Понимание движения ледников: глобальная перспектива

Ледники, огромные реки льда, являются динамичными объектами нашей планеты. Это не статичные глыбы, а постоянно движущиеся массы, реагирующие на гравитацию и условия окружающей среды. Понимание движения ледников имеет решающее значение для осмысления климатической системы Земли, эволюции ландшафта и влияния изменения климата на водные ресурсы и повышение уровня моря.

Что такое ледник?

Прежде чем углубляться в тему движения ледников, важно определить, что представляет собой ледник. Ледник — это многолетняя масса льда, снега и фирна (частично уплотненного снега, пережившего хотя бы один летний сезон таяния), которая формируется в течение многих лет и движется под собственным весом. Ледники встречаются на всех континентах, кроме Австралии, от полярных регионов до высокогорных районов.

Ключевые характеристики ледника включают:

• Размер и толщина: Размеры ледников варьируются от небольших каровых ледников до массивных ледниковых щитов, покрывающих тысячи квадратных километров и достигающих километров в толщину.
• Образование льда: Ледниковый лед образуется в результате уплотнения и перекристаллизации снега с течением времени. По мере накопления снега он сжимает нижележащие слои, превращая снежные кристаллы в более плотный фирн и, в конечном итоге, в ледниковый лед.
• Движение: Способность течь под собственным весом является определяющей характеристикой ледников.
• Баланс массы: Ледники набирают массу за счет аккумуляции (снегопадов) и теряют массу за счет абляции (таяния, сублимации и откалывания айсбергов). Баланс между аккумуляцией и абляцией определяет, наступает ли ледник, отступает или находится в равновесии.

Механизмы движения ледников

Ледники движутся за счет комбинации процессов, которые в широком смысле классифицируются как:

• Внутренняя деформация
• Базальное скольжение

Внутренняя деформация

Внутренняя деформация, также известная как пластическое течение или крип, — это процесс, при котором кристаллы льда внутри ледника деформируются и скользят друг относительно друга под действием силы тяжести. На скорость внутренней деформации влияет несколько факторов:

• Температура: Теплый лед более пластичен, чем холодный. Температурные градиенты внутри ледника влияют на скорость внутренней деформации, при этом более теплый придонный лед деформируется легче.
• Толщина льда: Вес вышележащего льда увеличивает давление на кристаллы льда, способствуя деформации. Более толстые ледники имеют более высокие скорости внутренней деформации.
• Ориентация кристаллов льда: Ориентация кристаллов льда влияет на легкость их деформации. Кристаллы льда, ориентированные благоприятным для деформации образом, будут вносить больший вклад в движение ледника.

Представьте себе стопку игральных карт, которую толкают сбоку; карты скользят друг по другу. В леднике роль карт играют кристаллы льда.

Базальное скольжение

Базальное скольжение происходит, когда ледник скользит по своему ложу. Этому процессу способствует наличие воды на границе льда и ложа. Вода может образовываться из-за:

• Таяние под давлением: Давление вышележащего льда снижает температуру плавления воды, вызывая таяние льда у основания.
• Геотермальное тепло: Тепло из недр Земли может растапливать лед у основания ледника.
• Поверхностная талая вода: Талая вода с поверхности ледника может просачиваться вниз через трещины и мулены (вертикальные колодцы) к ложу.

Наличие воды уменьшает трение между ледником и его ложем, позволяя леднику скользить легче. На скорость базального скольжения влияют такие факторы, как:

• Давление воды: Более высокое давление воды уменьшает трение и увеличивает скорость скольжения.
• Шероховатость ложа: Более гладкое ложе способствует легкому скольжению, в то время как шероховатое ложе увеличивает трение.
• Осадочные породы: Наличие осадочных пород на ложе может как способствовать, так и препятствовать скольжению, в зависимости от их свойств.

Базальное скольжение является особенно важным механизмом для быстротекущих ледников и ледниковых потоков, которые могут двигаться со скоростью несколько метров в день.

Типы ледникового течения

Хотя внутренняя деформация и базальное скольжение являются основными механизмами движения ледников, ледники демонстрируют различное поведение течения в зависимости от их характеристик и условий окружающей среды. К ним относятся:

• Ламинарное течение
• Блоковое течение
• Растягивающее и сжимающее течение
• Ледниковые пульсации

Ламинарное течение

Ламинарное течение происходит, когда слои льда плавно скользят друг мимо друга, не смешиваясь. Этот тип течения типичен для холодных ледников с относительно низкой скоростью течения. Профиль скорости ламинарного течения таков, что лед у основания движется медленнее, чем лед на поверхности, из-за трения о ложе.

