Снеговая линия в разных местах земного шара лежит на разной высоте, в зависимости от климата. Выше всего она в тропических районах - самых жарких и сухих на Земле, но несколько опускается к экватору, где выпадает много осадков. По мере приближения к полюсам снеговая линия проходит все ниже, спускаясь в Антарктике к уровню моря.
Ледники Гренландского щита (вид с самолета).
Высота снеговой линии изменяется не только с широтой, но и с долготой места. Это объясняется тем, что в глубине континента выпадает меньше осадков, а чем меньше осадков, тем выше лежит снеговая линия. Например, в Альпах, расположенных недалеко от Атлантического океана, снеговая линия проходит на высоте 2700 м над уровнем моря; на Кавказе - уже на высоте 3500 м, в горах Средней Азии - на высотах 4500-5000 м, а в Тибете - выше 6000 м.
Один из крупнейших горных ледников - ледник Бернард на Аляске.
Так же и ледники. Они спускаются до уровня моря в Антарктике и во многих местах Арктики, лежат сравнительно невысоко в горах умеренного пояса, соседствующих с океаном, и поднимаются в поднебесье высочайших гор на Земле, находящихся в глубине континентов и в тропиках.
Так из материковых льдов образуются айсберги.
Но не только климат управляет ледниками. Велико воздействие и самих льдов на климат. Особенно большое влияние оказывает Антарктида, где зимой температура воздуха опускается иногда до -80 o , а огромные массы льда имеют постоянную температуру от -30 до -50 o . Это гигантский холодильник нашей планеты, влияние которого распространяется на весь земной шар.
В Арктике главный источник холода - плавучие морские льды, а также ледники, покрывающие множество островов, в том числе и самый большой остров на Земле - Гренландию. И в Арктике и в Антарктике льды отражают до 80% солнечной энергии, и, несмотря на то что Солнце здесь не заходит за горизонт в течение всего лета, они по-прежнему остаются холодными и тают очень мало.
Обширные массивы льдов у полюсов - одна из главных причин современной географической зональности на Земле. Не будь этих льдов, в полярных областях стало бы гораздо теплее, а климат Земли оказался бы более мягким и более ровным на всех широтах.
Факты из геологической истории говорят о том, что именно таким и был земной климат несколько миллионов лет назад, когда ледников на Земле не было.
Ежегодный жизненный цикл ледника состоит из двух частей: прихода вещества в течение длинной зимы и его расхода в течение короткого лета. «Питаются» ледники снегом, который попадает на их поверхность во время снегопадов и метелей или приносится лавинами с окружающих склонов.
Летом, когда температура воздуха поднимается выше 0°, снег на поверхности ледника начинает таять и превращается в фирн - переходную стадию между снегом и льдом. Фирн состоит из отдельных оплавленных зерен льда, которые крепко спаяны друг с другом, но пока еще не превратились в сплошной ледяной слой.
Проходит еще несколько летних сезонов, и талые воды, замерзая в фирне, окончательно превращают его в лед. В верховьях ледника накопившийся за зиму снег в летнее время не успевает растаять полностью, и ледниковая поверхность круглый год покрыта здесь снегом и фирном.
Это область питания ледника. В нижней части его, которая называется областью расхода, наоборот, весь накопленный за зиму снег летом стаивает и в теплое время года на поверхности можно видеть обнаженный лед.
Эти две области ледника разделяет фирновая линия. В наше время на большинстве горных ледников область питания ненамного больше области расхода, а часто они равны по площади. Чем суровее природные условия, тем больше область питания ледника и тем меньше область его расхода. На ледниковом щите Антарктиды, где температура воздуха даже у берега моря так низка, что снег почти не тает, область расхода в 100 раз меньше области питания.
Таким образом в результате ледниковый покров здесь спускается в море и образуются плавучие шельфовые ледники - огромные ледяные плиты толщиной 200-300 м, отвесно обрывающиеся в море.
От ледников, оканчивающихся в море, откалываются айсберги - глыбы льда, достигающие в длину и ширину многих километров. Самый большой айсберг видели в Южном океане в 1927 г. - длина его составляла 167 км. Гораздо чаще встречаются в море небольшие айсберги, размером 1-2 км, но и они представляют серьезную угрозу мореплаванию. Известно, что в 1912 г. от столкновения в тумане с айсбергом затонул в Атлантическом океане огромный пассажирский океанский пароход «Титаник», совершавший рейсы между Европой и Северной Америкой.
