Ледник

Многолетняя мерзлота

Составной частью льдов является многолетняя мерзлота. Все мы наверное об этом слышали, поскольку часто в газетах и новостях появляется информация, что ученые находят остатки древних растений или животных. Это становится возможным из-за многолетней мерзлоты, которая сохраняет эти остатки. На территории России больше всего многолетней мерзлоты в Сибири. Под такой мерзлотой понимается толще земной поверхности, которая находится в глубине где температура воздуха всегда ниже 0 градусов. Подобные явления характерны не только для России, но для большинства стран на нашей планете. Было подсчитано, что всего на Земле 25% суши имеет элементы многолетней мерзлоты. В этом отношении уникальным континентом является Австралия, поскольку здесь вообще мерзлоты нет.

Ледники Арктики

Большая часть ледниковых районов Арктики расположена в пределах шельфа Северного Ледовитого океана. Здесь крупнейшим ледниковым покровом является Гренландский ледник, площадь которого составляет 1726400 км2.

Ледники покрывают 82,5 % всей территории самого большого острова планеты. Узкая прибрежная полоса острова свободна от льда.

Ледниковый покров в Гренландии не только самый большой в Арктике, но и самый высокий, его максимальная высота 3231 м над уровнем моря в центральной части. Наибольшая мощность льда составляет по сейсмическим данным 3400 м, средняя — около 1500 м. Форма ледникового покрова Гренландии определяется наличием двух куполов разного размера.

Некоторые ледники Гренландии отличаются большой скоростью движения льда: так, у крупных выводных ледников на гористых берегах скорость движения достигает 20—30 м/сут (7—12 км/год).

Поверхность ледников покрывается многочисленными трещинами и, спускаясь в море, они дают жизнь сотням и тысячам айсбергов. Ледники, оканчивающиеся на суше, движутся медленнее.

Существуют ледники в Арктике и на отдельных островах и архипелагах: Исландии, Шпицбергене, Новой Земле, Земле Франца-Иосифа, Северной Земле и на Канадском арктическом архипелаге.

Горные ледники характеризуются относительно небольшой площадью распространения, четкой границей между областью питания и областью стока, однонаправленным движением в сторону уклона рельефа и относительно небольшой мощностью льда (рис.17.4).

В бассейнах питания годовой прирост фирна и льда быстро возрастает с высотой.

По форме и особенностям строения среди долинных ледников выделяют простые и сложные.

Простой ледник состоит из области питания и одного ледникового языка. Сложные ледники могут иметь несколько областей, сливающиеся в области стока в единый поток. У долинного ледника Барнаус на Аляске восемь ледниковых притоков (рис. 17.5). Такие сложно ветвящиеся ледники в плане напоминают дерево и поэтому называются древовидными.

Высочайшая вершина Кавказа Эльбрус (5642 м) на площади 144 км2 покрыта ледниковой шапкой мощностью 60—100 м, от которой в разные стороны сползают ледниковые потоки.

Кальдерные ледники образуются в кальдерах и кратерах потухших вулканов, имеют форму шапки с небольшими ледниковыми языками на склонах.

Кроме альпийского типа, выделен туркестанский тип ледников, не имеющих фирнового бассейна.

Как образуются ледники?

Для образования ледника необходимо сочетание большого количества осадков и устойчиво низкой температуры воздуха. Этим условиям идеально соответствуют шапки полюсов и вершины высоких гор. Выпавший на землю снег некоторое время лежит пушистым покровом, но через некоторое время начинает подтаивать под солнечными лучами.

Ночью, когда солнца нет, подтаявший снег смерзается в массу, состоящую из множества ледяных шариков – это так называемый фирн, который является основой ледника. Накапливаясь, пласты фирна спрессовываются под собственным весом и превращаются в ледник.

Гляциологи выделяют на леднике три основные зоны:

– область питания, расположенную в верхней части, где накапливается снежный покров;

– граница питания, расположенная посредине ледника;

– область абляции, или таяния, расположенная в нижней части.

