Типы ледников
Ледники на Земле подразделяются на две основные группы: покровные и горные.
Покровные ледники размещаются на материках или крупных островах: к ним относятся ледники Антарктиды, Гренландии, арктических островов (Земля Франца-Иосифа, Новая Земля и др.). Форма покровных ледников в меньшей степени, чем у горных ледников, зависит от рельефа подстилающей поверхности земли и в основном обусловлена распределением снегового питания ледника.
Покровные ледники подразделяются на ледниковые купола (выпуклые ледники мощностью до 1000 м); ледниковые щиты (крупные выпуклые ледники мощностью более 1000 м и площадью поверхности свыше 50 тыс. км2); выводные ледники (быстро движущиеся ледники, через которые осуществляется основной расход льда покровных ледников; выводные ледники обычно заканчиваются в море, образуя плавучие ледниковые языки, дающие начало многочисленным айсбергам небольшого размера); шельфовые ледники (плавающие или частично опирающиеся на морское дно ледники, являющиеся продолжением наземных ледниковых покровов; они движутся с берега к морю и образуют крупные айсберги).
Горные ледники подразделяются на три подгруппы. Это ледники вершин, лежащие на вершинах отдельных гор, хребтов и горных систем, в кальдерах вулканов; ледники склонов, занимающие депрессии (впадины, кары) на склонах горных хребтов; долинные ледники, располагающиеся в верхних и средних частях горных долин.
Обширные горные ледники расположены в крупных и высоких горных массивах — в Гималаях, на Памире, Тянь-Шане, в Альпах, на Кавказе, на Аляске и т.д. Самый крупный горный ледник — ледник Беринга на Аляске длиной 170 км.
В России покровное оледенение занимает наибольшие площади на Новой Земле (23,64 тыс. км2), Северной Земле (18,32 тыс. км2), Земле Франца-Иосифа (13,75 тыс. км2). Горные ледники в России расположены на Кавказе, Алтае, в Саянах, на северном Урале, в горах Бырранга и Путорана, на хребте Черского, Карякском нагорье, на Камчатке. В пределах СНГ горные ледники имеют наибольшую площадь на Памире (7515 км2), Тянь-Шане (8313 км2), Памиро-Алае (9821 км2), Большом Кавказе (1424 км2). Самые крупные горные ледники в России — ледники Федченко площадью 652 км2 и длиной 77 км на Памире и Южный Иныльчек площадью 567 км2 и длиной 60,5 км на Тянь-Шане.
На протяжении геологической истории площадь оледенения на Земле существенно изменялась. Так, площадь ледников в последнюю ледниковую эпоху достигала 34 млн. км2 (в 2 раза больше современной), а в эпоху максимума четвертичного оледенения — 55 млн. км2 (в 3,4 раза больше современной).
Образование и строение ледников
На каждом леднике можно выделить две области: верхнюю, где идет накопление снега, фирна и льда, и нижнюю, где лед, переместившийся из первой области, тает. Эти области называют соответственно областью питания (аккумуляции) и областью абляции (расхода).
Выпадающий на поверхность ледника и поступающий с прилегающих склонов снег постепенно накапливается, уплотняется под давлением вышележащих слоев и под влиянием рекристаллизации и частичного таяния и замерзания просочившейся (инфильтрующейся) воды превращается сначала в зернистый снег, а затем в фирн, или зернистый лед, представляющий собой конгломерат бесформенных зерен льда крупностью 0,5—5 мм. Свежевыпавший снег может иметь очень малую плотность (до 100 кг/м3). По мере уплотнения и рекристаллизации его плотность возрастает до 200— 400 кг/м2. Фирн имеет уже плотность порядка 450— 800 кг/м3 (в среднем около 650 кг/м3).
Дальнейшее уплотнение фирна и рекристаллизация приводят к образованию ледникового (глетчерного) льда с плотностью 800— 910 кг/м3 в зависимости от типа образования. Плотность чистого льда без пузырьков воздуха при нормальном атмосферном давлении около 917 кг/м3. На большой глубине в толще ледника плотность ледникового льда под влиянием давления может увеличиться до 925 кг/м3.
На образование толщи ледника влияют также: явление режеляции, т.е. способность кристалликов льда прочно смерзаться друг с другом и заполнять поры и трещины; уменьшение температуры плавления с увеличением давления (увеличение давления на 105 Па, или 1 атм, понижает Тзам на 0,0073° С, поэтому в толще ледника, где давление увеличивается приблизительно на 105 Па (1 атм) на каждые 10—12 м глубины, лед может таять и при отрицательной температуре) ; явление конжеляции, т.е. повторное замерзание талой воды на поверхности льда.
