1Ш1!ш11шш1ш1шш11шш11шш11шшшшш11ш111|

Скорость перехода потенциальной энергии в другие виды энергии за сит от энергетической мощности ледника. Она определяется его массой | средней скоростью перемещения вниз по склону (потеря высоты). ность одного из величайших горно-долинных ледников мира, ледника Фе ченко, составляющая 40 тыс. кВт, не превышает мощности небольшой гс ной речки с расходом воды не более 5м³/сек. Если же учесть, что распред^ ление мощности в вертикальном сечении ледника пропорционально распр делению скоростей движения в нем, то основная доля мощности горн! долинного ледника приходится на зоны с максимальными скоростями.' слоях же, непосредственно примыкающих к ложу и входящих в непосредс! венный контакт с последним, эта мощность имеет очень малую величин! тогда как для совершения механической, в частности, экзарационной раб| ты эти слои должны были обладать-наибольшей мощностью.

Вопросы удельной мощности и интенсивности экзарации ледников я! ляются узловыми в современной гляциологии, так как обоснованность ле! никовой теории в конечном счете зависит от того, способны ли леднии производить экзарационную работу.

Наиболее полное представление об эрозионной способности леднике! может дать величина их удельной мощности, т.е. величина мощности, при холящейся на единицу площади поверхности контакта ледника с ложей Величина удельной мощности для ледника Федченко оказалось равной оке ло 2,1-10⁵ Вт/см². При этом удельная мощность ледника оказалась в н^ сколько тысяч раз меньше удельной мощности той реки, которая возник бы при полном таянии этого ледника, при условии, что расход этой предго] лагаемой реки будет равен современному расходу льда в этом леднике Щ пересчете на воду).

Как известно, лед обладает очень большой вязкостью, коэффициент к^ торой превышает 5-Ю¹⁷ пуаз. Вследствие этого почти вся мощность ледник расходуется на преодоление сил вязкости (внутреннего трения льда), в зультате чего его удельная мощность, имеющая и так очень малые значен! оказывается еще меньше. Если силы трения между ледником и ложем (се внешнего трения) меньше сил внутреннего трения льда, то под воздействЛ ем тангенциального напряжения движение льда будет происходить путе| его скольжения по ложу. При преобладании же сил внешнего трения на внутренним трением это движение будет осуществляться путем деформ^ ции льда, в условиях преодоления его внутреннего трения.

Из приведенных расчетов следует, что практически вся энергия ледг ков расходуется на преодоление внутреннего трения, а для преодолев внешнего трения (т.е. для эрозионной работы) у ледника не остается энер гии. "~

Как показывают расчеты, ледники обладают значительной энергией мощностью, вполне достаточной, на первый взгляд, для выполнения раб

64

»розионного и транспортного характера. Однако обстоятельный анализ ре-UibHoro распределения энергии и мощности по поперечному сечению ледни-KU показывает, что основная часть их приходится на слои ледника, обладаю­щие наибольшими скоростями движения, т.е. в верхних слоях покровных Ледников и в осевых зонах верхних слоев у ледников горно-долинного типа.

Что же касается придонных слоев, находящихся в непосредственном Контакте с ложем и "призванных" совершить подавляющую часть эрозион­ной работы, то на их долю остается лишь ничтожная часть средней мощно­сти ледников.

Кроме работы эрозионного характера ледникам приписывается также огромная транспортирующая способность. При этом считается, что ледник, Наподобие гигантского бульдозера, способен вырывать из коренных пород и Переносить на многие сотни километров миллионы тонн породы, формируя "морены". Для совершения подобного рода работ ледник, несомненно, дол-Жен воздействовать на выступы коренных пород с силой, превосходящей силу сопротивления данной породы на скалывание.

С другой стороны, для переноса материалов, уже "готовых к транспор­тировке", он должен преодолеть силу трения между ними и ложем. Иначе не имело бы смысла говорить об эрозионной или транспортирующей роли ледника.

