Питание и абляция ледников, баланс льда и воды в ледниках
Питание ледника. Основным источником питания ледника служат твердые атмосферные осадки. Кроме них в питании ледника участвуют дождевые жидкие осадки; метелевый перенос, т.е. принос ветром снега на поверхность ледника со смежных горных склонов; лавины, приносящие дополнительные объемы снега на ледник; конденсация водяного пара в твердую фазу (сублимация) или так называемые «нарастающие» осадки иней и изморозь; «наложенный лед», т.е. вновь замерзающие талые воды сезонного снега.
По данным В. М. Котлякова, вклад основных составляющих в питание горных долинных ледников таков: выпадающие осадки дают 80% общей аккумуляции, «нарастающие» осадки — 0–2%, метелевый перенос — 15%, лавины — 5%. Для малых ледников доля осадков сокращается до 20–30%, а доля метелевого и лавинного переноса увеличивается соответственно до 50–60% и 20%.
Расход вещества в леднике. Главной составляющей расхода вещества в леднике (абляции) является сток талой воды с ледника. Кроме того, с поверхности льда (снега) происходит испарение, а также иногда и сдувание снега ветром (механическая абляция).
Различают три вида абляции: подледниковую, внутриледниковую и поверхностную.
Подледниковая абляция происходит на границе ледника с ложем и вызывается поступлением тепла из грунта, трением льда о ложе и жидкой водой, проникающей под лед. Поступление геотермального тепла из недр Земли может привести даже к образованию огромных подледниковых озер под мощным слоем покровного ледника. Примером такого озера служит оз. Восток в Антарктиде (см. гл. 7).
Внутриледниковая абляция (таяние) происходит внутри ледника и объясняется трением отдельных слоев ледника, циркуляцией воды и воздуха в полостях и трещинах ледника. На долю обоих упомянутых видов абляции приходится менее 5% общей абляции ледника.
Главный вид ледниковой абляции — поверхностная абляция, представляющая собой убыль снега, фирна и льда на поверхности ледника, обусловленная метеорологическими факторами. Основной составляющей поверхностной абляции является таяние. Испарение играет некоторую роль лишь в условиях крайне сухого и солнечного высокогорья.
На процесс абляции ледника оказывают влияние солнечная радиация, температура и влажность воздуха, испарение и конденсация, атмосферные осадки. Твердые осадки — снег — увеличивают альбедо поверхности ледника и ослабляют процесс таяния, жидкие осадки (дождь) несколько ускоряют процесс таяния.
Режим и движение ледников
Под режимом ледника понимают характер изменения его объема (массы) и формы, проявляющийся в наступании и отступании ледника.
Если аккумуляция превышает абляцию, то ледник должен нарастать и наступать. Если абляция перекрывает аккумуляцию, то масса льда уменьшается, ледник должен деградировать и отступать.
Итак, в периоды положительного баланса льда ледники должны наступать, в период отрицательного баланса льда — отступать. Эта связанная с изменением баланса массы ледника и имеющая климатическую природу закономерность выполняется, однако, не всегда строго. Наступание и отступание ледника, т.е. перемещения его конца, часто запаздывают во времени по отношению к изменению массы ледника. Чтобы ледник пришел в движение, иногда необходимо некоторое избыточное накопление льда. Кроме того, наступание иногда связано не только с климатическими причинами, а и с механическими факторами, как, например, у пульсирующих ледников, о которых будет сказано ниже.
Наступание и отступание ледников в прошлом, настоящем и будущем. Наступание и отступание ледников могут иметь различную продолжительность, измеряемую интервалами времени геологического, векового, многолетнего и других масштабов. Наступание и отступание ледников в геологическом масштабе времени отождествляют соответственно с эпохами и периодами оледенения и межледниковыми эпохами и периодами. Менее продолжительные наступания и отступания ледников исчисляются периодами в десятки и сотни лет. Колебания ледников, т.е. режим их наступания и отступания, связаны прежде всего с изменением условий питания и абляции ледников. Наступание ледников обычно наблюдается в холодные и влажные периоды, отступание — в теплые и сухие. Колебания ледников отмечаются и в современную геологическую эпоху.
