8.1 Виды ледников

Учитывая различие в температурах льда, ледники разделяют на холодные (полярные) и тёплые (умеренные). Температура льда теплых ледников выше температуры льда холодных ледников. По характеру движения ледники делятся на два типа: нормальные и пульсирующие. Пульсирующие ледники то неподвижны, то очень активны, а нормальные ледники движутся равномерно.

Различаются ледники горные, покровные и полупокровные. Покровные ледники возникают на равнине и занимают значительные части суши. Полупокровные ледники образуются в горах с плоскими или пологими вершинами. Этот тип ледников характерен для Скандинавских стран и островов Ледовитого океана. Они имеют куполообразную форму и растекаются от центра к периферии, образуя языки выводных ледников. Над большими ледовыми куполами воздух охлаждается и стекает вблизи поверхности, создавая локальные зоны сильного ветра, поземки или пурги.

Наиболее известны покровные ледники, которые могут целиком перекрывать плато и горные хребты.

Среди покровных ледников могут быть выделены три подтипа:

1).Шпицбергенскмй тип: отличается относительно небольшой мощностью льда вследствие чего из-под него сплошь и рядом наблюдаются выходы на поверхность горных пород, называемых нунатаками. Поверхность рельефа, выработанного по горным породам, здесь повсеместно повторяется поверхностью самого ледника.

2).Ледниковые купола: развиты на территории Северной Земли, Земли Франца-Иосифа, в Исландии и на островах Антарктики. Эти ледники отличаются возрастной мощностью льда к их центру, доходящей до нескольких сотен метров. Высокое давление в центре ледника обуславливает его растекание к периферии вопреки разнонаправленному наклону подстилающего рельефа.

3).Ледниковые или материковые щиты в наши дни известны только в Гренландии и Антарктиде. Они образуют огромные по размеру ледяные трещины (до 3000м), в пределах которых действуют те же законы движения ледниковых куполах.

Крупнейшим является Антарктический ледниковый покров площадью более 13 млн. км², занимающий почти весь материк. Другой покровный ледник находится в Гренландии, где он перекрывает даже горы и плато. Общая площадь этого острова 2,23 млн. км², из них около 1,68 млн. км2 покрыто льдом. В этой оценке учтена площадь не только самого ледникового покрова, но и многочисленных выводных ледников

Термин "ледниковая шапка" иногда употребляется для обозначения небольшого покровного ледника, но правильнее так называть относительно небольшую массу льда, покрывающую высокое плато или горный хребет, от которой в разных направлениях отходят долинные ледники. Наглядным примером ледниковой шапки является т.н. Колумбийское фирновое плато, расположенное в Канаде на границе провинций Альберта и Британская Колумбия (52°30' С.Ш.). Его площадь превышает 466 км2, и от него к востоку, югу и западу отходят крупные долинные ледники. Один из них - ледник Атабаска - легкодоступен, так как его нижний конец удален всего на 15 км от автомагистрали Банф - Джаспер, и летом туристы могут кататься на вездеходе по всему леднику. Ледниковые шапки встречаются на Аляске севернее горы Святого Ильи и восточнее Рассел-фьорда.

Лед покровных ледников и ледниковых шапок обычно чистый, крупнокристаллический, голубого цвета. Это справедливо также для крупных долинных ледников, за исключением их концов, обычно содержащих слои, насыщенные обломками пород и чередующиеся с пластами чистого льда. Такая стратификация связана с тем, что зимой, поверх накопившихся летом пыли и обломков, свалившихся на лед с бортов долины, ложится снег.

Долинные ледники имеют область питания и язык, спускающийся вниз по долине. Среди долинных ледников различают простые, имеющие одну зону питания и один язык, сложные или древовидные, имеющие много зон питания и один язык, а также перемётные, имеющие одну зону питания и два или несколько языков.Лед в теле долинного ледника движется неравномерно – быстрее всего на поверхности и в осевой части и гораздо медленнее по бокам и у ложа, по-видимому, из-за увеличения трения и большой насыщенности обломочным материалом в придонных и прибортовых частях ледника.

