Глава 4 гидрология ледников
Скопления природного снега и льда на Земле весьма разнообразны8. Согласно Атласу снежно-ледовых ресурсов мира (1997), формы природного снега и льда подразделяются на:
атмосферные (снег, иней, град, гололед); наземные:
многолетние (ледники, многолетние наледи и снежники);
сезонные (снежный покров, обычные наледи); плавучие:
многолетние (паковые льды, айсберги);
сезонные (морские льды, озерные и речные льды); подземные (многолетние подземные льды).
Среди перечисленных видов скопления снега и льда главное место занимают многолетние наземные льды — ледники. Ледник — это масса фирна и льда, образовавшаяся путем длительного накопления и преобразования твердых атмосферных осадков и обладающая собственным движением. Множество ледников, объединенных общими связями с окружающей средой и внутренними взаимосвязями и свойствами, образуют оледенение, или ледниковую систему. Ледники Земли играют важную роль в природных процессах. Являясь аккумулятором больших объемов вод, ледники участвуют в круговороте воды в природе и оказывают существенное влияние на многие процессы на земном шаре (тепловой баланс планеты, температуру и соленость вод океана, сток горных рек и т.д.).
4.1. Происхождение ледников и их распространение на земном шаре
В холодный период года на обширных территориях суши идет накопление твердых атмосферных осадков — снега. В теплый период года на большей части территории снег растаивает. В каждый момент времени можно найти границу между поверхностью, покрытой снегом, и поверхностью, где снега нет. Эта граница называется сезонной снеговой линией. Естественно, что в течение года эта линия смещается в пространстве: в холодный период года на равнинах в сторону низких широт, а в горах — вниз по склонам, в теплый период года на равнинах — в сторону высоких широт, а в горах — вверх по склонам, причем в Северном и Южном полушариях — асинхронно.
Среднее положение снеговой линии называется климатической снеговой линией. Выше ее в среднем за год снега может накапливаться больше, чем растаять или испариться, ниже весь выпавший за зиму снег летом должен полностью растаять. Выше климатической снеговой линии наблюдается положительный снеговой баланс, ниже — отрицательный снеговой баланс, на самой линии — нулевой снеговой баланс.
Часть тропосферы, расположенную выше климатической снеговой линии, в пределах которой снеговой баланс положительный и происходит накопление твердых атмосферных осадков, называют хионосферой.
Высотное положение климатической снеговой линии определяется климатическими условиями. Наинизшее положение она занимает в полярных районах, опускаясь в Антарктике до уровня моря, наивысшее — в субтропиках (до 6500 м), где наиболее высока температура воздуха и отмечаются недостаток атмосферных осадков и повышенная сухость воздуха. В Южном полушарии, где климат более морской и выпадает больше осадков, климатическая снеговая линия расположена ниже, чем в Северном полушарии (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Положение климатической снеговой линии (1) на разных широтах вдоль южноамериканских Анд и североамериканских Кордильер (по В.М. Котлякову), рельеф земной поверхности (2) и области современного оледенения (3)
Если в том или ином районе земная поверхность имеет высоты, превышающие высоту климатической снеговой линии, то именно здесь накопление снега приводит к его преобразованию в фирн и лед и возникает ледник (см. рис. 4.1). Так, выше климатической снеговой линии оказывается вся Антарктида, вершины Анд и Кордильер, некоторые горы Аляски, здесь и располагаются ледники. Они также находятся выше климатической снеговой линии, расположенной на Земле Франца-Иосифа на высотах около 100 м, на Шпицбергене около 400—500 м, в Альпах 2500—3000 м, на Кавказе 2700—3800 м, на Памире 4500—5500 м, на Гималаях 4900—6000 м и т.д. На наветренных и потому более влажных и снежных склонах снеговая линия лежит ниже, чем на склонах подветренных.
Таким образом, главная причина существования оледенения — климатическая. Основным условием существования ледников служит положительный снеговой баланс, т.е. преобладание накопления снега над его расходованием, чему способствует большое количество твердых атмосферных осадков и длительный период отрицательных температур воздуха.
Наиболее благоприятен для образования ледников морской климат с большим количеством осадков и прохладным летом. Сухой континентальный климат с жарким летом менее благоприятен для образования ледников.
