4.2. 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, 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, Каракоруме, на Памире, Тянь-Шане, в Альпах, на Кавказе, на Аляске и т. д. Самый крупный горный ледник — ледник Беринга на Аляске длиной 203 км и площадью 5700 км2.
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 Тянь-Шане (8313 км2), Памиро-Алае (9821 км2), Большом Кавказе (1424 км2). Самые крупные горные ледники в СНГ — 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).
4.3. 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/м3 Фирн имеет уже плотность порядка 450—800 кг/м3 (в среднем окола 650 кг/м3).
Дальнейшее уплотнение фирна и рекристаллизация приводят к образованию ледникового (глетчерного) льда плотностью 800–920 кг/м3 в зависимости от типа образования. Плотность чистого льде 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 понижает Тзам на 0,0073 °С, поэтому в толще ледника, где давление увеличивается приблизительно на 105 Па 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.
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).
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).
Холодная фирновая (холодная инфильтрационно-рекристаллиза-ционная) 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 Арктике и в горах с континентальным климатом.
4. Теплая фирновая (теплая инфилътрационно-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.
Фирново-ледяная (инфильтрационная) зона. Таяние и водоотдача значительны. Ледообразование в основном инфильтрационное. Толщина фирна не более 5—10 м. Зона характерна для горных ледников в условиях континентального климата.
Зона ледового питания (инфилътрационно-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 происходят 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.
Типичное строение покровных и горных ледников приведено на рис. 4.2 и 4.3.
Рис. 4.2. Поперечный разрез Гренландского ледникового покрова (по Б. Фриструлу). Обозначения см. на рис. 4.3. Пунктир — профиль выводного ледника
Рис. 4.3. Продольные разрезы карового (а) и долинного (б) ледников:
I—область питания; II—область абляции; 1—ложе ледника (коренные породы); 2— поверхность ледника; 3— снег и фирн; 4 — лед; 5— морены; 6— линии тока льда; ПТ — подгорная трещина; ЛП — ледопад; ДМ — придонная морена; КМ — конечная морена
Отношение площади области питания (аккумуляции) ледника (Fп) к площади области абляции (расхода) (Fa) называют ледниковым коэффициентом:
kл = Fп / Fa. (4.1)
Значение ледникового коэффициента различно у разных ледников. В современных условиях долинные ледники Альп, Кавказа, Скандинавии имеют kл от 1 до 2. У каровых ледников этот коэффициент меньше (0,5—1). В последнее время вместо ледникового коэффициента стали широко применять другой показатель — доля области питания, т.е. отношение площади области питания ко всей площади 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. 4.4). Отложенные морены подразделяются на береговые и конечные.
Рис. 4.4. Схема поперечного строения горного ледника. Влекомые морены:
А — придонная; Б — внутренняя; В — срединная; Г— боковая