Леонид Серебрянный - Ледники в горах

• Название: Ледники в горах
• Автор: Леонид Серебрянный
• Издательство: Наука
• Жанр: Научпоп
• Год: 1985

Горные ледники — неотъемлемый элемент природы пашей планеты. Несмотря на то что площадь, занимаемая ими, относительно невелика, они имеют большое значение как естественные регуляторы речного стока, хранители запасов пресной воды и источники энергоснабжения. Кроме того, с ледниками связан целый ряд стихийных бедствий: обвалы, бурные паводки, сели и т. д. Обо всем этом и рассказывает книга. Читатель также познакомится с историей изучения горных ледников, условиями их возникновения и закономерностями эволюции, особенностями их строения и движения.

---

Динамические характеристики ледника не прямо зависят от положительного баланса массы. Некоторые ледники могут сохранять активную динамику и при отрицательном балансе, но такое состояние не может продлиться долго. Бывает, что нижняя часть ледника еще сохраняет активность, а в верхней за счет отрицательного баланса поверхность сильно осела. В общем случае, однако, динамически активный ледник быстро движется независимо от того, наступает или отступает в данный момент его конец. Но, конечно, степень активности возрастает с увеличением мощности льда.

При сокращении питания ледник может стать пассивным, что особенно проявляется на пологих склонах. Между тем утрата динамической активности вовсе не означает, что ледник омертвел. Последнее состояние, по определению X. Альмана, прежде всего связано с прекращением питания в области аккумуляции. В таком случае движение льда определяется, лишь уклоном подстилающей поверхности. Иногда омертвевшая часть ледника отождествляется с его полной статичностью, но это лишь следствие гляциоклиматической ситуации. Отчленившиеся языки мертвого льда способны долго сохраняться в изоляции от основного тела ледника. В настоящее время у конца ледника Маласпина на Аляске находятся значительные массы мертвого льда.

Недостатком динамической классификации является отсутствие массовых точных данных, определяющих динамические особенности ледников, а также объективных критериев, используемых при дифференциации ледников. Чтобы преодолеть указанные затруднения, Р. Финстервальдер предложил относить к числу быстродвижущихся ледников только те, у которых отношение скорости к ширине (или мощности) колеблется от 1/6 до 2/3 (у медленно движущихся это отношение заметно меньше).

С точки зрения рельефообразующей деятельности ледников дальнейшее совершенствование динамической классификации наиболее перспективно, поскольку интенсивность переработки ложа прежде всего зависит от гляциодинамических факторов.

Режим ледников

Наблюдая за снежным покрывалом гор летом, легко заметить, что оно не остается постоянным, а, постепенно приподнимаясь, сокращается в размерах, и к осени снега и льды сохраняются лишь в самых высоких частях гор. Во многих выемках образуются многолетние снежники. В горах с высотой их количество и размеры увеличиваются и, наконец, появляются сплошные снежные поля. Дело в том, что с высотой температура понижается и на определенном уровне за год выпадает снега больше, чем может растаять летом. Этот важный природный рубеж называется снеговой линией. Ее положение зависит от соотношения между температурой и осадками, поэтому высота снеговой линии в разных горных странах неодинакова. Например, в обращенных к Атлантике горах Норвегии она составляет всего 700 м над уровнем моря, в умеренных широтах (Альпы, Кавказ) — 2500—3800 м, а в засушливых внутриконтинентальных горах Средней Азии поднимается до 4500—5000 м.

На положение снеговой линии влияет экспозиция горных склонов. Как правило, на южных склонах снеговая линия поднимается выше, чем на северных. Однако бывают и исключения, связанные с ориентацией гор относительно влагонесущих воздушных потоков. Так, на южных склонах Большого Кавказа, где выпадает больше снега, снеговая линия расположена на 400 м ниже, чем на северных. Аналогичная ситуация наблюдается и в Гималаях, на южном склоне которых снеговая линия ниже, чем на северных, за счет влияния муссонов.

Снеговую линию может увидеть каждый: это нижний предел нестаявшего снега после обильных летних снегопадов, или сезонная снеговая линия. В течение лета она постоянно поднимается вверх до определенного уровня, который и является границей вечных снегов в данный год. Высота снеговой линии год от года меняется и, таким образом, является хорошим индикатором климатических колебаний. Выше этой границы снег накапливается круглый год и по мере нарастания мощности покрова постепенно, в результате перекристаллизации, превращается сначала в фирн, а затем в настоящий лед.