В идеале выпадение осадков должно соответствовать таянию, но на практике эти области подвержены колебаниям, как сезонного характера, так и в соответствии с многолетними погодными циклами. В соответствии с этими колебаниями зона абляции то поднимается при усиленном таянии, то опускается в холодные годы. Ледник то наступает на открытую землю и воду, то отступает назад.
Если рассмотреть достаточно длительный период таких колебаний, оказывается, что в целом баланс таяния и питания сохраняется. Поддержание равновесия «жизни» ледников является одним из важнейших факторов сохранения климатического баланса во всём мире.

Виды льдов

На нашей планете различают 2 типа ледников:

• Горные.
• Покровные.

Рассмотрим каждый из этих типов более подробно.

Горные ледники

Данный вид ледников образуется в высоких горах, и для его образования нужно большое количество снега и температура воздуха ниже 0 градусов. Мы знаем, что температура воздуха с высотой изменяется, поэтому часто на вершинах гор возможен снег, в то время как у подножия достаточно жаркая погода. В ходе множества экспериментов было установлено, что в горах на каждой 1 км высоты температура воздуха снижается на 6 градусов. Поэтому, зная, какая температура воздуха у подножия горы, можно определить область, где начинается нулевая температура, а значит, где начинается снеговая линия и образуются ледники.

Рассмотрим практический пример. Допустим нам известно, что у подножия горы Килиманджаро температура воздуха весь год равна +25 градусов. Нам нужно определить  есть ли на данной горе снег, и примерно на какой высоте начинается образовываться лед. Для решения этой задачи, прежде всего, нужно определить высоту горы Килиманджаро. Мы знаем, что она составляет 5895 метров. Сопоставим эти данные с температурой воздуха у подножия, а также с изменением температуры воздуха на -6 градусов от каждого километра вверх. Прежде всего мы можем умножить высоту горы на изменение высотный температуры. 5,8 х 6 равно 34,8 градусов. Это значительно больше чем температура у подножия горы в +25 градусов, а значит на горе Килиманджаро есть лед и снег. Теперь делим температуру у подножия горы на высотное изменения температуры. 25 раздели на 6 получается 4,16. Соответственно на высоте примерно 4166 метров начинается снеговая линия, выше которой образуется горный ледник.

Ещё раз можно подытожить, что горные ледники отличаются тем, что в области их формирования температура воздуха всегда ниже нуля, даже, если у подножия горы в это время очень жарко. В примере выше мы определили область снеговой линии. Это очень важная область для горных ледников, поскольку она определяет зону таяния. Выше нее образуется ледник, а ниже нее он начинает таять. Под тяжестью собственного тела ледники постепенно опускаются, достигая снеговой линии, и начинают таять. В результате образуются ручьи и реки. Также в этой области находится множество горных пород, переносимых ледником.

Горные ледники очень важны, поскольку они дают начало многим крупным рекам. Например Амударья берёт своё начало именно в горном леднике.

Покровные ледники

К покровным ледникам относятся практически все ледники на нашей планете. Если взять все ледники планеты земля, только к покровному типу будет относиться более 98% ледников. Ледники покровного типа образуются в географических районах с постоянной температурой ниже 0 градусов. Главное их отличие от горных ледников в том, что горные ледники образуются высоко в горах, а покровные ледники устилают землю, и находятся на незначительных высотах.

Основная масса покровных ледников находится в антарктиде. Здесь средняя толщина этих ледников составляет порядка 4 километров. Как и в горах, покровные льдины осуществляют движение. Есть эпицентр, где сосредоточена основная масса ледника. Под воздействием силы тяжести он растекается в стороны. В результате образуется движение, которое очень часто приводит ледники к морям и океанам. Как только происходит это достижение, под воздействием воды часть ледника скалывается, в результате чего образуются айсберги. Это очень опасные элементы, поскольку они несут большие проблемы для морских судов. Ведь на поверхности воды находятся менее 25% айсберга, а основная его масса находится под водой.