Помимо климатических условий образованию ледников способствуют и условия орографические и геоморфологические: большие высоты, экспозиция склонов (северная в Северном полушарии и южная в Южном), благоприятная ориентация горных хребтов по отношению к направлению переноса влажных воздушных масс, плоские или вогнутые формы рельефа. На северных склонах Джунгарского Алатау климатическая снеговая линия расположена, например, на высотах около 3000 м, на южных склонах — на высотах около 3500 м. В центральных частях гор Средней Азии эта линия лежит на высотах 5000—5500 м, в периферийных — на высотах 3000—3600 м. Накопление снега выше климатической снеговой линии не может продолжаться бесконечно, и он должен каким-то образом «разгружаться». Это в горных ледниках происходит благодаря перемещению накапливающихся масс снега и льда ниже снеговой линии (в виде языка ледника) и последующему их таянию и испарению в более теплых условиях, частичному таянию и испарению льда выше снеговой линии, сходу лавин и переноса снега метелями, а на покровных ледниках также и в результате откалывания массивов льда и образования айсбергов.
Линия с нулевым снеговым балансом на теле самого ледника проходит немного ниже, чем климатическая снеговая линия в данном районе Земли. Это может быть объяснено как дополнительным поступлением снега на поверхность ледника путем метелевого и лавинного переноса, так и охлаждающим влиянием самого ледника. С многолетним положением снеговой линии на поверхности ледника приблизительно совпадает так называемая фирновая линия, отделяющая поверхность фирна от поверхности льда.
Согласно Атласу снежно-ледовых ресурсов мира (1997) площадь современного оледенения на планете (площадь, занятая многолетним льдом и снегом) составляет 16,25 млн км 2, или 10,9 % поверхности суши (см. табл. 3.1). На долю льдов Антарктиды и Гренландии приходится соответственно 13,94 и 1,80 млн км 2, или 9,4 и 1,2% площади поверхности суши.
Запасы воды во всех ледниках мира составляют 25,78 млн км 3 (это —70,2% объема всех пресных вод на планете) (см. табл. 3.1). На долю льдов Антарктиды и Гренландии приходится 23,29 и 2,36 млн км3 запасов воды, что составляет 90,3 и 9,2 % суммарных запасов воды в ледниках мира.
Как следует из приведенных цифр, в ледниках Антарктиды и Гренландии вместе содержится 25,66 млн км 3 воды (99,5 % запасов воды во всех ледниках мира, или 69,8 % запасов всех пресных вод).
Сведения о наиболее крупных современных скоплениях многолетнего льда и снега на планете приведены в табл. 4.1. Как следует из этой таблицы, помимо Антарктиды и Гренландии, важными районами современного оледенения являются арктические острова. На долю горных ледников приходится запасов воды значительно меньше (наиболее крупные горные ледники расположены на Аляске, Памире, в Андах). Средняя толщина льда наибольшая в покровных ледниках (ледники Антарктиды, Гренландии, арктических островов). Максимальная толщина льда была измерена в индоокеанском секторе Антарктиды — 4776 м. Толщина льда в горных ледниках значительно меньше.
Таблица 4.1. Основные области современного оледенения земного шара*
-
Район
Площадь льда, тыс. км2
Запасы воды в льде, тыс. км3
Средняя толщина льда, м
Гренландия
1803
2365
1460
Исландия
11,75
3,62
340
Шпицберген
34,89
6,79
216
Земля Франца-Иосифа
13,75
2,10
180
Новая Земля
23,64
8,10
380
Северная Земля
18,32
4,70
290
Побережье Аляски
63,31
11,40
200
Запад Канады
27,36
5,21
211
О-ва Восточной Канады
147,0
50,1
370
Скандинавия
2,78
0,27
108
Альпы
2,83
0,12
48
Большой Кавказ в пределах СНГ
1,42
0,07
58
Алтай в пределах России
0,91
0,04
48
Тянь-Шань в пределах СНГ
8,31
0,50
66
Памиро-Алай в пределах СНГ
9,82
0,62
68
Гиндукуш
5,91
0,58
99
Куньлунь
11,64
1,57
150
Каракорум
15,41
2,86
206
Гималаи
26,52
3,70
155
Тибет
8,64
0,79
100
Камчатка
0,87
0,04
48
Южные Анды и Патагония
26,87
12,59
545
Антарктида (материковая часть)
в том числе сектора:
13 943
23 291
–
атлантический
4158
6023
1500
индоокеанский
4846
9407
1940
тихоокеанский
4939
7861
1595
По Атласу снежно-ледовых ресурсов мира (1997).
Общие запасы воды в ледниках России составляют около 15,1 тыс. км3. Самые крупные ледники в нашей стране находятся на островах Новая Земля и Северная Земля. Запасы воды в горных ледниках России невелики.