Айсберги, встречающиеся в Северном Ледовитом океане, называют ледяными островами. Они гораздо меньше антарктических, но удобны для посадки самолетов. Поэтому почти все советские и американские дрейфующие научно-исследовательские станции располагаются на ледяных островах Северного Ледовитого океана.
Гляциальные процессы
И гляциальные формы рельефа
Гляциальные рельефообразующие процессы обусловлены деятельностью льда. Условием для их развития является оледенение – длительное существование масс льда в пределах данного участка земной поверхности.
Лед – самая распространенная на Земле горная порода. Но распространены ледники весьма неравномерно: 85,6% их приходится на Антарктиду, >11% на Гренландию и лишь 3,4% на всю остальную сушу (Альпы, Кавказ, Средняя и Центральная Азия, Кордильеры, Анды).
Оледенение возможно, если данный участок находится в пределах хионосферы. Хионосфера – слой атмосферы, внутри которого возможен постоянный положительный баланс твердых атмосферных осадков. Нижняя граница ее неровная и при пересечении с сушей образует снеговую линию . Верхняя ограничена высотой 8-10 км и проходит там, где еще достаточно влаги для превращения ее в лед или снег.
Различают два типа природного льда – водный и снежный . Водный лед образуется при замерзании вод суши или океана, Снежныйлед – при метаморфизации снега, который в результате многократного замерзания и оттаивания, а также давления приобретает крупнозернистую структуру, превращается в фирн , а в дальнейшем – вглетчерный лед.
Условия образования и питания ледников. Типы ледников
Ледники – устойчивые во времени накопления льда на земной поверхности. возникают только выше снеговой границы, но могут спускаться и ниже ее. Лед пластичен и способен течь. важнейшие условия его движения– величина уклона и мощность льда . образование современных движущихся ледников во всех зонах, кроме полярной, возможно только в условиях высокогорного рельефа .Питание ледника осуществляется за счет твердых атмосферных осадков. Ледник делится на зоны аккумуляции и абляции . Абляция – расход льда через таяние и испарение, приводит к уменьшению мощности краевой части ледника. Незначительные изменения положения края ледника называют осцилляцией .
Различают основные типы ледников :
1) покровные или материковые
2) горные ледники, подразделяются на:
долинные, каровые, вулканических конусов,
кальдерные, плоскогорные и др.
Наряду с основными типами выделяются:
шельфовые ледники и ледники подножий гор .
Выделяют еще норвежский тип ледников, представляющий собойледяные шапки (ice caps в англоязычной литературе). Они являются переходными от горных к материковым покровам полярных стран . свойственны субполярным странам океанического климата с обильными снегопадами и обычно развиты в уплощенных платообразных вершинных поверхностях горных массивов. Встречаются в горах Норвегии и на вулканических массивах Исландии. Фирновый и ледяной покровы имеют вид выпуклой шапки без выступающих пиков и вершин. Лед медленно растекается во все стороны от центра к периферии, достигнув же крутых краев, короткими и широкими лопастями спускается в долины.
Говоря о Норвегии, хотелось бы еще остановиться на фьордах – древних эрозионных долинах, обработанных ледником и затопленных морем при его отступании . Сейчас это узкие глубокие морские заливы с высокими скалистыми берегами . В поперечном сечении имеют форму трога (корыта). Глубина до 1000 метров и более .
В настоящее время на Земле существует всего два материковых ледниковых покрова – это Гренландия и Антарктида . Их характерные черты: громная площадь льда (в Антарктиде около 13,2 млн. км 2) и его колоссальная мощность (до 4 км). Максимальную мощность ледник имеет в центральной части, у края мощность сокращается, и здесь проглядывают отдельные выступы его каменного ложа – оазисы . Если останцы резко выражены в рельефе, их называют нунатаками . Покровные ледники Гренландии и Антарктиды стекают в море через понижения в прибрежном рельефе. Такие потоки называются выводными ледниками . Лед, достигнув воды, всплывает, разламывается, в результате образуются огромные глыбы плавучего льда – айсберги . Большие массы льда на периферии Антарктиды лежат на шельфе или частично находятся на плаву: шельфовые ледники .