Как известно, источником энергии и мощности ледника является тан­генциальная составляющая силы его тяжести. Ледяная масса, покоящаяся на горизонтальной плоскости, не может иметь собственного движения до тех пор, пока, благодаря увеличению толщины слоя льда, не возникнет необхо­димый для движения уклон поверхностного слоя. Но и в этом случае ледник не может действовать как "бульдозер": его движение будет иметь характер низкого течения.

Некоторые исследователи придерживаются такого мнения, что эрози­онная и транспортирующая способности ледника зависят не от скорости его днижения, а от его толщины. По их утверждению, при увеличении толщины льда и соответственного возрастания статического давления на ложе проис­ходит увеличение эрозионной способности ледника. Однако такое мнение ошибочно, так как каким бы большим ни было статическое давление ледни­ка, оно не может служить причиной эрозии дна или перемещения материа­лов по нему, пока лед находится в состоянии покоя.

Как известно, сила тяжести может вызывать движение или совершать работу тогда и только тогда, когда она действует под некоторым углом к горизонтальной плоскости. В этом случае, имея вертикальное направление, она образует две составляющие: тангенциальную, параллельную к наклон­ной плоскости ложа, и нормальную, перпендикулярную к этой плоскости.

Тангенциальная составляющая Ft = Mgsina представляет собой силу, стремящуюся сдвинуть тело вниз по наклонной плоскости; нормальная со-

65

ставляющая Fn=Mgcosa является силой, прижимающей тело к наклон» плоскости и вызывающей трение между ледником и ложем, направлен» против тангенциальной сдвигающей силы. Здесь а - угол наклона плоскост] ложа к горизонту.

При горизонтальном залегании плоскости ложа ледника а = 0, sina = О Ft = О, cosa = 1, Fn = Mg. Из этого следует, что тангенциальная составляю щая равна нулю, а нормальная составляющая имеет максимальное значений поэтому никакой сдвигающей силы не возникает.

Наоборот, при а = к/2, sina = 1, cosa = 0, Ft = Mg, Fn = 0. В этом случаЗ тангенциальная составляющая имеет максимальное значение, а нормальна составляющая равна нулю. Следовательно, при этом тело (ледник) може] свободно перемещаться в вертикальном направлении.

Известно, что у большинства ледников угол наклона ложа находится интервале 0<а<7°, т.е. ненамного отличается от 0° (обычно этот угол ставляет 2°-5° у горно-долинных ледников, а у ледников покровного хараЦ тера - порядка десятой доли градуса).

Теперь рассмотрим вопрос о характере влияния статического давлен ледника на тело, находящееся под ним, например, на валун. Форму валу примем кубической, с площадью грани S. Толщину слоя льда, залегающ© над ним, обозначим Н, объемный вес льда у = gp, где р — плотность льд; Тогда на глубине Я давление льда на валун составит Р = уН. Ввиду равен-ва площадей граней валуна силы давления на них со всех сторон практиЧ' ски равны, противоположны и направлены внутрь куба, поэтому они не м< гут сдвинуть с места валун. При этом мы пренебрегаем пластичностью льд; рассматривая ледяную колонну над валуном как недеформируемое тело, н; холящееся в жестком сцеплении с валуном.

Если ледник и находящийся под ним валун расположены на наклонно! плоскости, то силы их тяжести могут быть разложены на нормальные и т; генциальные составляющие. Валун может быть перемещен по ложу ледни: только в том случае, если тангенциальная влекущая сила будет превосх< дить тормозящую силу трения. Это условие может быть сформулировав так: валун, лежащий под ледником непосредственно на породах его л< жа, может быть перемещен вниз по наклонной плоскости только тогд когда тангенс угла наклона ледника к горизонту превышает по своем; значению величину коэффициента трения между валуном и породам! ложа.

Приведенное положение распространяется на валуны любой не вильной формы - из механики известно, что величина силы трения не зав: сит от формы трущихся тел. При этом следует учесть, что ни толщина ( масса) ледника, ни вес самого валуна не имеют значения и, что наибол важно, не имеет значения и то обстоятельство, находится ли валун под ел ем льда или же залегает непосредственно на наклонной поверхности,

66

ледяного покрова. Это свидетельствует о том, что на движение валуна по наклонной плоскости влияют только угол наклона последней и величина коэффициента трения между валуном и породой ложа.

