Ледники. 2

     Введение 

     Образование ледников – это ещё один процесс  сглаживания (градации) рельефа. Он может  прерывать другие процессы такого рода, например речную эрозию, и накладывать  на них отпечаток своей эрозийной  и аккумулятивной деятельности.

        Всего 10000 лет назад, в плейстоценовую эпоху, ледники покрывали огромные пространства материков. Хотя с тех пор ледники отступили, они в значительной степени повлияли на рельеф. В горных районах и в высоких широтах северного и южного полушарий ледники и сейчас продолжают изменять ландшафт.

        Живописный ледниковый рельеф  обычно заставляет нас забывать  о том, что формирование льда  в любом месте способствует  процессам выравнивания, сглаживания  рельефа. Важно, прежде всего  то, что вода, затвердевая и превращаясь  в лёд, не сжимается, как большинство веществ, а наоборот, расширяется. Благодаря тому расширению лёд играет большую роль в физическом выветривании и в изменении поверхности суши.

        Лёд образуется повсюду, где  замерзает вода,- в озёрах, морях,  реках, в грунте или в атмосфере. Мы привыкли видеть его в форме снега, который состоит из ажурных гексагональных кристаллов, очень изящных и красивых, но лёд встречается в различных других формах, например в виде кристаллов инея и игольчатых, ветвистых и похожих на перья масс, что оседают на оконных стёклах. В водоёмах лёд образует либо неправильные сростки крупных столбчатых (игольчатых) кристаллов, либо твёрдые массы, состоящие из вытянутых гексагональных кристаллов, длинные оси которые перпендикулярны поверхности воды.

     Что такое ледники?

       Ледники - это естественные массы  кристаллического льда, перекрытого  уплотненным снегом - фирном. Они  образуются на земной поверхности  в результате длительного накопления снега и отрицательных температур. Необходимым условием для образования ледников является сочетание низких отрицательных температур с большим количеством твёрдых атмосферных осадков. Такое сочетание характерно для областей высоких широт (приполярные и полярные области) и высокогорий.

         Современные ледники занимают  площадь около 16,2 млн. км², т.е.  около 11% поверхности суши, а общий  объем  заключённого в них  льда составляет около 30 млн.  км³. Самые крупнее покровы  ледников в Антарктиде и Гренландии. Ими покрыты многие острова в Арктике (Новосибирские, Врангеля и др.). Существуют ледники и в горных областях.

        В горах ледники рождаются  выше уровня снеговой линии,  но при движении вниз могут  опускаться намного ниже. В этом  случае они переходят в область, где масса ледника постепенно уменьшается в результате его механического разрушения, испарения или таяния. Эту область иногда называют областью стока или областью разгрузки ледника.

        Большое значение в преобразовании  снега или фирн, а затем и в лёд имеют давление и сублимация (возгонка), под которой понимается испарение снега и льда и новая кристаллизация водяного пара. Общая направленность процесса следующая: снег→фирн→глетчёрный лёд. При этом из 10м³ снега образуется 1м³ льда.

                                                   Типы ледников  

        В зависимости от климатических  условий и рельефа, соотношения  областей питания и разгрузки  выделяют следующие типы ледников: материковые, или покровные; горные, промежуточные, в которых сочетаются элементы покровных и горных ледников.

        Покровные ледники. К этому типу относятся ледники, покрывающие огромные территории – полярные острова и континенты. Характерной особенностью таких ледников  является их большая мощность, отсутствие влияния доледникового рельефа на их перемещение, радиальное направление движения ледника от его центра и наличие плосковыпуклой поверхности наподобие щита.

        Антарктический ледяной покров. Антарктида занимает площадь около 15 млн. км², из которых около 13 млн. км² занято ледниковым покровом. Ледниковый покров образует огромное плато высотой 4000м, которое покоится на скальном основании. Подлёдный рельеф характеризуется большой сложностью. Наряду с горными хребтами и возвышенностями имеются обширные низменности и впадины, опущенные на десятки и сотни метров ниже уровня Мирового океана.