в горах образование ледников начинается со стадии снежника или фирнового пятна. на каком-то участке снег, накопившийся за зиму, за лето не успевает стаять. Далее здесь накапливается новая порция снега, постепенно масса превращается в фирн, а затем в лед. Устойчивое скопление льда обусловливает морозное выветривание пород, на которых он залегает, а продукты выветривания выносятся талыми водами. Образуется кар – циркообразное (креслообразное) углубление с крутыми, отвесными стенками и пологим, вогнутым дном . Ледник вступает в новую стадию развития – стадию карового ледника . Деятельные кары, т.е. кары, занятые ледниками, располагаются несколько выше снеговой границы. Следующая стадия развития ледника – формирование долинного ледника . масса льда не умещается в каре и начинает медленно спускаться вниз по склону по какой-либо эрозионной или тектонической форме, разрабатывая и расширяя ее. Долина приобретает корытообразную форму, называемую трогом . Если снеговая граница лежит низко, на уровне подножья гор, ледник выходит на предгорную равнину и растекается у подножья. Такие ледники называют ледниками подножий.
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.
Ледником называется «масса льда, характеризующаяся постоянным закономерным движением, расположенная главным образом на суше, существующая длительное время, обладающая определенной формой и значительными размерами и образованная благодаря скоплению и перекристаллизации различных твердых атмосферных осадков» . Из приведенного определения видно, что ледники могут образоваться только там, где возможно накопление больших снежных масс, сохраняющихся длительное время.
Для превращения в массу льда снег должен пройти ряд преобразований. В первой стадии рыхлая снежная масса постепенно уплотняется и подвергается перекристаллизации, которая осуществляется путем таяния снега с поверхности, проникновения и последующего замерзания образующейся воды в толще снега, а также за счет сублимации водяных паров на снежных кристалликах, путем испарения мелких снежинок и роста за их счет более крупных кристаллов льда. В результате этих процессов снег приобретает зернистое строение и его называют фирном. При дальнейшем разрастании и уплотнении зерна фирна смерзаются, но между ними еще остаются отдельные поры с пузырьками воздуха, благодаря которым лед
получает название пузырчатого. Впоследствии пузырьки воздуха удаляются, и образуется зернистый плотный лед (глетчерный лед).
Движение ледников ирельеф их поверхности
Из области накопления лед в силу присущей ему пластичности, находясь под действием силы тяжести накапливающихся новых масс фирна и льда, под давлением проникающей и замерзающей в трещинах воды, движется к месту стаивания. Стаивание начинается ниже снеговой границы, но положение места окончательного таяния ледника во многом зависит от размеров самого ледника и от микроклиматических условий той территории, по которой ледник движется. В силу этого языки даже соседних ледников могут заканчиваться на разных высотах. В полярных странах большие ледники не успевают растаять на суше, спускаются в море, от края их отрываются большие массы льда, которые уносятся морскими течениями. Такие плавающие по морю обломки ледников называют айсбергами.
Скорость движения ледников весьма различна: от нескольких сантиметров до 500 м в год. Движение ледников неравномерно в различных их частях. У горных долинных ледников наибольшие скорости наблюдаются в их осевой части, где меньше сказывается влияние трения о берега и дно ледникового ложа. У ледяных покровов Антарктиды наибольшие скорости наблюдаются там, где скопившиеся массы льда находят выход к морю (выводные ледники). Неравномерность движения ледника сопровождается появлением в его теле больших напряжений и образованием трещин. Многочисленные трещины возникают и там, где ледник движется по неровному ложу. Наиболее характерны для горных ледников трещины, возникающие на месте перехода льда через скальные пороги - ригели; здесь образуются ледопады. Поперечные профили горных долинных ледников в большой степени зависят от того, в какой части ледника его изучают. В области питания поперечные профили поверхности ледника имеют вогнутую форму, у места пересечения ледником снеговой линии - прямолинейную, в области таяния - выпуклую. Последнее объясняется тем, что в области стаивания наиболее быстро тают края ледника, где он оказывается вблизи нагретых солнечными лучами горных склонов.
Ледниками называют устойчивые во времени накопления льда на земной поверхности. Они возникают только выше снеговой границы, хотя в процессе динамики ледник может спускаться и ниже ее. Лед в больших массах приобретает пластичность и способен течь. Величина уклона и мощность льда - важнейшие условия его движения. Скорость движения ледника может колебаться от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров в сутки. Поскольку и уклон поверхности, и сама возможность накопления льда наиболее благоприятны в горах, образование современных движущихся ледников во всех зонах, кроме полярной, возможно только в условиях высокогорного рельефа.
Питание ледника осуществляется за счет твердых атмосферных осадков, выпадающих на его поверхность, переноса снега ветром, обрушения снега со склонов и конденсации воздушных паров на поверхности ледника.
