Ледники, их образование, питание, эволюция и типы.

Ледник - поток льда атмосферного происхождения, возникший в результате аккумуляции и преобразования твердых атмосферных осадков.

Общая площадь современных ледников - около 16,1 кв. км (около 11% площади суши), общий объем льдов - около 30 млн. куб. км. Одна сотая из них горно-долинные ледники, а остальные полярные, покровные.

В природе существует гидрогенный лед и лед, возникающий непосредственно из горных осадков. Первый образуется при замерзании поверхностей рек, озер, водохранилищ. Второй возникает за счет изменения первоначально выпавшего снега. Изменение снежного покрова приводит к переходу снега в фирн. (Фирн - крупнозернистый уплотненный снег, состоящий из массы связанных между собой ледяных крупинок различной формы.) Этот переход осуществляется благодаря повторному замерзанию и оттаиванию снежного покрова, приводящего к рекристаллизации, перестройке кристаллической структуры фирнового снега. В процессе дальнейших преобразований фирн превращается в мутный рыхлый фирновый лед, затем в прозрачный голубой глетчерный.

Таким образом ледники возникают не за счет замерзания воды, а за счет уплотнения снега, выпавшего на склоны и ровные поверхности в верховьях горных долин. Обязательным условием для существования ледников является выпадение атмосферных осадков в твердом виде (снежная крупа, снег).

Под действием силы тяжести обладающая достаточной пластичностью масса льда начинает двигаться, образуя то, что мы называем ледником. В естественных условиях летнего периода между областью питания, где приход больше расхода, и областью таяния, где расход больше, располагается уровень нулевого баланса, делящий ледник на снежные склоны и плато в верхней части и свободный от снега язык в нижней. Конец языка обычно имеет форму грота, из которого вырывается бурный поток. Иногда в верховьях ледника возникает сброс на снежном склоне. В нижней части он имеет стенку откола фирна, а в верху - трещину.

Движение ледника по долине, которую он заполняет происходит под действием силы тяжести. Скорость передвижения льда сравнительно невелика, всего 0,6-0,7 мм в сутки. Например ледник Федченко на Памире в год сползает на 350 м и так уже 1000 лет, длина его 77 км, мощность (толщина льда) - 800-900 м.

В образовании глетчерного льда важная роль принадлежит отрицательным температурам. Гляциологи считают, что ледники есть продукт климата, хотя можно сказать, что их большее или меньшее развитие в полной мере зависит от рельефа местности. Рельеф определяет размеры ледников, их пространственные формы и даже их мощность.

На леднике можно выделить две зоны - зону аккумуляции (зону питания), в которой происходит накопление твердых осадков и зону абляции (таяния или расходования вещества с превращением его в воду, стекающую с ледника и дающую начало рекам).

Питание ледников осуществляется несколькими путями - за счет твердых осадков в фирновом бассейне, переноса снега ветром, снежных лавин. К числу видов питания ледников относится также конденсация влаги из воздуха, причем в некоторых типах ледников этот вид накопления может иметь определенное значение.

Если образно представить эти части, то в верхней выпадает снег, который там же на леднике превращается в глетчерный лед. Под силой собственной тяжести он стекает по наклонной долине, попадая в условия, где температура воздуха значительно выше, а атмосферные осадки в теплое время выпадают в виде дождя. Ледник продолжает стекать вниз, но до определенной высоты количество поступившего из фирновой зоны вещества не уравновешивается количеством растаявшего льда. Лед стремится вниз, а солнце не дает ему продвинуться дальше определенной черты. Это и есть граница ледника, конец его подъема (температура воздуха уменьшается на 0,6О на 100 м подъема).

Размеры, конфигурация и условия формирования ледников разнообразны. Гляциология различает следующие основные формы ледников.

Ледники разделяются на два типа - покровные и горные.

Покровные ледники, полностью скрывающие неровности ложа, характерны для материкового обледенения (Гренландия и Антарктида). Мощность ледового покрова Антарктиды - 1720 м. Максимальная мощность Гренландского ледяного щита - 3400 м. Однако на отдельно стоящих горах вулканического происхождения, когда бассейн питания расположен на центральной, наиболее высокой части ледника, он растекается отдельно радиально расположенными ледниками (Эльбрус).

Горные ледники размещаются в существующих формах рельефа. Сток ледников происходит по направлению тальвега - дна долины.