Все эти расчеты сделаны при условии, что валун и ледник, содержащий его, свободно лежат на поверхности ложа. На самом же деле, все содержа­щиеся в ледниках инородные тела приморожены к ложу. А это означает, что сдвигу или перемещению по подстилающей поверхности как валунов, так и самого ледника препятствуют не просто силы трения, а тангенциальные на­пряжения, вызванные примерзанием ледника к ложу и в десятки раз превос­ходящие силы трения на контакте ледника с ложем.

Из сказанного следует, что, если ледник не в состоянии передвигать лежащий на ложе валун, то тем более он не может оторвать от ложа глыбы слагающих его пород. Этот вывод подтверждается результатами наблюде­ния на современных горно-долинных и покровных ледниках, о чем свиде­тельствует:

1. Фактически полное отсутствие моренного материала в окрестностях современных оледенений покровного характера.

2. Наличие под современными горно-долинными ледниками скопле­ ний обломочного материала, имеющих иногда очень большие мощности (толщину). Так, под ледником Федченко толщина слоя таких скоплений достигает 200-900 м, под ледником Туюк-Су - 160-200 м и т.д.

3. Отсутствие следов эрозии и работ другого характера на территориях, испытавших неоднократные кратковременные наступания и отступания ледников. По свидетельству ряда исследователей, в некоторых случаях на таких поверхностях сохранялся нетронутым даже травяной покров!

Следует особенно подчеркнуть, что все вышеизложенное относится только к вопросу перемещения ледниками так называемых донных морен.

В гляциологической науке в вопросе об эрозионной способности и ме­ханизме движения ледников создалось такое положение, при котором про­должают сосуществовать две противоположные концепции. Сторонники одной из них стараются доказать, что огромное трение о дно ледник пре­одолевает путем доведения этого трения до минимума в результате специ­фического механизма движения ледника. Такую цель преследует и развитие теории возникновения водяной "смазывающей" пленки или идея преодоле­ния преград посредством Таяния льда под большим давлением.

Соглашаясь со сторонниками этой теории в вопросе о том, что сколь­жение ледника по ложу возможно только при наличии очень малых сил трения на поверхности их контакта с ложем, уступающих по величине силе, |, Ч влекущей ледник вниз по склону, тут же хочется спросить: как же эта тео- |Ц рия может объяснить ледниковую эрозию, которая возможна только при на­личии очень больших сил трения в области контакта? Если лед преодолева-

67

ет преграды на ложе путем таяния, то как можно говорить о его эрозионн деятельности?

Другая концепция, авторы которой хорошо знают, что эрозия, произ: димая ледником, находится в прямой зависимости от величины силы тра между ним и дном, исходит из очень большой величины этой силы тре: Именно авторами этой концепции и выдвинуто предположение, что эроз дна производит не сам лед, а обломки твердых пород, вмерзших в лед. О, ко они совершенно обходят то обстоятельство, что при ограниченных эв гетических мощностях ледника большие силы его трения о ложе не только в состоянии усилить эрозию, но, наоборот, - могут привести к торможе движения ледника (по крайней мере в слое, контактирующем с дном).

Несомненно, что движение ледника, примерзшего к неровному ше] ховатому дну, может происходить только при наличии такого механизм; который в состоянии обеспечить движение при наименьших затратах эн гии, и поскольку для скольжения потребовалось бы преодолеть усил многократно превосходящие влекущую силу ледника, то движение послед него не может иметь характер глыбового скольжения.

Единственным механизмом, обеспечивающим упомянутое условие м» нимальной затраты энергии, согласно теории динамического взаимодей вия между телом и жидкостью, является вид движения, свойственный жид­костям — течение.