Блоковое течение

Блоковое течение происходит, когда весь ледник движется как единый блок, без значительной внутренней деформации. Этот тип течения распространен в ледниках с относительно гладким ложем и высоким давлением воды. Профиль скорости блокового течения более равномерен, чем у ламинарного, при этом лед на поверхности и у основания движется с одинаковой скоростью.

Растягивающее и сжимающее течение

Растягивающее и сжимающее течение возникает в местах изменения уклона ложа ледника. В местах, где уклон ложа увеличивается (растягивающее течение), ледник растягивается и утончается. В местах, где уклон ложа уменьшается (сжимающее течение), ледник сжимается и утолщается. Эти типы течения могут создавать трещины (глубокие разломы во льду) в зонах растяжения и огивы (полосчатые узоры на поверхности ледника) в зонах сжатия.

Трещины образуются там, где напряжение растяжения во льду превышает его прочность. Они могут представлять опасность для альпинистов и исследователей.

Ледниковые пульсации

Ледниковые пульсации — это периоды быстрого ускорения ледникового течения, во время которых ледник может двигаться со скоростью десятков или даже сотен метров в день. Пульсации обычно вызываются нарастанием давления воды у ложа ледника, что уменьшает трение и позволяет леднику быстро скользить. Точные механизмы, вызывающие пульсации, все еще исследуются, но считается, что свою роль играют такие факторы, как изменения в водоснабжении, рельеф ложа и толщина льда.

Одним из наиболее хорошо задокументированных ледников пульсирующего типа является ледник Варигейтед на Аляске, который пережил крупную пульсацию в 1995 году после десятилетий покоя. Пульсация привела к значительным изменениям в геометрии и характере течения ледника.

Факторы, влияющие на движение ледников

Множество факторов влияет на скорость и тип движения ледников. К ним относятся:

• Климат
• Рельеф
• Геология
• Размер и толщина ледника

Климат

Климат является основной движущей силой движения ледников. Изменения температуры и осадков влияют на баланс массы ледника, что, в свою очередь, влияет на скорость его течения. Более высокие температуры приводят к усиленному таянию и уменьшению аккумуляции, заставляя ледники истончаться и отступать. И наоборот, более низкие температуры и увеличение осадков приводят к увеличению аккумуляции и наступлению ледника.

Последствия изменения климата ощущаются во всем мире. Например, ледники Гималаев, которые часто называют "водонапорными башнями Азии", быстро тают из-за повышения температур. Это имеет серьезные последствия для водных ресурсов и сельского хозяйства в регионе.

Рельеф

Рельеф местности, по которой течет ледник, влияет на его движение. Крутые склоны способствуют более высокой скорости течения, в то время как пологие склоны замедляют его. Форма долины или бассейна, в котором находится ледник, также влияет на характер его течения. Сужения в долине могут заставить ледник ускоряться, а более широкие участки — замедляться.

Рассмотрим контраст между долинным ледником, заключенным в крутых горных стенах, и ледниковым щитом, растекающимся по относительно ровной равнине. Долинный ледник обычно будет демонстрировать более высокие скорости течения из-за более крутого уклона.

Геология

Геология ложа ледника влияет на скорость базального скольжения. Гладкое, непроницаемое ложе способствует более быстрому скольжению, в то время как шероховатое, проницаемое ложе замедляет его. Наличие осадочных пород на ложе также может влиять на скорость скольжения в зависимости от их свойств. Например, некоторые типы отложений (например, мягкие глины) могут легко деформироваться и позволять леднику скользить более свободно.

Размер и толщина ледника

Более крупные и толстые ледники обычно движутся быстрее, чем меньшие и более тонкие. Это связано с тем, что вес льда увеличивает давление на кристаллы льда, способствуя внутренней деформации, и давление воды у ложа, способствуя базальному скольжению.

Влияние движения ледников

Движение ледников оказывает глубокое влияние на ландшафт, климат и человеческое общество.

• Эволюция ландшафта
• Регуляция климата
• Водные ресурсы
• Природные опасности

Эволюция ландшафта

Ледники являются мощными агентами эрозии и аккумуляции. Двигаясь, они выпахивают долины, формируют горы и переносят огромные объемы осадочных пород. Ледниковая эрозия создает характерные формы рельефа, такие как:

• U-образные долины
• Кары (чашеобразные углубления)
• Ареты (острые гребни)
• Карлинги (пирамидальные пики)
• Штриховка (царапины на коренной породе)

Ледниковые отложения создают такие формы рельефа, как:

• Морены (гряды обломочного материала, отложенные по краям ледника)
• Озы (извилистые гряды, отложенные подледниковыми потоками талой воды)
• Камы (холмы из отложений, сформировавшиеся на поверхности ледника)
• Зандровые равнины (плоские участки отложений, сформированные потоками талой воды за пределами оконечности ледника)

Фьорды Норвегии — классический пример U-образных долин, вырезанных ледниками во время прошлых ледниковых периодов. Великие озера Северной Америки также были образованы ледниковой эрозией.