Покровные ледники важны для людей, поскольку они обладают огромным запасом пресной воды. Можно даже говорить о том, что большая часть запасов пресной воды находится именно в этом типы ледников. Для понимания того, о чем мы говорим, можно привести небольшой пример. Так, если взять айсберг средних размеров, то он содержит такое же количество пресной воды, какое протекает в одной небольшой реке за целый год.

Образование

Общим условием образования ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством твёрдых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. Однако, чем больше суммы осадков, тем выше могут быть температуры воздуха. Так, годовые суммы твёрдых осадков меняются от 30—60 мм в Центральной Антарктиде до 4500 мм на ледниках Патагонии, а средняя летняя температура от −40 °C в Центральной Антарктиде, до +15 °C у концов самых длинных ледников Средней Азии, Скандинавии, Новой Зеландии, Патагонии.

Преобразование снега в фирн, а затем в лёд может идти как при отрицательной температуре, так и при температуре таяния. В первом случае оно идёт путём рекристаллизации, вызываемой давлением вышележащей толщи и уменьшением пористости снега, во втором — посредством таяния снега с повторным замерзанием талой воды в толще (подробнее см. зоны льдообразования).

На леднике выделяют в верхней части область питания (аккумуляции) и в нижней части область расхода (абляции), то есть области с положительным и отрицательным годовым балансом массы. Эти две области разделяет граница питания, на которой накопление льда равно его убыли. Избыток льда из области питания перетекает вниз в область абляции и восполняет там потери массы, связанные с таянием, испарением и механическим разрушением.

Пещера Grotta del Gelo на вулкане Этна, самый южный ледник в Европе

В зависимости от изменяющихся во времени соотношений аккумуляции и абляции происходят колебания положения края ледника. В случае существенного усиления питания и превышения его над таянием край ледника продвигается вперёд — ледник наступает; при обратном соотношении ледник отступает. При длительно сохраняющемся равновесии питания и расхода край ледника занимает стационарное положение.

Кроме таких вынужденных колебаний, прямо связанных с балансом массы, некоторые ледники испытывают быстрые подвижки (пульсации, сёрджи), которые возникают как результат процессов внутри самого ледника — скачкообразных перестроек условий на ложе и перераспределения вещества между областями аккумуляции и абляции без существенного изменения общей массы льда.

В гео­ло­гической истории Земли наиболее значительные колебания ледников вызывали смену ледниковых периодов. Самая поздняя серьёзная деградация ледников, вызванная уменьшением позднеплейстоценового оле­де­не­ния, имела место около 17–10 тысяч лет назад.

На Земле 99 % ледникового льда содержится в обширных ледяных щитах (также известных как «континентальные ледники») в полярных регионах, но ледники могут быть в горных хребтах на всех континентах, включая островные страны Океании, такие как Новая Зеландия. Между 35° северной широты и 35° южной широты ледники встречаются только в Гималаях, Андах, Скалистых горах, нескольких высоких горах в Восточной Африке, Мексике, Новой Гвинее и на Зард Кух в Иране. Современные ледники покрывают площадь свыше 16 млн км², или около 11 % суши. Ледниковый лед является крупнейшим резервуаром пресной воды на Земле. В них сосредоточено более 25 млн км³ льда — почти две трети объёма пресных вод на планете.

Ледник «Перито-Морено» в национальном парке «Лос-Гласьярес» в Аргентинской Патагонии

В определённых условиях (низкая температура, низкая влажность воздуха, высокая солнечная радиация) на поверхности ледников могут образовываться кающиеся снега и льды — остроконечные образования, иногда достигающие длины нескольких метров, которые наклонены в направлении на полуденное положение солнца и напоминают коленопреклонённые фигуры молящихся. Впервые это природное явление было описано Чарльзом Дарвином в 1835 году во время его путешествия в Анды в Южной Америке.

Для областей питания горных ледников характерны бергшрунды или, иначе, подгорные трещины, которые отделяют движущийся ледник от неподвижных масс снега, фирна и льда на склонах.