        Мощность льда в Антарктическом  покрове изменяется от нескольких  сотен метров около гор или  у края материка до 4000м и более в его центральных частях. Средняя мощность составляет около 2000м. Ледники спускаются к океану и формируют огромные массы шельфового льда, частично лежащего прямо на дне и частично находящегося на плаву.

        Самый большой ледник – это ледник Росса, заполняющий южную часть моря Росса и обрывающийся отвесным уступом высотой 60м, а иногда и 75м. Его ширина с севера на юг составляет около 800км. Местами на леднике Росса выступают каменные глыбы подлёдного рельефа. От краёв ледника откалываются огромные айсберги высотой до 60м, имеющие площадь до 100км², с которыми выносится и часть обломочного материала в открытое море. По мере таяния айсберга обломочный материал отлагается в море, который участвует в образовании так называемых акваморен.

        Гренландский ледниковый покров имеет площадь около 2 млн. км². Он  занимает около 80% суши Гренландии. В большинстве случаев ледниковый покров не достигает моря, но в некоторых местах ледник подступает к берегу. От нависающего ледника откалываются глыбы, которые пускаются в плавание в виде айсбергов. В горной части острова лёд, перетекая  через перевалы, даёт начало крупным долинным ледникам. Эти так называемые выводные ледники местами достигают в длину 40км.

        Максимальная мощность льда в  центральной части покрова, по данным сейсмических исследований, составляет 3400м. Средняя мощность ледяного покрова равна 1500м. В краевых частях мощность ледника и из-под него выступают гребни скальных вершин.

        Горные ледники. По стадиям своего развития горные ледники разделяются на несколько типов. Ледники альпийского, или долинного, типа развиты в Альпах, на Кавказе, Памире, т.е. в тех горных областях, где чётко выражены область питания, в пределах которой идёт накопление снега и его преобразование в лёд, и области стока. Ледники формируются  или в циркообразных котловинах в верхней части горных склонов, или в расширенных воронках водосборных бассейнов, или на пологих вершинах и выровненных поверхностях, находящихся на высотах, превышающих уровни снеговой линии. Областями стока горных ледников являются горные долины. Длина ледниковых потоков  зависит от размера питания снегово-фирнового бассейна. Чем обильнее питание и больше уклон долины, тем быстрее и дальше продвигается ледник.

        По своему строению ледники могут быть простыми и сложными. Простые ледники характеризуются обособленными друг от друга языками, имеют одну область питания и одну область стока. Сложные ледники состоят из нескольких ледниковых потоков, выходящих из разных областей питания, но сливающиеся в одной ледниковой долине, и имеют одну и ту же область стока. Примером сложных ледников служит ледник Федченко на Памире. Он имеет длину 75км и принимает около 20 ледниковых притоков. Толщина льда в центральной части ледника Федченко составляет 1000м.

        Переметные ледники характеризуются тем, что обладают единственной областью питания. Они образуются в условиях единого фирнового бассейна или на перевальных седловинах, или возникают путём слияния фирновых бассейнов различных склонов в единый. Таким образом, сток ледников осуществляется радиально во все возможные стороны разных склонов горного хребта.

        Каровые ледники образуются в кресловидных углублениях в привершинной части горных хребтов, которые носят названия каров. Кары врезаются в верхнюю часть склонов гор или располагаются в привершинной части ледниковых цирков и ледниковых долин.

        Висячие ледники располагаются на крутых горных склонах и заполняют сравнительно глубокие западины в рельефе. Своё название они получили потому, что висят над обрывами и нередко срываются вниз в виде обвалов и глетчёрных “камнепадов”.

        Промежуточные ледники. К этому типу относятся плоскогорные и предгорные ледники.