Известно, что свежевыпавший снег обладает низкой плотностью, так как между его гексагональными кристаллами находится немало пор, заполненных воздухом. Однако в процессе таяния самые тонкие лучи снежных кристаллов плавятся и вся масса снега на поверхности ледника уплотняется. Этому процессу способствуют и другие факторы, например температура воздуха и форма снежных кристаллов. Как известно, при низкой температуре кристаллы невелики и четко различаются между собой. При повышении температуры многие снежинки слипаются еще в воздухе и образуются крупные снежные хлопья. Они достигают особенно больших размеров при температурах, близких к нулю.

Попав на поверхность ледника, кристаллы снега постепенно превращаются в фирн (в переводе с немецкого — «прошлогодний снег»). Поскольку давление водяного пара выше всего на концах снежных кристаллов, они оплавляются. Благодаря этому сами кристаллы приобретают грубую зернистую форму, причем крупные кристаллы разрастаются за счет своих более мелких соседей. В итоге фирновая масса имеет почти одинаковые размеры зерен. При температурах, близких к нулю, процесс особенно ускоряется: свежевыпавший снег превращается в зернистый за несколько дней. В крайне холодных условиях, например в центре Гренландии или Антарктиды, он может длиться годами.

Преобразованию снега способствует его уплотнение под давлением. Этот фактор более активно сказывается при сильных снегопадах, когда температуры воздуха близки к нулю. При значительном давлении вышележащих слоев снег становится компактным, мелкозернистым. Если в свежевыпавшем состоянии его плотность составляет 0,06—0,08 г/см3, то через двое суток в умеренно теплых условиях она может возрасти до 0,2 г/см3. Зернистый снег в свою очередь постепенно превращается в фирн. Это может произойти за одну зиму, если плотность возрастет до 0,40—0,55 г/см3. Фирн — это плотный зернистый снег, но еще не лед.

В определении фирна нет однозначной трактовки. Американский гляциолог М. Майер склоняется к признанию за фирном состояния, которое становится непроницаемым для просачивающейся влаги. Этот уровень достигается при плотности 0,55. Часто для умеренных ледников фирном считается перелетовавший снег, еще не достигший полной водонепроницаемости. Для полярных ледников трактовка фирна может быть несколько иной.

Физические свойства снега и фирна важны в нескольких аспектах. Прежде всего снег является плохим проводником тепла и потому при большой мощности защищает почву от промерзания. В то же время снег может (одержать большое количество воды: до 40% общего объема, или до 75% общего веса. В водонасыщенном состоянии снег становится источником лавин, оказывающих немалое воздействие на рельеф и всю природу гор. При низких температурах снег становится упругим, а ближе к 0° С — вязким. Соответственно снег приобретает способность сползать по уклону, если при трении выделяется скрытое тепло; тепло оплавляет концы кристаллов, и происходит движение оставшихся зерен снега.

Превращение фирна в лед — очень медленный процесс, для которого требуется разное время в зависимости от конкретных условий. Например, на леднике Сьюорд на Аляске этот процесс требует трех—пяти лет и завершается на глубине около 13 м, а на альпийском леднике Клариденфернер через 12 лет все еще была различима структура фирна, и полное превращение его в лед происходит за 25—40 лет. В Гренландии, где снегонакопление меньше, этот процесс идет медленнее, занимая не менее 125 лет, и заканчивается на глубинах свыше 60 м.

С превращением фирна в лед кристаллическая структура изменяется, при этом размеры кристаллов заметно увеличиваются и в отдельных случаях достигают 20—30 см в поперечнике. Одновременно весь воздух собирается в отдельные пузырьки. Именно с этого момента можно считать, что фирн превратился в ледниковый лед с плотностью 0,80—0,85 г/см3. Впоследствии по мере накопления все новых порций снега нагрузка на лед возрастает и соответственно уменьшаются размеры содержащихся в нем воздушных пузырьков. В конечном итоге они становятся невидимыми и лед приобретает прозрачность, его плотность достигает 0,88—0,91 г/см3. На альпийском леднике Мер-де-Глас для достижения такого состояния требуется 50 лет.

Все эти преобразования наблюдаются в природе. Представим себе, что мы вошли в глубокий туннель, пропиленный рекой сквозь многолетний снежник. В стенках туннеля легко различить чередование рыхлых и плотных слоев, что характерно для фирновых толщ. В более плотных слоях процесс перекристаллизации снега зашел наиболее далеко.

Ледники сложены поликристаллическим льдом, структура которого унаследована от снежинок, некогда выпавших в горах. Следовательно, ледниковый лед является метаморфической породой, и в его строении четко выражена слоистость, указывающая, что исходный материал образовался при повторных снегопадах. Сезонная слоистость подчеркивается прослоями пыли, скапливающейся на поверхности ледника между снегопадами.