Происхождение ледников и их распространение на земном шаре. Снеговая линия.

 

Ледник - это большая масса фирна и льда, образовавшегося путем длительного накопления и преобразования твердых атмосферных осадков, и обладающего собственным движением. Множество ледников, объединенных общими связями, образуют оледенение или ледниковую систему. Ледники Земли, являясь аккумуляторами больших объемов воды, участвуют в круговороте воды и оказывают существенное регулирующие влияние на многие природные процессы на Земле, например, на тепловой баланс планеты, температуру и плотность вод океана, сток горных рек и так далее.

Главная причина существования оледенения - климатическая. Происхождение ледников обязано положительным снеговым балансом, то есть преобладанием накопления снега над его расходованием, чему способствует большое количество снега и длительный период отрицательных температур воздуха.

В местах, где среднее годовое количество осадков в виде снега равно убыли их на таяние и испарение, находится так называемая сезонная снеговая линия, которая смещается в пространстве в течение года. Ее среднее многолетнее положение называется климатической снеговой линией. На ней наблюдается нулевой снеговой баланс, ниже - отрицательный, а выше - положительный.

Часть тропосферы выше снеговой линии называется хионосферой. Высота снеговой линии зависит от климата и от рельефа. В полярных областях она занимает наинизшее положение, опускаясь в Антарктике до уровня моря, а в субтропиках - наивысшее, до 6500 м, на экваторе - 4400-4900 м, в Средней Азии - 3000-5000 м (рис.6). Выше климатической снеговой линии располагаются ледниковые системы Антарктиды, вершин Анд и Кордильер, Кавказа (2700-3800 м) и Гималаев (4900-6000 м).

Рис. 6. Высота снеговой линии на разных широтах (разрез вдоль южноамериканских и североамериканских Кордильер; по В.М. Котлякову).

1 – рельеф земной поверхности, 2 – области современного оледенения, 3 – снеговая линия

 

Помимо климатических условий происхождение ледников обусловлено орографическим и геоморфологическим факторами: большие высоты, экспозиция склонов, ориентация горных хребтов по отношению к влагонесущим воздушным потокам, вогнутые и плоские формы рельефа.

Накопленные выше снеговой линии снега «разгружаются» путем перемещения ледников ниже линии, где они тают и испаряются, а также сходом лавин.

Лавины или снежные обвалы подразделяются на три типа:

1. Осовы - это снежные осыпи широкого фронта.

2. Лотковые лавины движутся по фиксированным руслам.

3. Прыгающие лавины, двигаясь по логу и встречая на пути отвесные участки, свободно падают на дно долины. Они обладают громадной скоростью. Это опасное природное явление сопровождается большими разрушениями и человеческими жертвами.

Типы ледников

Ледники на Земле подразделяются на две основные группы: покровные и горные.

Покровные ледники играют главную роль в ландшафтной оболочке. Они располагаются на материках (Антарктида с площадью оледенения 13 млн. 980 тыс. км²) и на больших островах Гренландия (1 млн. 803 тыс. км²), Новая Земля (23645 км²), Северная Земля (18325 км²), Земля Франца-Иосифа (13735 км²) и другие.

Покровные ледники подразделяются на:

1. Ледниковые купола, обычно выпуклые с мощностью льда более 1000 м.

2. Ледниковые щиты, выпуклые с площадью более 50 тыс. км². Накопление снега происходит в центре щитов, расходование - на окраинах. Лед движется от центра к периферии по расходящимся линиям. Основным источником расходования льда является обламывание концов щитов, находящихся на плаву в море, с образованием крупных обломков - айсбергов.

3. Выводные ледники, быстро движущиеся, заканчивающиеся в море плавучими ледниковыми языками, дающие начало многочисленным айсбергам.

4. Шельфовые ледники располагаются на шельфах морей, прикрепляясь одним краем к суше, а другой находится на плаву в море. Они движутся с берега к морю и образуют крупные айсберги и ледяные острова (длиной до 30 км).