        Плоскогорные ледники приурочены к выровненным вершинным поверхностям древних горных массивов. Ледники располагаются на них сплошным покровом. Один из таких ледников находится в Норвегии (ледник Юстедаль) и имеет площадь около 950км². Из-за широкого распространения в Скандинавии их часто называют скандинавскими. Подобного рода ледники известны в горах Алтая.

        Предгорные ледники формируются в приполярных районах и предгорных частях. Они питаются от фирновых полей, расположенных в горах или в горной части. Это типичные горные ледники, но когда они выходят на предгорную равнину, то растекаются во все стороны и образуют ледниковый шлейф, покрывающий большие пространства.

        Следовательно, здесь сочетаются  горные ледники с покровными. Последние располагаются  на  выровненных предгорьях. Примером  предгорных ледников является  ледник Маляспина на Тихоокеанском побережье Аляски. Его площадь составляет около 3800км². 

                           Режим и движение  ледников 

        Под режимом ледников понимают  особенности их снабжения и  подпитки твёрдыми атмосферными  осадками, а также особенности  перемещения и изменения их массы в результате абляции – таяния, испарения или механического разрушения (от латинского «абляцио» - отнимая, снос»).

        Динамика ледников. Находясь под большим давлением, твёрдый лёд приобретает пластические свойства и начинает перемещаться. Пластичное движение льда обычно наблюдается в нижней части ледника. Такое движение возможно только при значительной мощности льда, создающего нагрузку на его нижние слои, и достаточной чистоте. При движении горных ледников, где уклоны последнего ложа очень крутые, помимо пластичного течения большое значение имеет сила тяжести.

        Скорость движения ледников различна  и зависит не только от степени  уклона ложа, толщины льда, но  и от времени года. Горные ледники  Альп перемещаются со скоростью  от 0‚1 до 1‚0 м/сутки. У некоторых ледников Памира и Гималаев скорость достигает 10 м/сутки. Скорость выводных ледников Гренландии, спускающихся в фиорды, достигает 30 м/сутки. Иногда ледники начинают перемещаться с катастрофической быстротой. Ледник Медвежий на Западном Памире в 1963 году неожиданно начал перемещаться со скоростью около 50 м/сутки (в отдельные моменты скорость его движения достигала 100 – 150 м/сутки). За короткое время ледник продвинулся около 6‚5 км, блокировал течение реки и в результате этого, образовалось подпрудное озеро. В последующем вода прорвала ледяную плотину. Возник селевой поток, который, двигаясь с высокой скоростью, произвел большие разрушения на своём пути. Затем активность ледника резко снизилась. Проведённые наблюдения показали, что в определённые годы скорость ледника увеличивается, а затем движение его замедляется. Удалось наметить его периодичность и в изменениях скорости движения ледника Медвежий. Подобные ледники стали называть пульсирующими.

        Наблюдения за движениями ледников  показали, что для них характерна разная скорость движения отдельных частей ледника. Оказалось, что наибольшая скорость движения свойственна для центральной части ледника, а на краях (прибортовых частях) и в придонных частях она уменьшается в результате трения о коренные породы.

        Ввиду разного уклона и скорости  движения поверхность ледника  покрывается множеством трещин. Благодаря разным напряжениям  поверхность ледника начинает  раскалываться. В верхней части  горного ледника при переходе  от области питания к области  стока возникает длинная и широкая краевая трещина, нередко достигающая ложа.

        Динамика материковых покровных  ледников существенным образом  отличается от динамики горных. По идеализированной схеме Е.В.Шанцера  она представляется следующим  образом. В центральной части ледника располагается область питания. Нижние слои льда под давлением верхних толщ приобретают пластичность и начинают двигаться в радиальных направлениях к краевым частям ледникового покрова. По мере движения льда его масса и толщина уменьшаются в результате абляции. Разрушительная деятельность ледника в основном приурочена к областям питания, а в областях абляции происходит придонная ледниковая аккумуляция. 

