Лекция 10. Ледники

Ледниками, или глетчерами, называются движущиеся естественные скопления льда, возникающие на поверхности суши при постепенном уплотнении и перекристаллизации многолетних скоплений снега. Движение является необходимым условием существования ледников. Непрерывный приток вещества из области питания ледника и расход вещества в области абляции являются предпосылками для его существования. Ледник, прекративший движение, превращается в мертвый лед.

Под давлением накопившихся масс снега ледники движутся по своему ложу, изменяя рельеф, перенеся и переоткладывая огромные массы обломочного материала.

Ледники встречаются под всеми широтами. В пределах жаркого и умеренного климатических поясов они лежат только на вершинах высоких гор, образуя разрозненные участки горных оледенений. Чем ближе к полюсам, тем обширнее становятся эти участки ибольше покрываются низкие горы снегами и льдами. В приполярных странах ледники развиты на уровне моря. Они сплошным чехлом покрывают площади в миллионы квадратных километров, образуя материковые оледенения (Гренландии, Антарктиды).

Ледниками покрыто 16,2 млн. км² или 10,89% поверхности Земли. Покровные ледники достигают громадной мощности, иногда намного превышающей мощность осадочных пород. Максимальная известная мощность льдов 4200 м обнаружена в Антарктиде и 3300 м в Гренландии. Горные ледники имеют значительно меньшую мощность (порядка 100-300 м) и только в леднике Федченко обнаружена толща льда мощностью до 1000 м. Объем льда, содержащегося в современных ледниках, около 27-30 млн. км³.

Условия возникновения ледников. Возникновение ледников обычно связывают с хионосферой. Нижний уровень хионосферы совпадает с климатической снеговой границей. Климатическая снеговая граница - это уровень, на котором на горизонтальных незатененных поверхностях приходно-расходный баланс твердых атмосферных осадков равен нулю. Ниже этой границы приход снега меньше его расхода, а выше этой границы - приход снега превышает его расход Хионосфера простирается только до некоторой предельной высоты на которой приход снега, поступившего на горизонтальную поверхность, вновь становится равным расходу. На этой высоте расположена верхняя климатическая снеговая граница. Можно также сказать, что климатическая снеговая граница - уровень, на котором число дней в году со снежным покровом достигает 365, т. е. снег лежит весь год.

Энергия оледенения. Количество твердых атмосферных осадков, необходимых для возникновения оледенения в различных географических условиях, может быть разным. Но в любом случае ледники возникают тогда, когда годовое накопление, или аккумуляция, твердых атмосферных осадков превышает годовой расход их на испарение и таяние, или на годовую абляцию. Размер увеличения годового прироста снега и льда с поднятием над снеговой линией получил название энергии оледенения. Энергия оледенения - это мера активности ледников.

Чем быстрее происходит прирост твердого вещества с высотой над снеговой линией, тем больше получает ледник питания.

Энергия оледенения складывается из градиентов аккумуляции и абляции.

Градиент абляции — это количество твердых атмосферных осад­ков, отнесенных к 1 м подъема над уровнем снеговой границы.

Градиентом аккумуляции называется количество атмосферных осадков, на которое возрастает сумма осадков при подъеме на каждый метр над уровнем снеговой границы.

Энергия оледенения тесно связана с геологической деятельностью ледников. Ледники, которые находятся в Арктике, существуют при низких температурах, мало получают твердых атмосферных осадков и мало дают воды, которая производит и небольшую эрозионную работу.

Ледники, лежащие горном поясе России, получают большое количество осадков. Талые ледниковые воды производят усиленную эрозионную работу.

Разновидности снеговых границ.

1. Нижняя граница хионосферы, климатическая снеговая граница или уровень «365» - уровень нулевого баланса твердых атмосферных осадков, обусловленный чисто климатическими причинами. Положение его зависит от двух факторов: а) тепловых условий летних месяцев (например, в Антарктике климатическая снеговая граница лежит на уровне моря, а на экваторе — около 5000 м.); б) количества атмосферных осадков (в области субтропических максимумов, где твердых осадков выдает очень мало, высота климатической снеговой границы резко повышается)

2. Снеговая граница (видимая) обусловлена климатом и рельефом. Видимая снеговая граница на ледниках -это уровень нулевого баланса твердых атмосферных осадков, который обусловлен взаимодействием климата и рельефа.

Величина разрыва между климатической снеговой границей и снеговой границей на ледниках подчас достигает большой величи­ны.