5. Айсберги, плавучие ледяные острова. Они подразделяются на несколько типов:

1. Столообразные плоские айсберги характерны для Антарктики. Они достигают гигантских размеров.

2. Пирамидальные айсберги большой высоты (около 100 м) встречаются в Арктике. Наибольший айсберг встреченный у Ньюфаундленда (север Атлантики) имел длину 585 м, а высота 87 м.

3. Куполообразные айсберги - обломки ледников, имеющие длину 1,5-3,8 км и высоту 120-130 м. В 1953 году китобойное судно "Балена" встретило айсберг длиной 145 км.

Площадь покровного оледенения неоднократно менялась в истории Земли. Так, например:

1) 300-280 млн. лет назад во время Гондванской ледниковой эры (поздний карбон) покровное материковое оледенение охватило Южную Америку, Африку, Северную Индию, Западную Австралию и Антарктиду. Там сохранились ледниковые отложения - тиллиты.

2) 21-17 тысяч лет назад в позднем плейстоцене сформировался Панарктический древнеледниковый суперпокров, состоявший из Евразийского и Североамериканского покровов. Суперпокров имел площадь 35 млн. км² с объемом льда - 60 млн. км³ (сейчас - площадь ледников - 15,5 млн. км², объем льда на Земле - 24 миллиона км³).

Покров имел сложную геоморфологию: плоские ледяные щиты с мощностью льда до 3,5 км, ледниковые хребты из ледяных выпуклых куполов протяженностью до 6000 км чередовались с низменными пологоволнистыми ледяными равнинами с мощностью льда 0,5-1,5 км. Средние температуры колебались от -30 до -50°С. В это же время в южном полушарии располагался Антарктический ледниковый покров с объемом льда 42 млн. км³ (на 40% больше современного объема льда).

Горные ледники подразделяются на:

1. Ледники вершин, лежащие на вершинах гор, хребтов, в кальдерах вулканов.

2. Ледники склонов, занимающие депрессии (впадины, кары) на склонах.

3. Долинные ледники, располагающиеся в верхних и средних частях горных долин.

Горные ледники имеют несоизмеримо меньшие размеры, чем покровные. Их форма определяется вместилищем ледниковой массы, рельефом. Движение обусловлено наклоном ложа и направлено в одну сторону - от истоков к концам языков. Максимальная скорость движения может достигать 10-20 км в год.

Горные ледники имеют наибольшую площадь в Гималаях - 33 тыс. км², Тянь-Шане (17,9), Памиро-Алае (12,1), Куньлуне (11,6), Большом Кавказе (1,42). Самый крупный горный ледник на Земле - ледник Беринга на Аляске длиной 170 км.

 

Образование и строение ледников

 

Образование ледников происходит в области положительного снежного баланса. Выпадающий снег (с плотностью 100 кг/м³) постепенно накапливается, уплотняется под давлением вышележащих слоев и под влиянием рекристаллизации и частичного таяния и замерзания просочившейся воды превращается в зернистый снег с плотностью до 300-400 кг/м³. Затем происходит его превращение в фирн. Это зернистый лед, представляющий собой конгломерат зерен льда размером 0,5-5 мм. Его плотность уже в среднем 650 кг/м³ (до 800 кг/м³) Дальнейшее уплотнение фирна и перекристаллизация приводят к образованию ледникового (глетчерного) льда, который представляет собой голубоватую плотную массу, состоящую из крупных ледяных зерен. Его плотность 800-910 кг/м³ (до 925 кг/м³). Лед пластичен. Глетчерный лед движется в среднем со скоростью 0,5 м/сут. (в Гренландии до 40 м/сут.). Лед отличается полосатостью (полосы белого, голубого и желтоватого цвета). При давлении в 1 атм. лед тает при 0°С. Поверхности льда и фирна четко отделяются - это фирновая линия.