                                     Причины оледенения 

        Для того чтобы на материке происходило наступление ледников, необходимо сочетание некоторых условий. Нужно, чтобы суша находилась в высоких широтах или, может быть, на большой высоте над уровнем моря, чтобы выпадало достаточно много снега и чтобы среднегодовые температуры были на несколько градусов ниже, чем сейчас. Поскольку положение и высота материков со временем последней ледниковой эпохи существенно не изменились, становится очевидным, что оледенение зависит непосредственно от климатических условий. Изменения климата, однако, были периодическими. Изучение последнего оледенения показало, что за период около 2 млн. лет произошло четыре главных и несколько второстепенных продвижений льда. Главные стадии наступания ледников разделялись продолжительными тёплыми межледниковьями, когда климат был, очевидно, теплее, чем сейчас. Потепление и похолодание климата происходит с периодичностью около 100000 лет.

        Для того чтобы начался холодный  ледниковый или тёплый межледниковый  период, требуется изменение климата  с понижением или повышением  температуры всего на несколько градусов. Поэтому гипотезы, касающиеся причин оледенений, часто предусматривают слабые изменения климата на земном шаре, которые имеют либо земное, либо внеземное происхождение.

        К земным относятся причины,  уменьшающие количество солнечного тепла, которое достигает Земли, или вызывающие изменения в распределении тепла на её поверхности.

        Сначала предполагали, что похолодание  климата на Земле связано с  уменьшением прозрачности атмосферы  при попадании в неё вулканического  пепла. Известные из истории сильные вулканические извержения на короткое время вызывали похолодание во всём мире, что было обусловлено рассеиванием тонкого вулканического пепла в верхних слоях атмосферы. Частицы пепла поглощают солнечное излучение и отражают его назад во внеземное пространство, уменьшая количество солнечной энергии, достигающее Земли. Вообще-то эксплозивные извержения вулканов, происходящие в течении длительного времени на обширных площадях, могут вызывать такое похолодание климата на всей планете, что начнётся оледенение. Однако большинство геологов, по-видимому, не считают, что вулканическая активность могла быть столь сильной; вместе с тем все соглашаются, что вулканизм может действовать как спусковой механизм, вызывающий начало оледенения, но главные причины наступания ледников нужно искать не здесь.

        Уменьшение количества тепла,  удерживаемого Землёй, связано так  же с изменением содержания  в атмосфере углекислого газа. Углекислый газ пропускает в  атмосферу солнечное излучение  с меньшей длиной волны, но замедляет потерю тепла, благодаря углекислому газу климат на Земле становится теплее, и уменьшение его количества в атмосфере должно вызывать  похолодание. Однако, не доказано, что этих изменений было бы достаточно для того, чтобы вызвать ледниковую эпоху.

        Изменения в распределении тепла  на поверхности Земли связаны,  прежде всего, с переменой направления  океанских и воздушных течений.  Эти течения переносят тепло  от экватора к полюсам, и  изменение схемы их распределения  могло бы вызвать похолодание  климата в приполярных районах и как следствие этого наступание ледников. Хотя данные об изменении течений в ледниковые периоды и имеются, создаётся впечатление, что эти изменения были скорее следствием, чем причиной оледенения. Кроме того, существующие данные скорее указывают на общее понижение температуры на Земле, а не просто на перераспределении тепла.

        Сегодня большинство учёных обращаются  к внезапным причинам оледенений. Последние связывают с вариациями  солнечной активности или с  известными изменениями положениями Земли относительно Солнца. Хотя обе эти гипотезы не новы, последние астрономические и океанографические наблюдения, кажется, свидетельствуют в пользу обеих гипотез.