Следует подчеркнуть то очень важное обстоятельство, что для нач движения скольжением требуется обязательно преодолеть силы внешне трения (т.е. влекущая сила должна превосходить их), а течение может на¹ наться даже при наличии ничтожных напряжений, под воздействием оче; малых сил. И поскольку лед не имеет нижнего предела пластичности, следовательно, достаточно самых ничтожных сил для возникновения в н текучести.

Благодаря возникновению между ледником и дном неподвижного с. льда, так называемого пограничного слоя, огромная сила трения между ми - внешнее торможение - фактически заменяется внутренним, неср; ненно меньшим трением. Вот почему механизм движения ледника, всего, зависит от степени вязкости льда, от ее изменения в различных зов ледника.

Поскольку вязкость льда в основном зависит от температуры и давле ния внутри его толщи, то ясно, что наиболее заметные изменения буду происходить по глубине поперечного сечения ледника. Эти изменения вернее, распределение вязкости внутри ледника будут зависеть как от кли матических условий, так и от других факторов: от физических свойств льда направления движения ледника, толщины слоя льда и др. *"

При постоянстве вязкости внутри ледника скорости движения возрас! тали бы от дна к поверхности равномерно, т.е. градиент скорости был 6ij

68

постоянным. Такая картина может наблюдаться у ледников, расположенных в умеренных и жарких поясах (у так называемых "теплых" или "изотерми­ческих ледников"), в толще которых температура меняется в незначитель­ных пределах и, следовательно, мало должна изменяться и величина вязко­сти в вертикальном сечении ледника.

Совершенно иная картина наблюдается в ледниках холодных поясов и особенно в области Антарктического ледникового щита, где, благодаря спе­цифическому распределению температур в вертикальном сечении ледников, вертикальное распределение вязкости также отличается своеобразием. Здесь температура льда не только не поднимается от поверхностного слоя ко дну, но даже понижается, достигая на некоторой глубине -38 - -40°С, а затем на больших глубинах начинает подниматься, приближаясь к температуре таяния для данных давлений, но оставаясь всегда ниже ее. Отсюда можно заклю­чить, что вязкость льда в Антарктических ледниках изменяется в довольно широких пределах, поскольку температурные изменения доходят до 40°. Ес­ли учесть, что изменение температуры на 15° приводит к изменению вязко­сти в 10 раз, то здесь вязкость должна изменяться до 20-30 раз.

Из вышеизложенного следует, что в вертикальном сечении ледников типа антарктических (расположенных в холодных поясах) степень измене­ния (градиент) скоростей колеблется в довольно широких пределах, и эти градиенты особенно ощутимы в придонных слоях ледников, а к поверхно­стным уменьшаются до минимальных значений.

В заключение считаем необходимым еще раз подчеркнуть, что единст­венным видом движения, присущим всем ледникам, является вязкое течение льда при наличии неподвижного ледяного пограничного слоя у ложа. Такая форма обеспечивает движение ледника с наименьшими за­тратами энергии. При наличии достаточной толщины слоя льда вязкое течение в состоянии обеспечить все те скорости, с которыми в природе движутся ледники.

Какого же объема и характера работу могут производить ледники?

При наличии неподвижного пограничного слоя льда всякая возмож­ность ледниковой экзарации исключается.

Что же касается мнения многих исследователей, согласно которому ледники (наподобие гигантского бульдозера) своим фронтом могут толкать и перемещать продукты выветривания, громадные обломки пород, отрывать выступы пород и, перемещая их, создавать напорные морены, то это не что иное, как физически и математически необоснованные рассуждения.

На вопрос, могут ли ледники перемещать фронтальные морены, можно ответить, даже не вникая в подробности механизма движения ледников. Ес­ли согласиться с тем, что придонные слои движутся со скоростью, равной 1/10 поверхностных скоростей, то и в этом случае ледник не в состоянии перемещать валуны, попадающиеся на его пути, так как, двигаясь со скоро-

69

стями, превосходящими в 10 раз придонные, поверхностные слои будут в прерывно нагонять придонные слои и, опускаясь, прижимать валуны к л жу. Таким образом, придонные слои не в состоянии перемещать валу: Если же добавить ко всему этому, что придонный слой ледника вообще н подвижен, то станет ясно, что ледники не могут перемещать так назыв; мые донные морены.