Типы оледенения

Особенности и морфология ледников зависят от рельефа, условий питания, стадии их развития. Различают несколько морфологических типов ледников и, в свою очередь, типов оледенений. Прежде всего это горные и материковые оледенения.

Горные оледенения развиваются в горах выше снеговой линии. Встречаются на всех широтах. Могут слагаться из ледников различных типов, что зависит от высоты гор, площади питания ледника, характера рельефа.

Неполно развитые ледники, почти лишённые языка и практически состоящие из одного фирнового бассейна, так и называются фирновыми (каровыми).

К ним близки висячие ледники, имеющие небольшой язык, выходящий из фирнового бассейна, но не доходящий до дна долины. Поскольку они характерны для горных стран со слабым развитием оледенения, в частности, для Пиренеев, такой тип ледника принято называть пиренейским.

Более крупные ледники, достигающие в длину десятков километров, обладающие хорошо выраженной областью питания, длинными языками, занимающими дно долины, называют долинными ледниками, или ледниками альпийского типа (Альпы, Кавказ и др.).

В высоких горах с глубокими узкими долинами, острыми пиками условия для образования больших фирновых полей отсутствуют. Снег со склонов сразу скатывается на дно долин, превращаясь здесь в лёд. Подобные безфирновые долинные ледники, как и тип оледенения, называются памирскими.

При мощном оледенении и низкой снеговой границе языки соседних долинных ледников могут выходить на поверхность прилегающей равнины, сливаясь при этом и образуя сплошной ледниковый покров. По леднику Маляспина в районе залива Якутат на Аляске (площадью около 3800 км2) данный тип принято называть маляспинским типом ледников подножий.

Для высоких широт характерен скандинавский тип оледенения, когда из развившегося на высоких горных плато обширного фирнового поля площадью в сотни и тысячи км2 в разные стороны отходят многочисленные короткие ледниковые языки долинных ледников. Примером может служить массив Юстедаль (юг Норвегии) площадью 943 км2 (площадь главного ледяного щита около 640 км2). Этот тип является переходным к материковому.

Материковые оледенения развиты в полярных странах, где снеговая граница проходит на уровне моря или чуть выше него, в связи с этим лёд и фирн формируются даже на поверхности низменных равнин. Льды мощной толщей одевают обширнейшие пространства, даже континенты. Сегодня в чистом виде материковое оледенение существует только в Гренландии и Антарктиде. Площади этих ледниковых щитов указаны выше; мощность в центре гренландского ледникового покрова достигает 3400 м, антарктического — в среднем 2-4 км.

В ледниковых щитах Гренландии и Антарктиды сосредоточены огромные запасы пресной воды. В случае если бы в результате потепления климата весь материковый лёд растаял, уровень Мирового океана повысился бы на 66,3 м.

Покровные ледники

Покровные виды представлены огромными щитами Антарктиды, площадь которых достигает четырнадцати тысяч квадратных километров, и образованиями Гренландии, площадь которых — 1.8 млн км2. У этих ледников плоско-выпуклая форма, не зависящая от рельефа. Питание образований происходит за счет снега и водяных паров, присутствующих на поверхности ледника.

Покровные ледники перемещаются: для них характерно радиальное перемещение, от центра к периферии, которое не зависит от подледного ложа, где главным образом происходит обламывание концов. Отсоединенные части остаются на плаву.

Ученые долгое время пытаются выяснить, что такое ледники и как они образуются. В результате изучения удалось установить, что гренландское образование проморожено до самого основания, причем нижние слои смерзлись со скальным ложем. В Антарктиде связь между платформами и поверхностью земли более сложная. Ученым удалось установить, что в центральной части образований подо льдами есть озера. Они располагаются на глубине трех и более километров. По мнению известного ученого В. Котлярова, природа этих озер может быть двоякой: они могут оказывать влияние на таяние льдов из-за внутриземного тепла. Не исключается теория возникновения озер в результате трения ледников о поверхность земли во время их движения.