В зависимости от соотношения уровня «365» и высоты снеговой границы на ледниках выделяют два типа оледенения,

Первый тип оледенения - горный. Тело ледников обрамлено высокими гребнями, с которых ледники получают питание. Эти лед­ники возникают ниже уровня «365».

Второй тип оледенения - покровные ледники. Они не обрамле­ны высокими склонами, и их питание происходит главным образом из атмосферы. Условием для их существования является проникновение в пределы хионосферы поверхности суши. Поэтому ледниковые щиты Арктики лежат выше уровня «365». Для одиноких высо­ких горных массивов также обязательно это условие.

3. Сезонная снеговая граница - уровень, на котором устанавли­вается устойчивый снежный покров в холодный сезон года, уро­вень, на котором баланс твердых осадков временно бывает положительным. Весной уровень сезонной снеговой границы начинает на равнинах северного полушария отодвигаться к северу, в горах - вверх.

Аккумуляция. Статьи прихода вещества на ледник. Накопление твердых атмосферных осадков – аккумуляция, происходит следующими путями.

1. Выпадение снега на ледниках. Влагонесущие потоки, встречая на своем пути орографические препятствия, поднимаются вверх, адиабатически охлаждаются и оставляют на наветренных склонах большое количество твердых атмосферных осадков, питающих ледники. По многим долинам влагонесущие потоки движутся как бы по каналам и, поднимаясь к верховьям, где располагаются крутосклонные кары и цирки, также питают снегом ледники.

2. Питание ледников метелевым снегом. Метелевый перенос снега на подветренных склонах хребтов и отдельных горных массивов создает большую концентрацию снега, часто обеспечивающую существование ледников, лежащих на много сотен метров ниже климатической снеговой границы. Особенно велика роль метелей в питании каровых ледников. На покровных ледниках метелевый перенос приводит лишь к перераспределению снега по их поверхности.

3. Лавинное питание горных ледников. Горные ледники обрамлены высокими круты­ми скальными склонами, с которых как в область питания, так и в область абляции низвергаются лавины. На одиноких горных массивах и вулканических конусах, а также на крутых скло­нах ледниковых щитов лавины являются статьей расхода вещества. Величина концентрации снега на по­верхности каровых ледников, питающихся лавинами, может быть
настолько велика, что некоторые из них могут существовать за счет лавинного питания на
уровнях, где рядом с ледниками на горизонтальных незатененных поверхностях снег сохраняется 300 и даже 200 дней в году.

4. Конденсация водяного пара на поверхности ледников. В лед­никовых районах с морским климатом, в которых часто происходит адвекция теплого, влажного воздуха над поверхностью ледни­ков, известную роль в питании играет сублимационная влага, вы­падающая в виде изморози. Однако доля изморози в питании ледников небольшая. В ледниковых районах с континентальным климатом, где воздух над ледниками очень сухой, преобладает испарение.

Абляция. Статьи расхода вещества ледника. Расход вещества ледника за счет таяния и испарения льда называется абляцией.

Различают два вида абляции: 1) чистая абляция - расход мас сы льда и снега за счет стока талой воды и испарения льда. Часть талой воды, образующейся на поверхности ледника, не участвует в стоке, а идет на превращение снега в фирн; 2) общая абляция - расход массы льда и снега (таяние, испарение), приводящий к понижению поверхности ледника. Величина общей абляции больше, чем чистой, так как в нее входит и часть талых вод, расходующихся на фирнизацию.

Поверхностная абляция определяется четырьмя факторами, зависящими от климата.

1. Солнечная радиация. Это главный фактор абляции, так как величина таяния пропорциональна количеству прямой солнечной радиации. В связи с этим важное значение имеет величина альбедо ледниковой поверхности: чем выше альбедо, тем меньше абляция.

2. Температуры воздуха. Связь между температурой воздуха и таянием определялась эмпирически и для различных физико-географических районов она имеет разные значения.

3. Влажность воздуха. Огромное значение для абляции имеет влажность воздуха. Максимальная упругость водяного пара при температуре тающего льда 6,11 мб. Если абсолютная влажность воздуха меньше 6,11 мб, то снег и лед испаряются, а их поверх­ность вследствие испарения выхолаживается.

4. Жидкие атмосферные осадки. Жидкие осадки усиливают таяние льда незначительно.

Ф акторы оледенения. Вопросы взаимодействия факторов оледенения разработаны М. В. Троновым.

- Значение абсолютных высот. Значение абсолютных высот хребтов в развитии оледенения следует оценивать в зависимости от высоты климатической снеговой границы и высоты хребтов, т. е. необходимо определять величину положительной разности оледенения (разность между высотой вершин и высотой климатической снеговой границы). Чем меньше эта величина, тем меньше и оледенение.