        Раньше Солнце считали очень  стабильной звездой. Его стабильность  подтверждается геологическими данными о непрерывности геологической и биологической эволюции. Тем не менее, известно, что на сравнительно коротких отрезках времени Солнце изменчиво. В течение одиннадцатилетнего цикла солнечной активности, когда на Солнце меняется число пятен, колебания солнечного излучения достигают 4%. За последние три столетия астрономы отмечали и более длительные спокойные периоды, когда на Солнце не было видно никаких пятен. Ещё более длиннопериодные флуктуации солнечной активности устанавливаются по изменению количества изотопа углерода, образующегося в верхней части атмосферы под действием солнечных частиц. Измеренные вариации солнечной активности не сильно отличаются от тех, которые, согласно оценкам, необходимы для начала оледенений. К сожалению, данных об этих длиннопериодных флуктуациях всё ещё недостаточно, чтобы доказать возможную связь с материковым оледенением, но исследования в этой области продолжаются.

        Вторая гипотеза о внеземных  причинах оледенения опирается  на изменение положения Земли относительно Солнца по трём разным параметрам. Это:

     1), изменение эксцентриситета земной  орбиты (с периодом 90000лет);

     2), изменение угла между экватором  и плоскостью вращения Земли  вокруг Солнца (меняется от 21,5˚  до 24,5˚ за период около 40000 лет);

     3). Изменение ориентировки земной  оси в пространстве (которое называется  прецессией, или предварением равноденствий,  с периодом 21000 лет). Каждый из  этих параметров имеет тенденцию  изменять распределение солнечной  энергии на поверхности Земли,  и, действуя всегда совместно, они то усиливают, они то усиливают, то гасят влияние друг друга. Время от времени зимы могут быть холодными, а летние периоды между ними – жаркими, или зимы – мягкими, а летние периоды – холодными. Хотя среднегодовые температуры остаются теми же самыми, считается, что холодное лето является критическим и позволяет снегу не растаять и просуществовать в течение всего года. Если снег накапливается, это приводит к формированию ледников, которые продвигаются вперёд и вследствие того, что снег отражает солнечное тепло, ещё больше охлаждают поверхность Земли. Согласно этой модели, эпохи оледенения заканчиваются, когда снова наступают холодные зимние и жаркие летние месяцы, что позволяет снегу растаять за лето. Жаркое лето заставляет ледяной покров быстро сокращаться.

        С тех самых пор, как были  высказаны предположения об астрономической  природе причин оледенения, они  подвергались широкой критике,  но данные, полученные в последнее  время с помощью глубоководного  бурения, указывают на хорошее  соответствие между астрономическими циклами и периодами продвижения и отступания ледников.

        Причины оледенения всё ещё  до конца не выяснены, но они  вызывают большой интерес, поскольку  судьба значительной части населения  Земли зависит от климата. Мы  живём в относительно благоприятный период развития нашей планеты. Но перспективу наступания ледников, которые покрыли бы большую часть плодородных обрабатываемых земель, нельзя назвать приятной. С другой стороны, если бы растаяли гигантские ледниковые покровы Гренландии и Антарктиды, в океаны поступило бы так много воды, что многие из густонаселённых районов Земли оказались бы затопленными.

        В обоих случаях великие ледниковые  эпохи напоминают нам, насколько  хрупок и преходящ наш мир. 

                      Ледниковая денудация и аккумуляция 

        Движение сопровождается рядом  геологических процессов: происходит  разрушение или денатурация коренных  горных пород подлёдного ложа  и боковых частей долины ледника  с образованием различных по  форме, размерам и составу обломочного материала; перенос обломков породы на поверхности и внутри ледников, а так же вмёрзших в придонные части ледника или перемещаемых волочением крупных и мелких обломков. Ледник производит аккумуляцию обломочного материала, которая осуществляется как во время движения ледника, так и в результате его таяния (дегляциации). Современные ледниковые геологические процессы хорошо изучены и наблюдаются в горных ледниках. В современных покровных ледниках в Гренландии и Антарктиде такие исследования касаются исключительно краевых частей, так как только в редких случаях из-за большой толщины льда до подлёдного ложа пробурены единичные скважины. Однако о масштабной геологической деятельности покровных ледников можно судить по грандиозным четвертичным оледенениям, следы которых хорошо сохранились в Западной и Восточной Европе и в Северной Америке.