Масса и площадь распространения льда на Земле

Ниже приведены данные по — Шумский, Кренке. 1965. С. 135

Вид льда — Ледники

• Масса, в тоннах — 2,398 х 10

  16

• Масса, в % — 98,95;
• Площадь распространения, в млн. км

  2

  — 16,3;

• Площадь распространения, в % — 10,9 суши;
• Среднее время существования, лет — 9 580.

Вид льда — Айсберги

• Масса, в тоннах — 7,65 х 10

  12

• Масса, в % — 0,03;
• Площадь распространения, в млн. км

  2

  — 63,5;

• Площадь распространения, в % — 18,7 океана;
• Среднее время существования, лет — 4,07.

Вид льда — Снежный покров

• Масса, в тоннах — 1,05 х 10

  13

• Масса, в % — 0,04;
• Площадь распространения, в млн. км

  2

  — 72,4;

• Площадь распространения, в % — 14,2 Земли;
• Среднее время существования, лет — 0,35-0,52.

Вид льда — Морской лёд

• Масса, в тоннах — 3,483 х 10

  13

• Масса, в % — 0,14;
• Площадь распространения, в млн. км

  2

  — 26,0;

• Площадь распространения, в % — 7,2 океана;
• Среднее время существования, лет — 1,05.

Вид льда — Подземный лёд

• Масса, в тоннах — (2-5) х 10

  14

• Масса, в % — 0,83;
• Площадь распространения, в млн. км

  2

  — 21,0;

• Площадь распространения, в % — 14,1 суши;
• Среднее время существования, лет — 30-75.

Вид льда — Атмосферный лёд

• Масса, в тоннах — 1,68 х 10

  12

• Масса, в % — 0,01;
• Площадь распространения, в млн. км

  2

  — 510,0;

• Площадь распространения, в % — 100 Земли;
• Среднее время существования, лет — 4 х 10

  -3

Отличительные особенности покровных и горных ледников

Мощность льдов Антарктиды достигает 4 км. Если бы эти льды вдруг растаяли, то уровень Мирового океана поднялся бы на 70 м!

Ледник имеет области питания и стока. Движение ледника происходит в результате деформаций, вызываемых силой тяжести.

Ледники оберегают Землю от перегрева, являются крупнейшими запасами пресной воды.

Использование ледников для получения пресной воды — трудная научно-техническая задача. Транспортировка айсбергов к берегам засушливых территорий – один из возможных путей использования запасов ледниковой пресной воды. Другой путь – искусственно создать такие условия, которые вызовут быстрое таяние льдов на Земле. Но подъем воды в мировом океане погубит приморские города и обширные плодородные низменности; трудно предсказать, как изменится климат Земли. Даже незначительные изменения климата Земли – понижение температуры воздуха, например, на несколько градусов – могут вызвать наступление ледников.

В геологическом прошлом выделяют три оледенения четвертичного периода: окское, днепровское и валдайское. Ледники покрывали весь север и северо-запад Европейской части нашей страны и значительную часть Сибири. Очаг оледенения находился на Скандинавских горах, оттуда ледник двигался в южном, юго-западном, юго-восточном и северо-западном направлениях. Самым обширным оледенением было днепровское, при котором языки ледника доходили до г. Кременчуга и устья реки Медведицы. В эпоху максимального оледенения ледники покрывали до 30% площади суши.

Современное оледенение Земли — Антарктида с прилегающими островами (общая площадь оледенения — 12230 тыс. км2), Арктика (2073 тыс. км2), Северная Америка (75 тыс. км2), Южная Америка (22 тыс. км2), Азия (120 тыс. км2), Европа (10 тыс. км2), Африка (0,05 тыс. км), Новая Зеландия и Новая Гвинея (1 тыс. км2). Вся Земля — около 14531,05 тыс. км.