Долинные, или альпийские, ледники начинаются от покровных ледников, ледниковых шапок и фирновых полей. Подавляющее большинство современных долинных ледников берет начало в фирновых бассейнах и занимает троговые долины, в формировании которых могла принимать участие и доледниковая эрозия. В определенных климатических условиях долинные ледники широко распространены во многих горных районах земного шара: в Андах, Альпах, на Аляске, в Скалистых и Скандинавских горах, Гималаях и других горах Центральной Азии, в Новой Зеландии. Даже в Африке - в Уганде и Танзании - имеется ряд таких ледников. У многих долинных ледников есть ледники-притоки

На бортах многих долинных ледников встречаются боковые морены – вытянутые гряды неправильной формы, сложенные песком, гравием и валунами. Под воздействием эрозионных процессов и склонового смыва летом и лавин зимой на ледник с крутых бортов долины поступает большое количество разного обломочного материала, и из этих камней и мелкозема формируется морена. На крупных долинных ледниках, принимающих ледники-притоки, образуется срединная морена, движущаяся близ осевой части ледника. Эти вытянутые узкие гряды, сложенные обломочным материалом, раньше были боковыми моренами ледников-притоков. На леднике Коронейшн на Баффиновой Земле имеется не менее семи срединных морен.

Крупнейший долинный ледник Евразии – ледник Федченко на Памире. Его длина 74 километра. Не многим уступает ему крупнейший ледник Тянь-Шаня – Инылчек. Его длина около 70 километров.

Зимой поверхность ледников относительно ровная, так как снег нивелирует все неровности, но летом они существенно разнообразят рельеф. Кроме описанных выше трещин и морен, долинные ледники часто бывают глубоко расчленены потоками талых ледниковых вод. Сильные ветры, несущие ледяные кристаллы, разрушают и бороздят поверхность ледяных шапок и покровных ледников. Если крупные валуны защищают нижележащий лед от таяния, в то время как вокруг лед уже растаял, образуются ледяные грибы (или пьедесталы). Такие формы, увенчанные крупными глыбами и камнями, иногда достигают в высоту нескольких метров.

Виды горных ледников – каровые и висячие:

Каровые ледники, в отличие от долинных ледников, не имеют языка. Располагаются они в чашеобразных углублениях склонов – карах. Размеры их невелики.

Висячие ледники образуются во впадинах на крутых склонах и имеют небольшие языки, не касающиеся дна долины. Они опасны обвалами льда с языков и в большинстве случаев представляют собой реликты более обширного оледенения. Они встречаются главным образом в верховьях трогов, но иногда расположены прямо на склонах гор и не связаны с нижележащими долинами, причем размеры многих чуть больше питающих их снежников. Такие ледники распространены в Калифорнии, Каскадных горах (шт. Вашингтон), а в национальном парке Глейшер (шт. Монтана) их около полусотни. Все 15 ледников штата Колорадо относятся к каровым или висячим ледникам, а наиболее крупный из них каровый ледник Арапахо в округе Боулдер целиком занимает выработанный им кар. Протяженность ледника всего 1,2 км (а некогда он имел длину около 8 км), примерно такая же ширина, а максимальная мощность оценивается в 90 м.

Предгорные ледники располагаются у подножий крутых горных склонов в широких долинах или на равнинах. Такой ледник может образоваться из-за распластывания долинного ледника (пример – ледник Колумбия на Аляске), но чаще – в результате слияния у подножья горы двух или нескольких спускающихся по долинам ледников. Гранд-Плато и Маласпина на Аляске – классические примеры ледников такого типа.