Значительные изменения претерпел, например, ледяной покров Гренландии. По данным О. П. Чижова (1997), за последние 10 тыс. лет край ледяного покрова Гренландии отступил приблизительно на 175 км на западе и севере острова и на 130 км на востоке. Последнее наступание выводных ледников Гренландии в историческое время отмечалось в XVII–XIX вв., когда эти ледники погребли остатки поселений норманном, живших на юге западной части Гренландии в X–XV вв. Последний этап отступания ледников начался на западном побережье с начала XX в., а на северном – с 20-х годов.
Значительное наступание горных ледников, по-видимому, вызванное сильным похолоданием и увеличением увлажненности, отмечалось в горах Европы в VIII–IX вв. до н.э. Наступание ледников наблюдалось в Альпах также с 100 по 750 гг. н.э. В IX—XII вв. потепление климата привело в Европе к почти полной деградации ледников. В конце XII — начале XIII столетий ледники снова начали наступать на Кавказе и в Альпах. Новое значительное наступание ледников наблюдалось в XVI—XVIII вв. В середине XIX в. на Кавказе и в Альпах ледники отступали, и в конце XIX в. вновь наметилась фаза наступания ледников, продолжавшаяся и в начале XX в. Особенно значительное наступание ледников на Кавказе и в Альпах отмечалось в 1907—1913 гг. Приблизительно в это же время наблюдалось активное наступание ледников Аляски. Интересно отметить, что в 1906—1915 гг. энергичное наступание ледников было и в Средней Азии. Причиной наступания ледников в XVI—XIX вв. было общее похолодание климата, которое даже называют «малым ледниковым периодом». Затем ледники Европы начали почти повсеместно отступать, что ряд исследователей объясняли потеплением климата.
По данным В. М. Котлякова (2002), пик отступания горных ледников пришелся на 1930–40-е годы. В последующие десятилетия отступание ледников сменилось их стабилизацией и даже наступанием. В Австрийских Альпах, например, с 1965 по 1975 гг. доля наступающих ледников возросла с 30 до 58% (в 1920 г. эта доля составляла 30%, а к 1952 г. приблизилась к 100%). Однако, по некоторым данным, в последние десятилетия ХХ в. и в настоящее время в связи с общим потеплением климата отмечается тенденция к отступанию ледников, особенно в полярных районах.
Состояние ледников на планете в будущем будет зависеть от крупномасштабных изменений климата. В. М. Котляков и А. Н. Кренке (1997), прогнозируя изменение ледников, рассматривают два основных сценария. Если климатические процессы пойдут по "теплому" сценарию (с 2020 г. температура воздуха повысится на 2С, а к концу XXI в. – на 4С), то произойдут следующие значительные изменения в ледяном покрове Земли. Сильно сократятся площади покровных ледников в Арктике. На арктических островах ледяной покров может исчезнуть за несколько десятилетий. Толщина льда в Гренландии будет уменьшаться на 0,5–0,7 м в год. В Антарктиде сильно уменьшатся площади шельфовых ледников. Если же осуществится "холодный" климатический сценарий, то ледники будут постепенно наступать, особенно в приполярных районах.
Движение ледников. От наступания и отступания ледников, связанных в основном с изменением условий питания и таяния ледников, следует отличать движение ледников, проявляющееся в перемещении (всегда в одном направлении) самих масс льда. Благодаря пластичности лед оказывается текучим и под действием силы тяжести и давления медленно перемещается.
Движению масс льда способствуют большая мощность ледника, значительные уклоны его поверхности и ложа, относительно повышенная температура воздуха (и льда), так называемая «водяная смазка» у ложа. Мощные ледники двигаются быстрее маломощных (считается, что заметное движение ледника начинается при его толщине, превышающей 15—30 м), крутопадающие ледники двигаются быстрее пологопадающих, днем, летом и в фазу наступания ледник движется быстрее, чем ночью, зимой и в фазу отступания. Движение масс льда в леднике благодаря деформациям сжатия и растяжения (приводящим часто к разрывам сплошности льда) существенно отличается от движения воды в водотоках и водоемах. Движение масс льда в леднике может быть так называемым глыбовым со скольжением вдоль ложа и вязко-пластичным.