Долинные ледники - самый распространенный вид горных ледников. Снежный амфитеатр (цирк, санктуарий), иногда усложненный серией каров служит областью накопления снега; ниже лед сползает, заполняя все днище долины и образуя линейно вытянутое тело. Если ледник сливается из нескольких притоков, его называют сложным. Именно к долинным относятся самые длинные ледники горных стран.

Ледник Федченко на Памире является типичным представителем дендритовых или древовидных ледников, в плане напоминающих ветвистое дерево, стволом которого служит главная долина, а ветвями - ледники боковых долин. Ледники этого типа возникли при обильном питании атмосферными осадками и развиваются в таких условиях, где имеются наиболее благоприятные факторы оледенения.

Каровые ледники заполняют углубления - кары, или так называемые цирки на склонах гор. Причем каровый ледник имеет еще одну черту, принадлежащую классической форме горного ледника - подгорную трещину, или бергшрунд в заднем скальном обрамлении.

Бергшрунд представляет собой широкую трещину на склоне, протянувшуюся практически по одной горизонтали, образованную на месте отрыва пологой части ледника от крутой. Бергшрунд в одном цирке на склонах разных экспозиций и условий микроклимата может находиться не на одинаковой высоте. Для бергшрундов характерно превышение верхнего края трещины над нижним, достигающее в отдельных случаях порядка нескольких метров.

При увеличении питания карового ледника вмещающая его чаша переполняется льдом и на крутом склоне появляется висячий ледник. Висячие ледники могут возникнуть и на склоне, независимо от его выпуклой или вогнутой формы.

Возрожденные ледники образуются из обломков долинных или висячих ледников, когда тело последних на крутых перепадах ложа переламывается и обрушивается отдельными глыбами вниз. Глыбы скапливаются и смерзаются, образуя вновь движущийся ледник.

В горном обледенении различают эмбриональные, зачаточные формы оледенения, которые называются "малыми формами" оледенения, представленные переходящими формами от снежников к ледникам.

Ледники малых форм появляются там, где на склонах и у их подножий снег скапливается в силу лавинной деятельности или постоянно навевается ветром выше снеговой границы. Малые формы широко развиты на Памире не только в центральной части, но и на малоснежных хребтах Восточного Памира. Они образуются там, где уже может возникнуть глетчер, но оптимальных условий существования он еще не имеет в связи с недостаточным количеством осадков, неблагоприятными формами рельефа, высокой температурой.

Следующая группа горных ледников - ледники подножья склонов. Они, так же как и навеянные ледники, возможны в условиях, мало оптимальных для оледенения, но эта форма находится уже в более благоприятных условиях, чем первая и поэтому имеет более крупные формы. Здесь уже различают области питания и абляции. У ледников этого типа отчетливо выражено движение.

Ледники склонов, или шлейфовые образуют на склонах толщи льда, залегающие параллельно подошве склона. От предыдущего типа ледников подножий они отличаются тем, что их верхние части уже достигают гребня, возвышающегося над ним склона.

Ледники туркестанского типа представляют собой долинный ледник в фазе угасания, поскольку они, когда имели лучшее питание, были гораздо более мощными и питание их шло не только за счет лавин, но и за счет скапливания снега на горизонтальной поверхности каров, после чего условия изменились, произошло потепление, ледники значительно сократились и стали занимать только дно долины.

От формы горных вершин возникают ледники плоских вершин, получающие питание только из атмосферы. Форма таких ледников подобна "нашлепкам". Ледник стекает по направлению господствующего уклона поверхности. Ледники этого типа, как правило, не образуют конечных морен, поскольку на поверхности таких ледников неоткуда скапливаться обломкам горных пород.

Переметные ледники - делится на два потока, которые стекают через седловину по обе стороны гребня, при этом имеет общий бассейн питания.

Ледниковое тело характеризуется сложным рельефом. Изменения в направлении движения ледника, резкие перегибы ложа вызывают напряжения, превосходящие пластичность льда. В результате возникают трещины различных форм и размеров, местные дислокации ледяной массы, расчленяющие ее поверхность. Воздействие текущей воды, а также таяния тоже оставляет свои следы на рельефе ледника.

Характерной особенностью ледников является наличие ледовых трещин. Ледовые трещины - разрывы в теле ледника, часто прикрытые снегом. Под действием внутренних напряжений и разности скоростей течения слоев лед кое-где разрывается. Скальное основание ледника неровное, с поднятиями и мульдами, из-за которых на его поверхности образуются разнообразные трещины.