Регуляция климата

Ледники играют роль в регуляции климата Земли. Их светлые поверхности отражают солнечный свет обратно в космос, помогая сохранять планету прохладной. Они также хранят большие объемы воды, что может модерировать речной сток и помогать смягчать засухи.

Однако, по мере таяния ледников из-за изменения климата, они способствуют повышению уровня моря и уменьшают количество солнечного света, отражаемого обратно в космос, что может дополнительно ускорить потепление.

Водные ресурсы

Ледники являются важным источником пресной воды для многих регионов мира. Талая вода с ледников обеспечивает воду для питья, ирригации и гидроэнергетики. Однако, по мере сокращения ледников из-за изменения климата, доступность этой воды оказывается под угрозой.

В Андах Южной Америки многие общины зависят от талой ледниковой воды для своего водоснабжения. Сокращение ледников в этом регионе вызывает нехватку воды и конфликты из-за водных ресурсов.

Природные опасности

Движение ледников также может представлять природные опасности. Ледниковые пульсации могут вызывать катастрофические наводнения, известные как йёкюльхлёйпы. Эти наводнения могут затоплять нижележащие территории, вызывая обширные разрушения и гибель людей.

Вулкан Гримсвётн в Исландии расположен под ледяной шапкой Ватнайёкюдль. Извержения Гримсвётна могут растопить большое количество льда, вызывая йёкюльхлёйпы, которые могут угрожать инфраструктуре и населенным пунктам ниже по течению.

Мониторинг движения ледников

Мониторинг движения ледников необходим для понимания их динамики и реакции на изменение климата. Для мониторинга движения ледников используется несколько методов, включая:

• Спутниковое дистанционное зондирование
• Наземные съемки
• GPS-измерения
• Интервальная фотосъемка

Спутниковое дистанционное зондирование

Спутниковое дистанционное зондирование обеспечивает экономически эффективный и действенный способ мониторинга движения ледников на больших территориях. Спутниковые снимки можно использовать для отслеживания изменений в протяженности ледника, скорости течения и высоте поверхности. Интерферометрический радар с синтезированной апертурой (InSAR) является особенно полезным методом для измерения движения ледников, поскольку он может с высокой точностью обнаруживать незначительные изменения на поверхности Земли.

Наземные съемки

Наземные съемки включают прямые измерения движения ледников с помощью геодезических инструментов, таких как тахеометры и теодолиты. Эти измерения могут предоставить высокоточные данные о скоростях течения и характере деформации ледника. Однако наземные съемки трудоемки и их проведение может быть сложным в удаленных и опасных условиях.

GPS-измерения

GPS (Глобальная система позиционирования) измерения предоставляют относительно простой и точный способ отслеживания движения ледников. GPS-приемники могут быть размещены на поверхности ледника и использоваться для отслеживания их положения с течением времени. Данные, собранные с GPS-приемников, могут использоваться для расчета скоростей течения и деформации ледника.

Интервальная фотосъемка

Интервальная фотосъемка включает в себя создание серии фотографий ледника с течением времени. Сравнивая фотографии, можно визуализировать движение ледника и отслеживать изменения в его протяженности и особенностях поверхности. Интервальная фотосъемка может быть ценным инструментом для вовлечения общественности и повышения осведомленности о влиянии изменения климата на ледники.

Заключение

Движение ледников — это сложный и увлекательный феномен, который играет решающую роль в формировании нашей планеты. Понимание механизмов движения ледников, факторов, которые на него влияют, и его воздействия на ландшафт, климат и человеческое общество необходимо для решения проблем, связанных с изменением климата и устойчивым управлением водными ресурсами.

Поскольку ледники продолжают таять и отступать в ответ на изменение климата, как никогда важно следить за их движением и понимать последствия для будущего.

Используя сочетание научных исследований, технологических достижений и вовлечения общественности, мы можем глубже понять движение ледников и работать над созданием более устойчивого будущего для нашей планеты.

Дополнительная литература

• Paterson, W. S. B. (1994). *Физика ледников* (3-е изд.). Butterworth-Heinemann.
• Benn, D. I., & Evans, D. J. A. (2010). *Ледники и оледенение* (2-е изд.). Hodder Education.