Таким образом, в ледниках наблюдается три принципиально различных способа образования льда — путем рекристаллизации снега и фирна (под давлением), путем замерзания талой воды в толще фирна (инфильтрационный лед), путем замерзания талой воды на поверхности льда (конжеляционный или так называемый «наложенный» лед).
В различных климатических условиях, а также в разных частях одного и того же ледника процесс ледообразования идет по-разному. По П. А. Шумскому и А. Н. Кренке, можно выделить несколько зон ледообразования, которые отличаются по характеру таяния ежегодного снега, степени водоотдачи и вида ледообразования:
1. Снежная (рекристаллизационная) зона. Таяние и водоотдача отсутствуют. Ледообразование происходит целиком путем рекристаллизации. Толщина фирна 50—150 м. Нижняя граница зоны соответствует средней годовой температуре около —25° С. Зона распространена во внутренних частях Антарктиды (выше 900— 1350 м над уровнем моря) и Гренландии (выше 2000—3000 м), на высочайших горах Памира (выше 6200 м).
2. Снежно-фирновая (рекристаллизационно-режеляционная) зона. Слабое таяние происходит лишь в теплый период года, водоотдача практически отсутствует (талая вода вновь замерзает внутри годового слоя снега). Ледообразование идет в основном путем рекристаллизации. Толщина фирна 20—100 м. Зона характерна для периферии ледниковых покровов Антарктиды (на высотах 500— 1100 м) и Гренландии, для высоких гор Памира (выше 5800 м).
3. Холодная фирновая (холодная инфильтрационно-рекристаллизационная) зона. Таяние и водоотдача из годового слоя снега умеренные. В нижних слоях вода вновь замерзает. Ледообразование происходит на ⅔ путем замерзания инфильтрационной воды и на ⅓ путем рекристаллизации. Температура ледника ниже 0° С. Эта зона широко распространена в горах с континентальным климатом.
4. Теплая фирновая (теплая инфильтрационно-рекристаллизационная) зона. Таяние и водоотдача значительные, формируется интенсивный сток. Ледообразование идет в равной степени путем инфильтрационного замерзания и рекристаллизации. Толщина фирна 20—40 м. Температура ледника около 0°С. Зона широко распространена в горах и на арктических островах в условиях морского климата.
5. Фирново-ледяная (инфильтрационная) зона. Таяние и водоотдача значительны. Ледообразование в основном инфильтраци-онное. Толщина фирна не более 5—10 м. Зона характерна для горных ледников в условиях континентального климата.
6. Зона ледяного питания (инфильтрационно-конжеляционная). Таяние и водоотдача интенсивные. Ледообразование идет путем инфильтрации и конжеляции, т.е. замерзания талой воды на поверхности льда и формирования «наложенного» льда. Фирна в этой зоне нет. Зона типична для горных ледников в условиях континентального климата.
Перечисленные выше зоны образуют область питания (аккумуляции) ледника. Их поверхность представлена либо снегом, либо фирном, либо льдом.
Поскольку накопление и таяние снега и льда происходит с годовой периодичностью, а условия накопления и таяния льда и замерзания талой воды в толще ледника от года к году изменяются, ледник в области питания обычно имеет слоистое вертикальное строение.
В зависимости от климатических и орографических условий «набор» зон ледообразования у конкретного ледника может быть различным. Так, снежная зона практически отсутствует у горных ледников (кроме некоторых вершин на Памире, Эльбруса на Кавказе и др.). На ледниках Кавказа также практически отсутствует холодная фирновая зона.
Постепенное накопление снега и льда в области питания ледника ведет к тому, что под влиянием силы тяжести и градиентов давления избыток льда, обладающего пластичностью, смещается в область абляции, где постепенно тает. Эта область не имеет фирна и состоит лишь из льда. Область абляции у горных ледников часто называют языком ледника.
В теле крупных ледников имеется сложная гидрографическая сеть, представляющая собой систему взаимосвязанных полостей, гротов, трещин, колодцев, каверн, полностью или частично заполненных водой, линз воды и ручейков.
В местах изменения рельефа ложа ледника (расширение или перегиб ложа) при движении ледника возникают соответственно продольные и поперечные трещины.
На поверхности и в толще ледника, а также вблизи него встречаются скопления обломочного материала — морены. Они подразделяются на две основные группы — влекомые, в которых обломочный материал перемещается ледником, и отложенные, представляющие собой скопление обломочного материала, ранее принесенного и отложенного ледником. Среди влекомых морен выделяют морены поверхностные (включая боковые, срединные, поперечные и фронтальные), внутренние и придонные (рис. 4.3; 4.4). Отложенные морены подразделяются на береговые и конечные.