U型谷

U型谷^[1]（英語：U-shaped valleys），又稱冰蝕谷（trough valleys）、冰河槽（glacial troughs），係由冰川作用過程所形成，其橫截面上呈現特徵性的U形──具有陡峭且筆直的側壁，以及平坦或圓潤的谷底（對比之下，由河流切割而成的山谷，橫截面上多呈現V型谷）。當冰川沿著斜坡向下移動時，磨蝕切割山谷，便形成冰蝕谷。^{[2] [3]} 待冰川消退或融化之後，山谷仍留存下來，谷中通常散布著由冰川運送的小石塊，稱為冰磧或冰川漂礫。

U型谷的遍布全球山區，包括安地斯山脈、阿爾卑斯山脈、高加索山脈、喜馬拉雅山脈、洛磯山脈、紐西蘭以及斯堪地那維亞山脈。此外，在歐洲其他主要山脈中也能見到它們的身影，例如喀爾巴阡山脈、庇里牛斯山脈、保加利亞的里拉山脈與皮林山脈，以及蘇格蘭高地。典型的冰蝕谷案例包括美國蒙大拿州的冰河國家公園，聖瑪麗河便流經此處。另一個著名的U型谷是位於威爾斯史諾多尼亞的南佛蘭肯谷。

當U型谷沈入鹹水，稱為峽灣（fjord）；此詞彙源自挪威語，在挪威這種地形非常普遍。另外，加拿大紐芬蘭島格羅斯莫恩國家公園內的西布魯克池峽灣，也是具有峽灣特徵的典型U型谷；若谷底積水，則形成槽湖。

U型谷的形成發生於地質年代，因此人類的一生、乃至人類數千年信史，都無法觀察。據地質學家研究，從V型谷蝕刻成U型谷，可能需要1至10萬年的時間。^[4] 這些山谷的深度可達數千英尺，長度可達數十英里。^[2]

在開闊地區，冰川會均勻拓展。但在受限於山谷時，則多向往深處下切。^[2] 冰層厚度是影響山谷深度和蝕刻速率的主要因素。當冰川向下移動穿過山谷（通常山谷中原本已有河流流經）時，山谷的形狀會發生轉變。隨著冰雪融化和退縮，留下的山谷具有極其陡峭的側壁和寬闊平坦的谷底。這種拋物線形狀，是由於冰川侵蝕移除了流動阻力最大的接觸面，產生的截面能將摩擦力降至最低。^[5]

這種U形主要有兩種變體：第一種稱為「洛磯山模型」（Rocky Mountain model），歸因於高山冰川谷，呈現出對山谷整體的加深效果；第二種稱為「巴塔哥尼亞-南極模型」（Patagonia-Antarctica model），歸因於大陸冰蓋，對周邊環境呈現出整體的加寬效果。^[5]

冰蝕谷的谷底，是最能體現冰川作用週期的地方。大部分情況下谷底寬闊平坦，且存在各種象徵冰川前進、後退時期的特徵。山谷可能出現多個階地，稱為谷階，其深度從數十公尺到數百公尺不等。^[4] 這些階地隨後會被沉積物填滿形成平原，或被水填滿形成湖泊，有時被稱為「串珠湖」（string-of-pearl liakes）或帶狀湖（ribbon lakes）。^[4] 這種充滿水的U型谷盆地也稱為「峽灣湖」或「谷湖」（jord-lakes或valley-lakes；挪威語：fjordsjø或dalsjø）。挪威的延德湖和班達克湖即為峽灣湖的範例。部分峽灣湖非常深，例如米約薩湖（453 公尺）和霍寧達爾湖（514 公尺）。冰蝕谷的縱向剖面通常呈階梯狀，平坦的盆地被冰蝕門檻（thresholds）隔開。河流經常在門檻上切割出 V型谷或峽谷。^[6]

在冰川期，周圍較小的支流山谷通常會匯入主谷，待冰雪融化後，在冰蝕谷壁的高處留下名為「懸谷」的特徵。

冰川消退後，山頂的積雪與冰塊融化，會在 U型谷中形成溪流與河流，這些被稱為「不稱職河流」。在懸谷中形成的溪流則產生流入主谷分支的瀑布。冰蝕谷內也可能存在天然的阻礙結構，稱為「冰磧」，這是由冰川移動與堆積的多餘沉積物和冰磧石所形成的。

在火山山脈中（如安地斯山脈的主科迪勒拉），冰蝕谷底可能會被厚實的熔岩流所覆蓋。^[7]

冰蝕谷或冰川山谷通常結束於一個突然的起點，稱為「谷尾」（trough end）或「谷源」（trough head）。^[8] 這裡可能有近乎垂地的岩壁與壯觀的瀑布。^[8] 一般認為這是由數個小冰川匯聚成一個更大冰川的地方所形成的。^[8] 範例包括：湖區的 Warnscale Bottom、優勝美地谷，以及瑞士的羅塔爾谷（Rottal）與恩斯特利根谷。^[8]

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  從不同角度看伊斯特達倫的谷尾，可見精靈之路與瀑布。

冰蝕谷也以海底山谷的形式存在於大陸棚上，例如聖羅倫斯海溝。這些地貌特徵透過改變洋流模式，顯著影響了沉積物分布與生物群落。^[9]

早期地質學家不認同冰川能夠造成U型谷。這是由於冰的質地相對柔軟，當時的人們難以相信其能夠對堅硬的基岩造成如此嚴重的切割。

到了20世紀初，兩位傑出的地質學家改變了這一看法：

• 威廉·莫里斯·戴維斯：作為「侵蝕週期論」的創立者，戴維斯在其 1900 年發表的著作中指出，冰川具有極強的側向侵蝕力。他認為 U型谷是冰川進入「壯年期」的標誌，透過磨蝕與拔蝕作用（plucking），冰川能將原本河流形成的 V 型谷修飾成寬闊的 U 型，並留下高懸於主谷上方的「懸谷」。
• 阿爾布雷希特·彭克：彭克則從動力學角度提出了「調整橫截面法則」。他認為 U型谷的橫截面積與流經的冰量成正比，山谷的形狀是為了達到運送冰雪的平衡。他與布呂克納共同確立了「冰川超深作用」（Glacial overdeepening）的概念，證明冰川不僅能拓寬山谷，更能挖掘出低於海平面或周圍地表的深邃盆地，這也成為他劃分阿爾卑斯山四次大冰期的重要地貌證據。

1970、1980年代，科學家們針對冰川侵蝕的可能機制、以及U型谷的形成，提出了多種模型，研究才逐步取得進展。目前已開發出數值模型，用以解釋冰川如何切割並形成U型谷的現象。^[4]

• 冰川地貌（Glacial landforms）：由冰川作用所塑造的地形總稱。
• 懸谷（Hanging valley）：主冰川谷兩側較高處的支流冰川谷，常形成瀑布。
• 高山谷（High valley）：位於高海拔地區、通常由冰川形成的寬闊谷地。
• 冰磧（Moraine）：冰川搬運並堆積而成的岩石與土石堆。
• 帶狀湖（Ribbon lake）：位於冰蝕谷底部、狹長且深邃的冰蝕湖。
• 支谷（Side valley）：匯入主谷的較小山谷。