М. В. Тронов считает также, что ледники сохраняются не только благодаря значительной высоте хребтов, но и благодаря деталями рельефа склонов.

- Влияние расположения долин и хребтов. Крупные долины служат как бы руслами, по которым поступают воздушные массы, питающие ледники. Как правило, хребты, располагающиеся широтно, имеют влажные наветренные и сухие подветренные склоны.

- Влияние экспозиции. Экспозиция склонов относительно стран света имеет решающее значение в распределении ледников и их мощности. На склонах южной экспозиции число ледников и зани­маемая ими площадь значительно меньше, чем на склонах север­ной экспозиции.

- Роль каров. Наличие ярусов каров под гребнями хребтов усиливает оледенение. Благоприятно влияет на развитие оледенения большая высота стен каров над дном, затенение, северная экспозиция.

- Саморазвитие ледников. Саморазвитие - важная сторона динамики оледенения. Сущность его заключается в следующем.

Заполненные льдом и фирном участки земной поверхности имеют большие высоты, чем скальное ложе, т. е. ледник как бы «поднимает» уровень того участка, где он развивается. Эта новая поверхность обладает к тому же большим альбедо и запасом холода. Повышение поверхности и высокое, альбедо способствуют, таким образом, сохранению ледника.

- Подпруживание льдов. Подпруживание вызывает подъем поверхности ледника и, следовательно, способствует его развитию. Подпруживание ледников возникает при следующих обстоятельствах: 1) обширный фирно-ледосборный бассейн имеет сильно суженный выход; 2) при слиянии нескольких отдельных ледниковых потоков, стекающих по одному недостаточно широкому руслу; 3) при постепенном сужении поперечного профиля долины; 4) при переломе продольного профиля от крутого к пологому, на котором возникает явление подпруживания; 5) при наличии подледных скальных повышений ложа; 6) мощных толщ морен на ледниковом языке; 7) большом коэффициенте внутреннего трения льда вследствие низких температур.

- Принцип соответствия. В. Тронов считает, что «каждая форма рельефа, рассматриваемая как ледниковое вмести­лище, наиболее благоприятна при некотором определенном состоя­нии климата». Нарушение принципа соответствия приводит к измельчению форм ледников, а затем и к полному их исчезновению.

Строение ледников. Поверхность ледников в области абляции представлена чередованием полос льда различных оттенков, которое называется слоистостью. Она образуется при временном перерыве снегопада или изменении в крупности ледяных частиц, из которых формируется снежная толща, т, е. возникает из первично-седиментарной слоистости снега (первичная слоистость). У регене­рированных ледников слоистость является следствием ритмичности нагромождения ледяных обвалов. При питании ледников лавинным снегом слоистость может соответствовать ритмичности в падении лавин.

Отдельные слои фирна и льда хорошо заметны в естественных обнажениях. Обычно они разделяются прослойками пыли, которые выделяются своей темной окраской. Запыленные слои соответствуют главным периодам таяния, а особенно мощные слои пыли - двум или даже нескольким следовавшим друг за другом теплым летним периодам, во время которых снег полностью стаивал.

Корразия поверхности первичных снежных слоев, возникающая при погребении этой поверхности новым снегом, приводит к несогласному залеганию слоев между собой.

Во всех слоях ледников присутствует пыльца растений. Она встречается в фирне, фирновом льде и слоях льда, поскольку все они возникают в результате снегопадов, всегда содержащих некоторое количество пыльцы растений. Лишь зимние снега бедны пыльцой.

Если проследить расположение слоистости в области питания ледника, то можно заметить, что она почти горизонтальна, т. е. параллельна скальному ложу. При поступлении фирна и льда и сужения долины слоистость изгибается и в общем приближается к синклинальной. Одновременно с этим происходит увеличение, объемного веса под влиянием уплотнения слоев, уменьшение толщины слоев. Под влиянием метаморфического льдообразования воздух из фирна вытесняется, и он, вместо молочно-белого приобретает зеленоватый и зеленовато-синий цвет.

Лед, как и всякая другая горная парода, испытывает сложные дислокации, образуя складки и надвиги. Грубые контакты соответствуют поверхностям разрыва и сдвигов, по ним верхние части ледника надвигаются на нижние. Это происходит в том случае, когда ледник или отдельные части ледяного потока после длительного стационарного положения вновь начинают быстро двигаться вперед. При этом движение нижней части ледника из-за трения о скальное ложе сильно затормаживается, а верхняя часть движется весьма активно.