Литература

• Гляциологический словарь / Под ред. В. М. Котлякова. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984. — 527 с.
• Гросвальд М. Г. Покровные ледники континентальных шельфов. — М.: Наука, 1983. — 216 с.
• Иностранцев А. А. Глетчер // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Котляков В. М. Мир снега и льда. — М.: Наука, 1994. — 286 с. — ISBN 5-02-003778-8
• Кот­ля­ков В. М. Снеж­ный по­кров Зем­ли и лед­ни­ки. — Л.: Гидрометеоиздат, 1968.
• Мачерет Ю. Я. Радиозондирование ледников. — М.: Научный мир, 2006. — 392 с — ISBN 5-89176-357-5
• Hambrey M., Alean J. Glaciers. — Cambridge, Cambridge University Press, 1992. — 208 pp. — ISBN 0-521-41915-8

Геологическая деятельность ледников

В результате перемещения ледники оказывают разрушительное воздействие на окружающий рельеф. Процесс этот получил название экзарации. Чем мощнее и выше скорость, тем серьезнее последствия. Когда они попадают в долины рек, то вызывают изменение рельефа в результате того, что давят на стенки и ложе. 

Постепенно местность принимает форму, напоминающую корыто. Такие долины называют трогами. Чем шире долина, тем больше она сопротивляется ледяной массе, тем медленнее изменяется ее форма.

Если скорость движения очень высокая, а рельеф долины сопротивляется изменению, создается котлован. Обычно они получаются на поворотах, в местах сильной мягкости пород, спада уклона долины. Глубина таких выпахиваний ограничена коренными породами, ригелями. Некоторые районы долин рек характеризуются такими углублениями, что говорит о существовании там ледников в прошлом.

Во время движения ледниковая масса захватывает разные материалы, песок, камни. Переносит их на большие расстояния. Впоследствии отложенные породы, транспортируемые таким образом, называются мореной.

В каких районах сосредоточены ледники, каких ледников на земле больше

На планете Земля большинство льдов сконцентрировано в районе полюсов. Самая массивная покровная ледяная глыба называется Антарктическим ледниковым щитом. Его мощность достигает пяти километров. Щит  занимает 97% континента. Он постепенно спускается в зону континентальной отмели, за счет чего идет постоянное формирование шельфовых льдов. 

Еще одно известное ледяное образование площадью 549 000 километров носит название Росса. Среди горных ледников следует выделить такие крупные формирования, как Гималайские, Альпийские вершины, Кордильеры и Анды. Больше всего льдов находится в Антарктическом и Арктическом регионах. Площадь материковых льдин в Антарктиде превышает тринадцать миллионов километров. На втором месте находится Гренландия. Здесь находится почти два миллиона километров льда. Другие климатические пояса имеют ледники только на вершинах гор.

Горные родники образуются при постепенном понижении температурного режима в связи с поднятием на высоту. Материковые глыбы сформировались не одну тысячу лет назад. На сегодняшний день они практически не тают, продолжая накапливаться за счет осадков. 

На долю покровных ледников приходится более 95% всех покровов льда на планете. Их намного больше, чем шельфовых или горных. 

Определение ледника

Среди высоких гор годами скапливался снег. Его пригревало солнце, а мороз сразу превращал в лёд. Слой за слоем формировались огромные глыбы льда. Под своей тяжестью ледники медленно двигались вниз, образуя ледяные реки. Почти полтора миллиона лет назад на земле началось похолодание, получившее название «ледниковый период». Он длился тысячи лет. Таких периодов было несколько. В те времена почти вся территория Азии, Европы и Северной Америки была покрыта ледяным щитом. Многие из современных озёр, долин и холмов были образованы растаявшими ледниками. В наше время большая часть ледников находится в Арктике, Антарктике и Гренландии.

Все ледники можно разделить на:

• покровные. На их долю приходится почти 99% всех ледников мира. Формой они напоминают купол. Самый крупный — ледник Росса расположен в Антарктике. Его площадь 487 тысяч км². А это почти территория Франции!
• горные. Они образуют шапки на вершинах вулканических гор. Или могут быть похожи на чашу, когда заполнят углубление на склоне горы.
• Но наиболее распространены долинные ледники (они заполняют речные долины).

От покровных ледников откалываются большие куски — айсберги. Они начинают дрейфовать в океане, пока не растают.