В зависимости от состояния и количества снега на леднике трещины могут быть закрытыми и открытыми. Постоянная деформация трещин и неравномерное таяние снега приводят к появлению над трещинами перемычек-тонких ледяных пластин, соединяющих по диагонали стены широкой трещины, или снежных мостов.

Поперечные (наиболее часто встречающаяся форма), а также продольные трещины имеют V-образное сечение над поднятиями ложа ледника (или на ступенях в ложе). Особенно опасны расширяющиеся А-образные трещины над мульдами и в зонах сжатия (на провалах в ложе). На выпуклых перегибах они расширяются вверх, на вогнутых - вниз. Такие трещины могут простираться на всю ширину и толщину ледника.

Там, где ложе ледника имеет выступы или перегибы, в его поперечном сечении возникают продольные трещины. Расширение ледникового ложа вызывает расхождение массы ледника в стороны. Здесь также возможны продольные трещины.

Крестообразные трещины образуются над горбообразными скальными поднятиями.

Краевые - по бокам ледника из-за разности скорости течения (середина ледника течет быстрее, чем его края).

Радиальные - при повороте ледника, на его растягивающейся стороне; на сжимающейся - сераки и торосы.

Рантклюфт вытаивает там, где лед соприкасается с теплыми скалами. Это вообще - трещина протаявшая в верхней части фирнового поля или ледника, обусловленная тепловым потоком, идущим от скал.

Ледопад - трещиноватая зона на леднике с сильно расчлененной поверхностью, обусловленная наличием резких перепадов и выступов в ложе ледника. Здесь нередки ледовые башни, находящиеся в неустойчивом состоянии.

Серак - ледовая башня, столб, очень часто сераки принимают различные причудливые формы.

Воронка - углубление в земле, леднике, напоминающее конус.

Ледовые грибы. Относительно крупный камень, лежащий на поверхности ледника, прикрывает собой от солнечного света ту часть льда, на которой он лежит. Таким образом, лед, оказавшийся в тени камня тает гораздо медленнее, чем тот, который подвергается прямому воздействию солнечного света. В результате образуется ледовый гриб - камень, лежащий на подпирающей его ледяной "ножке".

На поверхности ледника и в толще его непрерывно течет вода Там имеется-скрытая от наших глаз-целая система полостей и тоннелей, свободных или заполненных водой. Стекая по трещинам, вода промывает во льду глубокие, иногда на всю толщину, ледниковые колодцы. Этому способствуют и перемещающиеся вместе с водой камни из моренных отложений. Если такие колодцы образуют сферические полости, то поток воды, закручиваясь, производит характерный шум, позволяющий назвать их ледниковыми мельницами.

Бывает, что накопившаяся в ледовых полостях вода прорывается и служит причиной мощных грязекаменных потоков - гляциальных селей. Весьма запоминающийся фрагмент ледникового ландшафта - кальгаспоры ("снега кающихся"). Эти наклонные иглообразные пирамиды, формирующиеся под влиянием непрерывного таяния перевеянного снега, превратившегося в фирн, иногда значительно превышают рост человека и могут стать серьезным препятствием при движении по леднику. Кальгаспоры - атрибут высоких гор (Памир) и низких географических широт.

Лежащие на поверхности ледника мелкие камни, нагреваясь на солнце, углубляются в лед и создают заполненные водой ледяные стаканы.

Морены

Весь транспортируемый н откладываемый ледником обломочный материал образует морены. По условиям образования различают несколько видов мирен. Морены являются одной из форм ледниковых отложений и представляют собой механическую смесь обломков угловатой и окатанной формы самой разнообразной величины - от огромных глыб до мелкоземельных частиц, расположенных без сортировки и слоистости.

Общим термином покровная морена или моренный чехол называют сплошной каменный покров конечной части ледникового языка, образовавшийся в результате слияния срединных н боковых морен. Нередко эта морена покрывает сплошным слоем ледник задолго до конца языка.

Боковая морена - скатившиеся со склонов обломки породы. располагающиеся по краям ледника в виде продольных гряд. Эти обломки с течением времени цементируются в сплошную массу, образуя увалы и острые гребни. Углубления между моренами и основным склоном называют моренными карманами. Провалившиеся или втаявшие в толщу "ледника, перемещающиеся вместе с ним обломки составляют внутреннюю морену.

Внутренние морены представляют собой обломки горных пород, включенные в самую массу льда ледника. Это - обломки провалившиеся в трещины или упавшие на поверхность фирна в области питания и засыпанные новыми массами снега.