При образовании ледников большое значение и влияние имеют следующие явления:

1. Режеляция - способность кристалликов льда прочно смерзаться друг с другом, заполняя поры и трещины.

2. Рекристаллизация - то есть перекристаллизация происходит в твердой фазе.

3. Сублимационная перекристаллизация с переходом через парообразную фазу.

4. Уменьшение температуры плавления с увеличением давления, поэтому лед тает и при отрицательной температуре.

5. Конжеляция - это повторное замерзание талой воды на поверхности льда.

По характеру льдообразования в различных климатических условиях и в разных частях одного и того же ледника можно выделить следующие зоны (сверху вниз):

1. Снежная (рекристаллизационная);

2. Снежно-фирновая (рекристаллизационно-режеляционная);

3. Фирновая;

4. Фирново-ледяная (инфильтрационная);

5. Зона ледяного питания (инфильтрационно-конжеляционная).

Перечисленные зоны образуют область питания (аккумуляции) ледника.

Питание ледника

 

Питание ледника осуществляется в основном твердыми атмосферными осадками. Кроме них в питании участвуют дождевые жидкие осадки, метелевый перенос со смежных склонов, лавины, сублимация, то есть переход водяного пара в твердую фазу, "нарастающие осадки", которыми называется иней и изморозь и "наложенный лед", то есть вновь замерзающие талые воды сезонного снега. Выпадающие твердые и жидкие осадки дают около 80% общей аккумуляции.

Абляция является расходом вещества в леднике и представляет собой убыль снега, фирна и льда, обусловленную метеорологическими факторами. Главной составляющей абляции является таяние снега. Кроме того, происходит испарение, сдувание снега ветром. Таяние горных ледников дает 412 км³ воды в год на планете. Отметим, что для покровных ледников, омываемых морями, абляция происходит механическим путем в результате откалывания и образования айсбергов, уплывающих в море.

Режим и движение ледников

 

Режим ледника - это характер изменения его объема (массы) и формы, проявляющейся в наступлении и отступлении ледника.

В периоды положительного баланса льда аккумуляция в леднике превышает абляцию. Ледник растет и наступает. Это наблюдается в холодные и влажные периоды, характерные для эпох оледенения.

В периоды отрицательного баланса льда абляция перекрывает аккумуляцию, и масса льда уменьшается. Ледник тает и отступает.

Колебания ледников, то есть периоды их наступления и отступления, могут иметь различную продолжительность: геологическую, связанную с эпохами и периодами оледенения и межледниковий; вековую; многолетнюю (всего в десяток лет).

В современную геологическую эпоху значительное наступление ледников в Европе было в 8-9 веках до н.э. и в 1-8 веках н.э. А в 9-12 веках потепление климата в Европе привело к почти полной деградации ледников в Альпах и на Кавказе. Похолодание в 16-19 веках было связано с так называемым "малым ледниковым периодом". В середине ХХ в. проявился еще один короткий цикл похолодания (рис. 7). В настоящее время наблюдается тенденция к отступанию ледников в связи с глобальным потеплением.

 

Рис. 7. Изменение доли наступающих (1), стационарных (2) и отступающих (3) ледников в Альпах в ХХ в.

 

Движение ледников отличается от наступления-отступления и проявляется в перемещении самих масс льда в одном направлении благодаря его пластичности и текучести и под действием силы тяжести и давления. Движению ледника способствует его большая мощность, значительные уклоны поверхности и ложа, летний теплый период с повышением температуры и так называемая "водяная смазка" у ложа. Некоторые ледники Антарктиды и Гренландии имеют большую скорость движения - до 10-20 км в год. Временное ускорение движения ледника называют подвижкой ледника или серджем. Они характерны для так называемых пульсирующих ледников. Скорость при сердже достигает до 100 м в сутки. Например, ледник Колка на Кавказе в 1969-1970 годах выдвинулся на 4,1 км.