Движение ледников. Причины движения ледников в известной мере объясняются микроструктурными особенностями зерен льда, представляющих собой ледяные кристаллы, сильно искаженные давлением. Каждый ледяной кристалл состоит из столбика шестигранных пластинок, плоскости которых перпендикулярны оптической оси кристалла. Достаточно приложить к кристаллу давление, равное столбу льда мощностью 20 м для преодоления внутреннего трения поверхностей ледяных пластин (поверхностей трансляции), и он становится пластичным. Поэтому мощность льда 17-20 м достаточна для того, чтобы лед мог «течь» исключительно вследствие внутренних перемещений пластинок кристалла по поверхностям трансляции. Пластичность льда увеличивается по мере увеличения его мощности и повышения температуры.

Части ледника, близкие к поверхности (в пределах 20 м от поверхности для средних широт), остаются сравнительно жесткими («жесткая зона»), внутренние и донные его части, находящиеся под сильным давлением, более пластичны («пластичная зона»). В результате «течения» ледника вся масса льда деформируется по направлению ее движения, ее форма приспосабливается к рельефу. У крупных ледников, обладающих мощной «пластичной зоной», доминирует пластичное движение, а у небольших ледников мощностью 20-30 м - скольжение, сопровождающееся большой трещиноватостью льдов. Трещиноватость и дробление льда наблюдаются в «жесткой зоне» ледника. Там, где ледник, вследствие малой мощности, образован только «жесткой зоной», трещины часто разрезают его до скального грунта.

Уклоны ложа покровных ледников часто не совпадают с уклоном поверхности ледниковых покровов, но именно это и является причиной движения ледников. Движение вызывается горизонтальными градиентами давления, которые возникают внутри ледяной толщи в связи с уменьшением ее мощности от центра ледника к его периферии и отражают соответствующее уменьшение нагрузок на нижние горизонты льда. Ледниковый щит под влиянием действия этих градиентов растекается в стороны под собственным весом. Возникающие при этом сдвигающие напряжения могут быть настолько большими, что лед может иногда переваливать даже через возвышенности, погребенные под его телом.

Течение глетчерного льда - результат развития деформации пластического сдвига. Поскольку лед, приобретая пластичность под нагрузкой, остается твердым кристаллическим телом, эта деформация не протекает в нем плавно. Возникают многочисленные поверхности среза, по которым слои льда проскальзывают друг по другу на некоторое расстояние, после чего внутренние напряжения временно разрежаются, и скольжение приостанавливается до нового их накопления.

Лед - вязко-пластическое тело. Движение ледника может быть двух видов: вязким течением и глыбовым скольжением.

В центральных частях ледниковых щитов и в медленно текущих долинных ледниках происходит вязкое течение льда, а по краям ледниковых щитов и в быстро движущихся долинных ледниках перемещение льда осуществляется глыбовым скольжением.

Осредненные годовые скорости горных ледников в Альпах, на Кавказе и Алтае 100-150 м/год. В Гренландии скорости движения льда в центре ледникового щита 25-30 м/год, выводные ледники движутся со скоростью от 1000 до 10 000 м/год. В центральных частях Антарктиды скорость движения льда от 10 до 130 м/год, в выводных ледниках 300-1200 м/год.

Особое место среди горных ледников занимают так называемые пульсирующие ледники, разрастающиеся за несколько месяцев на 3-4 км в длину. Среднесуточные скорости таких ледников достигают десятков и сотен метров. Причина столь больших скоростей еще не выяснена, но высказывается предположение, что неожиданное увеличение скорости скольжения ледника по ложу объясняется воз­никновением жидкой пленки на ложе ледника. Характерно, что у большинства пульсирующих ледников период пульсации примерно постоянный, т. е. быстрые подвижки происходят примерно через одинаковый промежуток времени.

Классификация ледников. Ледники подразде­ляют по морфологическим признакам, энергии оледенения и темпе­ратурному режиму. Различает две крупные группы ледников: континентальные ледники, которые возникают на суше, и морские, которые об­разуются на замерзшей поверхности моря. Континентальные лед­ники, в свою очередь, подразделяются на горные и покровные (см. практическую работу).

Типы оледенения. Выделяют семь климатических типов оледенения: 1) Арктический и Антарктический, 2) Субарктический, 3) Умеренный, 4) Субтропический, 5) Тропический, 6) Субэкваториальный, 7) Экваториальный (см. практическую работу).

Дата добавления: 2014-01-03