        Разрушительная деятельность ледников. Разрушительное воздействие ледников на породы подлёдного ложа называется экзарацией (от латинского «экзарацио» - выпахивание). Особенно интенсивно протекает экзарация при большой толщине льда, создающего огромное давление на подлёдное ложе. В процессе движения происходит выламывание различных блоков и кусков горных пород, их дробление, стачивание. В нижнюю поверхность, в придонную часть ледника, вмерзают обломки, которые своими острыми краями при движении по скальным породам оставляют на их поверхности различные штрихи, царапины или борозды. Это так называемые ледниковые шрамы обладают ориентировкой по направлению движения ледника. Выступы твёрдых скальных горных пород на дне ледникового ложа сглаживаются движущимся ледником, при этом возникают своеобразные удлинённые и овальные формы – бараньи лбы. Движущийся ледник создаёт сглаженные ассиметричные выступы и углубления, которые называются курчавыми скалами. Иногда они достигают значительных размеров, особенно в областях центров мощных покровных оледенений.

        При движении ледники срывают  крупные выступы или глыбы  горных скальных пород и переносят  их на большие расстояния. На пути своего движения обломки и глыбы истираются, сглаживаются и покрываются трещинами и царапинами. Такие покрытые штриховкой и сглаженные обломки горных пород называют ледниковыми валунами, или эрратическими валунами.

        При своём движении ледники не только отрывают и перемещают глыбы скальных пород, но и выпахивают себе ложе. Это или ванны выпахивания, или глубокие линейные ложбины. Их называют ложбинами ледникового выпахивания.              

        В процессе перемещения и экзарации ледники оказывают воздействие на коренные породы подлёдного ложа и при этом возникают определённые деформации, которые выражены в виде разрывов, отрывов отдельных глыб, изгибов и смятия слоёв в складки. Такие деформации, связанные с деятельностью ледников, называют гляциодислокациями (от латинского «гляциес» - лёд, французского «дислокасион» - перемещение). Характерным примером гляциодислокаций являются крупные глыбы коренных горных пород, сорванные со своего основания и перенесённые ледниками на различные расстояния. Это так называемые ледниковые отторженцы.

        С деятельностью горных ледников  связано образование ледниковых  цирков в вершинной части и  специфических ледниковых долин  – трогов (от немецкого «трог» - корыто). Ледники, двигаясь по  таким долинам, производят интенсивную экзарацию их бортовых частей и ложа. Трогам свойствен U-образный поперечный профиль с пологовогнутым дном.

        Транспортирующая и аккумулятивная работа ледников. Во время своего движения ледники переносят разнообразный обломочный материал от самых тонких глинистых частиц до крупных глыб. Весь разнородный и разнообразный материал, как переносимый ледниками, так и отложенный ими, называют мореной. Различают два типа морен: движущиеся и отложённые. В горных ледниках выделяют поверхностные морены, которые находятся на поверхности движущегося ледника. Среди них по месту нахождения различают боковые и срединные морены. Боковые морены возникают по краям движущегося ледника и состоят из обломочных слабовыветрелых продуктов горных пород, слагающих надледниковые части высоких горных склонов долины, по которой перемещается ледник. Материал в боковую морену может поступать в результате обвалов, обрушения и оползания горного склона. Боковые морены, выражены в виде продольных валов или гряд. Срединная морена располагается в средней части ледникового языка и также представлена обломочным, сгруженным в виде вытянутого вала. Срединная морена образуется во время слияния двух соседних ледников в результате соединения боковых морен. Когда сливается несколько ледников, возникает несколько срединных морен.

        Внутренние морены образуются как в пределах фирнового поля, так и в области стока. Они состоят из обломков выветрелых горных пород, сброшенных с крутых горных склонов, окаймляющих бассейн питания ледников. Этот обломочный материал захороняется под слоём фирна и постепенно перемещается в глубь фирнового поля и в область стока.