Предгорные ледники отличаются неровным и своеобразным характером поверхности. Их притоки могут откладывать беспорядочную смесь из боковых, срединных и конечных морен, среди которых встречаются глыбы мертвого льда. В местах вытаивания крупных ледяных глыб возникают глубокие западины неправильной формы, многие из которых заняты озерами. На мощной морене ледника Маласпина, перекрывающей глыбу мертвого льда толщиной 300 м, вырос лес. Несколько лет назад в пределах этого массива лед снова пришел в движение, в результате чего начали смещаться участки леса.

Возрожденные ледники образуются на дне долины за счет обвалов льда с висячих ледников или при разрыве языка долинного ледника крутой и высокой скальной ступенью.

Звездообразные ледники (разновидность полупокровных) образуются на плоских и конических вершинах гор и растекаются с них многими языками. К ним относятся ледники вулканов Эльбруса и Казбека.

По способу питания различают ледники альпийского и туркестанского типа. В питании альпийских ледников основную роль играют твердые осадки. Многие ледники Памира и Тянь-Шаня не имеют фирнового бассейна и питаются за счет лавин, сходящих со склонов долины. Это ледники памирского или туркестанского типа. Из-за особенностей питания эти ледники несут очень много обломочного материала.

8.2 Образование ледников

Ледники существуют всюду, где темпы аккумуляции снега значительно превышают темпы абляции (таяния и испарения). Ключ к пониманию механизма формирования ледников дает изучение высокогорных снежников. Свежевыпавший снег состоит из тонких таблитчатых гексагональных кристаллов, многие из которых имеют изящную кружевную или решетчатую форму. Пушистые снежинки, которые падают на многолетние снежники, в результате таяния и вторичного замерзания превращаются в зернистые кристаллы ледяной породы, называемой фирном. Эти зерна в диаметре могут достигать 3 мм и более. Слой фирна имеет сходство со смерзшимся гравием. Со временем по мере накопления снега и фирна нижние слои последнего уплотняются и трансформируются в твердый кристаллический лед. Постепенно мощность льда увеличивается до тех пор, пока лед не приходит в движение и не образуется ледник. Скорость такого преобразования снега в ледник зависит главным образом от того, насколько темпы аккумуляции снега превышают темпы его абляции

Ледники образуются за счет накопления снега и его преобразования (метаморфизации) в лед. Для образования ледника необходим холодный и влажный климат, при котором количество выпадающего снега больше или равно количеству таящего. Накопление снега возможно только при отрицательной среднегодовой температуре (альпийские) и предгорные ледники (ледники подножий).

Линия, ограничивающая зону, в пределах которой среднегодовое количество твердых осадков равно их убыли, называется снеговой линией. Ледники образуются только выше снеговой линии. Положение снеговой линии зависит от широты местности. В Гренландии она совпадает с нулевой отметкой, на Кавказе 3000 м, на Алтайском хребте – 4800 м, в Гималаях до 6000 м. Зависит она и от влажности климата. В Альпах она проходит на отметке 2600 м, на Западном Кавказе – 2700 м, на Восточном Кавказе – 3800. В зависимости от экспозиции склона изменяется количество осадков, меняется и положение снеговой линии. Так на северных склонах Алтайского хребта она проходит на уровне 4000 м, на южных – 4800 м.

В пределах одной горной системы снеговая линия ниже на передовых хребтах. Так, на Тянь-Шане на передовых хребтах снеговая линия опускается на 600 метров ниже, чем на главных. Встречаются и исключения из правил. Например, на Западном Кавказе находится ледник Химса. Он существует в зоне положительных среднегодовых температур и сохраняется только за счет большого количества выпадающего на его поверхность снега. Влажный воздух, идущий с моря, охлаждается над ледником и дает ему воду в виде снега. На соседних участках хребта, где ледников нет, столь интенсивного выпадения осадков не происходит.

