形的成因／物理基礎：力與壓力 | 像容器一樣的山谷形狀、底部受壓力的計算 |
| 高中＋ | 物理：物質的變形／地學：冰期與間冰期 | 擠壓力與變形速度不成比例的故事 |
| 大學 | 雪冰學・地球物理學 | 把冰當作流動處理的思維、底部的再凍結 |
| 研究 | 冰河・冰床的觀測與模型 | 底部水的路徑、速度突然改變的機制 |
| ― | 與生活的連結 | 山谷的形狀、封存在冰中的古代空氣 |
- 日本雪氷学会（日本雪冰學會） 編『雪と氷の事典』（雪與冰的辭典）朝倉書店
- 国立極地研究所（國立極地研究所）「南極・北極の科学」（南極・北極的科學）解說頁面
- W. S. B. Paterson『The Physics of Glaciers』Elsevier
- 気象庁（氣象廳）「気候変動監視レポート」（氣候變動監測報告）中有關海平面與雪冰的記述
※本文為大眾科學解說。文中數值為理解原理用的參考概算值。前往被雪或冰覆蓋的地方時，請遵從當地管理單位或自治機構的指引與指示。