Поддонные морены представляют собой слой обломочного материала, заключенный между ледником и его скальным ложем. Материал поддонных морен, вмерзший в нижнюю поверхность льда и перемещаемый вместе с ним, подвергается сильному перетиранию и помимо крупных, образует много мелкозернистого материала, выносимого из-под ледника талыми водами в виде мути.

Срединные морены образуются из совмещающихся боковых морен при слиянии ледников. Число подобных образований зависит от количества притоков. На многокилометровых памирских ледниках их поверхность на значительном расстоянии несет на себе ярко выраженные полосы срединных морен.

После стаивания поверхностные, срединные и поддонные морены ложатся на бывшее ложе ледника, т. е. на дно долины, загромождая последнюю и делая ее труднопроходимой.

Каждому оледенению соответствует свое моренно-валунное образование. Там, где было два оледенения, можно наблюдать два моренных образования.

Таким образом, моренный вал - это форма рельефа, образованная деятельностью ледника.

Когда ледник разделяется большим выступом ложа (нунатаком), а затем снова сходится, обтекая его, как остров, то обломочный материал с нунатака также образует срединную морену.

Транспортируемый материал накапливается по мере таяния ледника в конечной и боковых частях языка. Отступая, ледник оставляет много обломков. Гряды, пересекающие долину дугообразными валами ниже конца ледника, называются конечными или фронтальными моренами; они указывают положение максимального развития или длительной остановки ледника.

Холмистый рельеф между конечными валами именуется основной мореной. Гряды по бортам долин, отмечающие боковые границы отступившего ледника, называют береговыми моренами. Они зачастую представляют собой гребень причудливой формы, возвышаясь над ледником на сотню метров. На гребнях и склонах больших морен часто остаются массивные глыбы, слабо связанные с основным конгломератом. При обильных дождях на таких моренах нередки обвалы и оползни.

Выше уже упоминалось о карах-раковинах, окруженных амфитеатром горных склонов. Кары иногда заполнены ледниками, но иногда и залиты водой, образуя каровые озера.

Снежники

Вечные снега, покрывающие горы выше снеговой линии, под действием собственной тяжести, ветра и солнца образуют своеобразные формы рельефа.

Заснеженные склоны большой крутизны составляют снежные поля.

Большие, почти горизонтальные участки именуются снежными плато, а если они имеют форму впадины или котловины, то мульдами.

Снежная поверхность редко бывает ровной. Невысокие грядки переметного снега, перпендикулярные направлению ветра, замерзают и превращаются в заструги.

На подветренных сторонах снежных гребней возникают консольно нависающие снежные карнизы, достигающие значительных (несколько метров) размеров. Под большим карнизом вследствие завихрения воздуха часто образуется характерная ниша-карман.

Иногда в горах ниже снеговой линии можно наблюдать скопления снега, сохранившиеся в течение части или всего теплого времени года, после того как устойчивый снежный покров уже сойдет. Их называют снежниками. Они промежуточная форма между снежным покровом и ледниками. При увеличении снежности они превращаются в ледники, при уменьшении наследуют те места, где лежали ледники. В снежниках сохраняются погребенные ледяные ядра и корки, а также обтаявшие крупные и мелкие глыбы снега. По генезису все снежники делятся на две группы - навеянные и лавинные (остатки лавинных конусов).

Если рассматривать снег как единое вещество, то его механические характеристики (плотность, внутренняя структура и пр.) чрезвычайно разнообразны, нестабильны, не поддаются точному измерению. Многочисленные внешние факторы: температура, ветер, качество подстилающей поверхности, разнородные прослойки, метаморфические и обменные процессы, происходящие в толще покрова, могут радикально изменить свойства снега. Высотный порошкообразный снег, сползающий при каждом шаге, мокрый формирующийся зернистый снег, твердый непробиваемый наст и множество других характерных для данной высоты, погоды и времени суток типов снега не оставляют в этом сомнений.

Со временем любой снежный покров полностью меняет свою структуру. Он становится более крупнозернистым. Радикально изменяется форма зерен.

Фирнизация - превращение обычного снега в фирн, т. е. в плотную среду, состоящую из ледяных комочков и зерен, ничего общего не имеющих с первоначальными кристаллами снега. Фирн образуется на ледниках, так как именно на них силы тяжести и внутриснежной миграции пара, как правило не совпадают. Эта принципиальная особенность метаморфизма ледникового снежного покрова стимулирует рост ледника. Фирн - закономерная переходная стадия между снегом и льдом. Постепенно уплотняясь фирн переходит в лед.