Как же образуется лед? Снег попадает на дно долин в виде твердых осадков, либо сносится туда лавинами. На плоских и вогнутых частях склонов снег может накапливаться многие сотни лет. Под воздействием солнца и ветра он преобразуется в фирн. Снежинка – это лучистый кристаллик льда. Солнце и ветер изменяют упавшую снежинку, при этом она теряет звездную форму и превращается в зернышко. При таянии снега, вода просачивается в его толщу и там замерзает. Но при этом новых кристаллов не образуется, а происходит рост уже существующих. Заметную роль здесь играет и сублимация, возгонка снега. Образующиеся при этом водяные пары конденсируются и намерзают на кристаллы фирна. Фирном называется снег, имеющий зернистую структуру и возраст более года. При меньшем возрасте фирн принято называть фирновым снегом. Зерна фирна постепенно растут, достигая величины от 5 до 100 миллиметров.

Чем старше фирн, тем глубже он залегает, и тем крупнее его зерна. С ростом зерен, из фирна вытесняется воздух, и он становится плотнее. Наконец, зерна срастаются и образуют однородную массу – белый фирновый лед. Нечто подобное видим мы на асфальте весной, когда дворники скалывают лед с мостовых. Но в городах свежий снег пешеходы превращают в лед всего за пару дней, а в природе для этого требуются многие годы.

Лед одновременно хрупок и пластичен. Чем выше температура и давление, тем пластичнее лед. Благодаря пластичности нижние слои льда выдавливаются верхними слоями, и они начинают течь. Из-под толщи фирна выползает глетчерный лед. Разумеется, направление его течения зависит от рельефа местности. Для того чтобы лед начал течь по пологой поверхности необходим вес шестидесятиметровой толщи льда. Однако, если уклон долины значителен, лед течет и при меньшем давлении. При крутизне 40-45° для этого достаточно всего двухметровой толщи.

Скорость течения льда измеряется сантиметрами в сутки, но у крупных ледников она достигает 3-7 метров в сутки.

У ледника различают зону питания (фирновый бассейн), где собираются основные массы снега и зону стока – язык ледника. Граница между ними называется фирновой линией.

По мере течения вниз по долине, лед тает и, наконец, не некоторой высоте количество притекающего льда становится равным количеству тающего. Здесь язык ледника кончается. Если количество осадков постоянно, ледник занимает стационарное положение. Если оно увеличивается – ледник наступает, пока вновь не придет в равновесие.

Когда климат теплеет, и количество твердых осадков сокращается, линия равновесия поднимается выше по долине. При быстром отступлении ледника, участки льда на концах языка или у берегов, обычно покрытые мореным чехлом, перестают двигаться и отделяться от ледника. Такой лед называется мертвым. Лед под мореным чехлом тает неравномерно, образуя воронки, озера, крутые сбросы. Движение по таким участкам требует особого внимания. Мертвый лед, засыпанный толстым обломков, называется погребенным льдом.

Начальную стадию ледника называют снежником. Когда снежно-ледниковые массы достигают такой толщины, то начинают заметно двигаться, они становятся настоящими ледниками.

Сливаясь, долинные ледники образуют дендритовый ледник, а дендритовые ледники, сливаясь, образуют сетчатую ледниковую систему.

3. Ледниковые особенности

Ледники относятся к природным льдам на Земле, причём составляют 98%.

На поверхности ледника находится снег. Под снегом вследствие давления верхних слоёв снега, просачивания и замерзания талой воды из снега образуется фирн. В более низких слоях под действием давления и перекристаллизации образуется лёд, составляющий основную часть ледника.

Ледник разделяют на область питания (фирнового бассейна) и область расхода (абляции) или язык. Эти области разделяются границей питания. Над границей питания лёд в леднике накапливается, под давлением верхних слоёв лёд становится пластичным и перетекает в область расхода, где тает или сползает в море, образовывая айсберги.

Для образования ледников необходимо, чтобы количество выпавшего снега превышало количество растаявшего. Для этого необходима низкая температура и влажность.

Помимо полярных широт ледник может существовать и в тёплых широтах высоко в горах, так как с повышением высоты температура понижается. Но есть и верхняя граница образования ледников, так как влажность атмосферы с повышением высоты понижается.