Исследование энергетических возможностей и механизма движен ледников и ледниковых покровов, анализ результатов многочисленных и> следований процессов, происходящих в современных оледенениях, а та материалов изучения районов распространения предполагаемых древн ледниковых покровов приводит к следующим выводам.

Вследствие незначительной энергетической мощности и специфичесю го механизма движения ледники не способны выполнять ни одного из вида работ, приписываемых им ледниковой гипотезой.

Исключением является транзитный перенос обломочного матери; горно-долинными ледниками; тем или иным путем оказавшегося на их п верхности (но не вырванного и поднятого ими).

Этот вывод подтверждается следующими фактами:

1. Отсутствие морен в районах современного оледенения покровно характера (Антарктида, Гренландия, острова Арктики).

2. Отсутствие у ледников и ледниковых покровов скольжения по лож До настоящего времени ни одному из исследователей не приходилось на­ блюдать скольжения ледника по ложу.

3. Отсутствие в районах современного оледенения так называемых лед) никовых форм рельефа (друмлинов, озов, камов, трогов и др.).

4. Наличие под ледниками так называемого промежуточного слоя, со стоящего из обломочного материала, достигающего часто внушительны) размеров (под ледником Федченко толщина подобного слоя достигает 90( м).

5. Отсутствие следов так называемой ледниковой обработки (экзара ции) в районах современных оледенений, в том числе штрихов, борозд, по лировки и т.д.

6. Отсутствие в теле ледников покровного характера моренного мат риала.

Особое внимание было уделено подробному изучению результатов мн< гочисленных исследований современных оледенений, особенно за после, десятилетия с применением высокоэффективных средств исследования. Анализ этих работ приводит к следующим выводам: 1. Ледниковая гипотеза зародилась под воздействием ошибочных вп« чатлений, возникших у наблюдателей за деятельностью некоторых ал: пийских горно-долинных ледников, априорно приписывающих этим ле.

70

никам происхождение морен, валунов и других образований, получивших в дальнейшем эпитет "ледниковые".

2. Предположения о способности ледников совершать работы морфо- генетического характера были превращены в неоспоримые догматы без исследований энергетических возможностей ледников и механизма движе­ ния льда.

3. Распространение этих предположений от горно-долинных ледников к покровным оледенениям привело к гипотезе о древних оледенениях.

4. В дальнейшем гипотеза о древних оледенениях, будучи еще необос­ нованной (ни теоретически, ни фактами исследований), получила название "ледниковая теория" и заняла господствующее положение во всех науках о Земле.

Однако вышеизложенное свидетельствует о том, что ледниковая теория до настоящего времени остается лишь гипотезой.

Вся полуторавековая история существования ледниковой гипотезы изобилует многочисленными "исправлениями" ее тех или иных явно оши­бочных концепций, реформами тех или иных положений, просто отказом от ряда основополагающих начал, стремлением объяснить результаты наблю­дений и исследований с позиций этой концепции.

Но все эти меры не в состоянии разрешить возникающие внутренние противоречия этой теории и вывести ее из состояния глубокого кризиса, вытекающего из самой ее сущности.

В палеогеографии преобладают эмпирические теории с отдельными формализованными подходами. Важнейшими являются теории направленно-ритмического изменения географической оболочки, метахронности, ледни­ковая и другие, отражающие пространственно-временные отношения в при­роде земной поверхности. В палеогеографии позднего кайнозоя наибольший интерес вызывает ледниковая теория, включающая концепции (или теории) горного, материкового покровного и подземного, а также морского оледене­ния. Однако ряд современных данных о динамике ледников и их геологиче­ской деятельности, о соотношении оледенений и колебаний уровня Миро­вого океана, о литологии валуносодержащих толщ и находках в них органи­ческих остатков, дислокациях и отторженцах и др. приводит к выводу о том, что многие существующие постулаты классической ледниковой теории тре­буют пересмотра.

мниншшишш

71