Обычно скорости движения ледников незначительны и измеряются сантиметрами в сутки или метрами в год. Наибольшая скорость движения свойственна краевым частям мощных покровных ледников Антарктиды и Гренландии (выводным ледникам) и крупным ледникам Гималаев. Временное ускорение движения ледника (как горного, так и покровного) называют подвижкой ледника (или сёрджем).
Движущиеся (даже медленно) ледники производят огромную эрозионную, транспортирующую и рельефоформирующую работу. Движущийся лед "полирует" скалы, переносит большие массы обломочного материала, включая огромные валуны, "выпахивает" троговые долины.
По скорости движения ледники можно подразделить на три основные группы. Ледники первой группы имеют небольшую (обычно не более 100—200 м/год), мало изменяющуюся в течение года скорость движения. Это большинство горных ледников, ледниковые щиты. Ледники второй группы имеют практически постоянно весьма большую скорость движения (до 10—20 км/год и более). Это некоторые выводные ледники Антарктиды и Гренландии. Ряд крупных Гималайских ледников движется со скоростью до 1 км/год. Наконец, ледники третьей группы (так называемые пульсирующие ледники) в обычное время имеют незначительные скорости движения, но в отдельные непродолжительные периоды резко ускоряют свое движение (до 100 м/сут).
Пульсирующих ледников много во многих ледниковых системах – на Аляске, Шпицбергене, в Исландии, Альпах, в горах Центральной Азии.
Весьма необычны подвижки небольшого ледника Колка в верховьях р. Геналдон на северном склоне Казбекско-Джимарайского горного массива (Северный Кавказ), изучавшегося и описанного ранее отечественными гляциологами О. П. Рототаевым, А. Н. Кренке, В. М. Котляковым и др. В прошлом было зафиксировано несколько крупных подвижек ледника Колка – в 1835, 1902 и 1969–1970 гг., т.е. через каждые 65–70 лет. Первые две из этих трех подвижек имели катастрофический характер. Во время подвижки в 1902 г. ледник быстро выдвинулся на 11 км; вал из льда, камней и воды достигал высоты 100 м. Было вынесено 70–75 млн. м3 льда и камней. Этот лед таял потом в течение 12 лет. В результате этой подвижки погибло несколько десятков человек и много скота. С 28 сентября 1969 г. по 10 января 1970 г. язык ледника, имевшего до этого длину около 3 км, выдвинулся на 4,1 км и опустился по высоте на 785 м. Скорость продвижения льда составляла десятки метров в сутки, толщина наступающего языка достигала 130 м. Объем вынесенного льда составил 80 млн. м3; этот лед таял потом в течение 25 лет.
Последняя самая катастрофическая подвижка ледника Колка произошла совсем недавно и всего через 32 года после предыдущей. Нижеприведенные сведения об этом событии даются по персональному сообщению гляциолога географического факультета МГУ Д. А. Петракова. Вечером 20 сентября 2002 г. в результате внезапной подвижки ледник Колка полностью вышел из своего прежнего ложа и в виде огромного вала льда, камней и воды с большой скоростью (подвижка продолжалась всего несколько минут) пронесся вниз по долине на 19 км, пока не ударился о Скалистый хребет в районе Кармадонских ворот. Ниже по течению на расстояние 17 км прошел разрушительный грязекаменный сель, объем отложений которого составил до 5 млн. м3. Размеры "ледяного тела", заполнившего Кармадонскую котловину, огромны: площадь 2,1 км3, длина 3,6 км, объем 115 млн. м3, максимальная и средняя толщина 140 и 60 м соответственно. В ряде мест в долине возникли небольшие подпруженные озера. Их общая площадь в начале октября 2002 г. составляла более 400 км2. В результате этой катастрофической подвижки ледника был погребен пос. Нижний Кармадон, погибло не менее 100 человек.
По мнению гляциологов к потере устойчивости ледника Колка и его катастрофической подвижке привели, во-первых, накопление избыточной массы снега и льда в предшествующие годы, и, во-вторых, скопление у ложа ледника воды ("водной смазки") в результате таяния льда и дождей летом 2002 г. Непосредственным же толчком к подвижке, по-видимому, явился обвал небольшого висячего ледника на поверхность ледника Колка.