По условиям баланса твердой фазы воды (т. е. снега, фирна, льда) ледник может быть разделен на зону аккумуляции и зону абляции. Абляцией называется расход льда через таяние и испарение. Абляция приводит к уменьшению мощности краевой части ледника. Интенсивность абляции находится в прямой зависимости от температуры воздуха. Колебания температуры обусловливают колебания абляции, поэтому положение края ледника не остается постоянным. Незначительные изменения положения края ледника называют осцилляцией.
Различают два основных типа ледников: горные (или ледники стока) и покровные (ледники растекания). Первые занимают преимущественно отрицательные элементы рельефа в горах. Движение льда в них происходит под действием главным образом силы тяжести - вниз по склону. Покровные ледники могут занимать площади в миллионы квадратных километров, погребая под собой даже горный рельеф, и в целом имеют выпуклую форму поверхности. Лед в них растекается от центра (где наблюдается максимальная мощность) к периферии. Продолжением ледниковых покровов иногда служат плавучие шельфовые ледники, частично опирающиеся на дно моря (распространены главным образом в Антарктиде). Переходными от горного к покровному служат сетчатый и предгорный типы оледенений. Сетчатый тип оледенения (архипелаг Шпицберген) характеризуется сетью сквозных ледниковых долин с ледниковыми куполами на водораздельных участках, чередующихся с выступающими из-подо льда одиночными скалами и крутосклонными гребнями в виде нунатаков.
Предгорный тип оледенения (аляскинский) в настоящее время встречается редко и только в областях с обильным снежным питанием (Аляска, горы Святого Ильи). Ледники этого типа спускаются по обособленным горным долинам на предгорную равнину, где сливаются в единую ледяную лопасть (ледник Маляспина).
Покровное оледенение характерно для арктического и антарктического климатических поясов. Наибольшие площади ледниковые покровы занимают в Антарктиде и Гренландии. Из общей площади современных ледниковых покровов (14,4 млн. км 2) 85,3% приходится на наземный покров Антарктиды, 12,1% составляет покров Гренландии и 2,6% распределяются между малыми ледниковыми покровами северной части Канадского архипелага, Исландии, Шпицбергена и других островов Арктического бассейна. Максимальной мощности (до 4 км и более) достигает ледниковый покров Антарктиды в его центральной части. У края мощность ледника сокращается, и здесь выступают отдельные участки каменного ложа. Такие выходы в Антарктиде называют «оазисами» (оазис Бангера в окрестностях советской антарктической станции «Мирный»).
Покровные ледники Гренландии и Антарктиды стекают в море через понижения в прибрежном рельефе. Такие потоки льда называются выводными ледниками. При обламывании концов выводных и шельфовых ледников образуются огромные глыбы плавучего льда - айсберги. Подхваченные морскими течениями айсберги перемещаются в более низкие широты и постепенно тают. В процессе таяния содержащийся в них обломочный материал освобождается и осаждается на морском дне. Это обстоятельство следует иметь в виду при палеогеографических реконструкциях: нахождение грубообломочного материала на больших глубинах еще не является доказательством того, что этот участок морского дна когда-то располагался в прибрежной полосе моря.
Все типы современных ледников занимают свыше 16 млн. км 2 , или около 11 % поверхности суши. Общий объем льда и вечного снега оценивается в 27-30 млн. км 3 . Подсчитано, что полное таяние ледников и снежных масс могло бы повысить уровень Мирового океана примерно на 60 м. Самый большой ледниковый покров - Антарктический. Его площадь примерно 13,5 млн. км 2 . Гренландский ледник занимает 1,7 млн. км 2 из 2,2 млн. км 2 всей поверхности острова. В СССР в арктических и горных районах насчитывается около 28000 ледников общей площадью более 75 тыс. км 2 .
Занимая огромные площади суши, ледники играют весьма существенную роль в экзогенном морфогенезе. Рельефообразующая роль ледников особенно возрастала в эпохи оледенений, когда вследствие похолодания климата, вызванного понижением летних или среднегодовых температур, увеличивалось количество твердых осадков. Это приводило к снижению (депрессии) снеговой границы, сопровождавшегося увеличением оледенения горных стран и образованием громадных ледниковых покровов на равнинах Северной Америки и Евразии.
В зависимости от соотношения приходной и расходной частей ледникового баланса выделяется несколько фаз в развитии ледника: наступание, стационарное положение и отступание. С каждой из этих фаз связан определенный комплекс ледниковых форм рельефа. В фазу наступания активный лед производит основную разрушительную работу, при стационарном положении ледника и при его отступании формируется преимущественно аккумулятивный ледниковый рельеф.