Можно обозначить уровень, на котором условия для образования ледников будут наиболее благоприятны. Ледники сейчас расположены в хионосфере и в полярных областях, где под действием охлаждающего влияния ледников хионосфера спустилась очень низко. Нижняя её граница называется нижней снеговой линией. В полярных областях эта линия совпадает с поверхностью Мирового океана, а на экваторе поднимается до высоты 5900-6000м. Верхняя граница возникает в связи с резким понижением влажности воздуха с высотой, что отражается на сокращении атмосферных осадков, которые не компенсируют их потерю за счет таяния и испарения. В условиях современного рельефа Земли эта граница может быть реально обнаружена лишь в приполярных её частях, а именно в Антарктиде и Гренландии; в приэкваториальном поясе планеты она располагается выше самых высоких гор.

В пределах хионосферы господствуют наиболее низкие среднегодовые температуры, приближенные к нулю. Однако иметь в виду, что периодическая изменчивость среднегодовых температур, поясное распределение климата на планете, различная освещенность склонов и др. причины определяют сложность конфигурации нижней снеговой линии. С ними связано появление круглогодичного снегового покрова даже за пределами хионосферы, где среднемесячная температура наиболее тёплого времени года подчас поднимается до +5⁰С. Это обстоятельство позволяет различать ещё и орфографическую снеговую линию.

Ледники движутся из области накопления в область расхода. Это движение происходит вследствие скольжения ледника по земной поверхности и текучести под давлением самого льда. Тёплые ледники движутся быстрее холодных, так как чем теплее лёд, тем более он пластичен и текуч, кроме того, у тёплых ледников вследствие трения с земной поверхностью образуется вода, усиливающая скольжение, а у холодных ледников этой воды образовывается меньше.

Вследствие текучести льда покровный ледник принимает форму эллипса. Поверхность покровного ледника очень полого поднимается от краёв к середине. Площадь покровного ледника пропорциональна четвёртой степени высоты ледника и определяется по формуле S=kH⁴, где k–постоянный коэффициент, а H –высота ледника. Эта зависимость может быть выведена математически из эллиптической формы поверхности ледника и, в то же время, получается, по фактическим данным.

Ледники являются естественными складами огромных запасов пресной воды. По предварительным подсчётам для доставки айсберга объемом 10 млрд. куб. м. в Калифорнию (США) и сооружения специального водохранилища, где будет скапливаться талая вода из айсберга, потребуется не больше 1 млн. долларов, стоимость же полученной воды составит не меньше 100 млн. долларов. Использование пресной воды ледника намного выгодней опреснения солёной воды или транспортировки пресной воды из очень дальних районов.

В Антарктиде при средней температуре поверхности -55 градусов C обнаружены подлёдные озёра. Они образовались из-за поступления тепловой энергии из недр Земли. Обнаружено озеро площадью несколько тысяч км² и глубиной 440 м.

С помощью ледников можно изучать состав древней атмосферы, древнюю температуру, направление древних ветров. В леднике находятся многочисленные, закупоренные льдом пузырьки воздуха. Зимние отложения по строению сильно отличаются от летних отложений, поэтому в леднике прослеживаются годовые слои. Достав со дна ледника керн и определив возраст определённого слоя ледника, можно взять анализ состава пузырька воздуха в этом слое и таким образом определить состав древней атмосферы. Можно также исследовать пыль в этом слое и попытаться определить, откуда она была принесена ветрами, таким образом можно определить направление ветра в древности. Древнюю температуру можно узнать по содержанию в слое льда воды, образовавшейся из тяжёлых изотопов кислорода и водорода. Количество такой воды в слое ледника зависит от той температуры, при которой образовался данный слой. Изучение древних условий по ледникам напоминает исследование колец дерева, но отрезок времени, который можно изучить с помощью ледников гораздо продолжительней. Информацию с помощью ледников можно узнать до 200-300 тыс. лет назад.