Ледник — это масса льда преимущественно атмосферного происхождения, испытывающая вязко-пластическое течение под действием силы тяжести, принявшая форму потока, систему потоков, купола или плавучей плиты.
Образование ледников
Есть несколько факторов, сочетание которых позволяет в той или иной местности образоваться леднику, причем это довольно длительный процесс, но два главных фактора — это рельеф и климат.
Соответственно, условия должны быть такие, чтобы в этом месте преобладали отрицательные температуры воздуха, осадки выпадали преимущественно в виде снега и лето было не настолько теплым, чтобы этот накопившийся снег успевал растаять. Если такие условия сохраняются длительное время, в удобных для этого формах рельефа могут образоваться ледники.
Это должно быть, во-первых, достаточно высоко, потому что известная история, что чем выше в гору ты лезешь, тем там холоднее, как правило. Есть высотный градиент температуры: чем выше в атмосфере, тем холоднее. К тому же это должна быть соответствующая форма рельефа. Например, это может быть какой-то горный цирк, горная котловина, верховье какой-то долины, если говорить про горы. Или, например, какие-то плато, плоскогорья на севере, арктические острова.
Снег, который выпадает зимой или летом (в зависимости от условий на высоте), должен где-то накапливаться. Это может быть какая-то котловина, долина. Есть такая форма рельефа, как кар — это что-то вроде замкнутой с трех сторон чашеобразной вогнутой формы рельефа, которая способствует накоплению снега при условии отсутствия очень сильного таяния летом. Есть и в горах такие места, где среднегодовая температура круглый год отрицательная. Соответственно, в таких условиях возможно образование ледников.
Ледники Антарктиды и Гренландии занимают такие размеры и эти оледенения таких масштабов, что с горными ледниками их особо не сравнишь, потому что Антарктида — это целый континент, покрытый льдом толщиной до 4 километров, перекрывающим сам континент Антарктиды, на котором тоже есть и горы, и долины, и котловины, и глубокие заливы, которые сейчас закрыты льдом и не видны с поверхности. И Гренландия — огромный остров, самый крупный ледник в Северном полушарии, который, в свою очередь, тоже делится на много разных зон.
Выводные ледники — ледяные потоки, которые текут в ледяных берегах. Такие ледники есть у нас в Арктике, например на Новой Земле. Это так называемые ледниковые щиты, просто огромные массы льда, которые образовались очень много лет назад. В Антарктиде самый древний лед пока датирован 800 тысячами лет. Но есть все основания полагать, что есть и более древний лед. То есть как минимум 800 тысяч лет в Антарктиде уже есть ледник.
Классификации ледников
Есть несколько классификаций ледников. Основная — классификация по морфологическому типу, а именно в зависимости от вмещающей ледник или несущей оледенение формы рельефа. Есть каровые ледники, есть ледники висячие, которые висят на крутых стенах гор. Есть ледники долинные, занимающие долины в горах между хребтами.
Каждый ледниковый бассейн может сочетать в себе сразу несколько типов ледников: и долинные, и висячие, и возобновленные ледники. Это те, у которых нет так называемой фирновой области — выше нее лед не тает, и в ней происходят основные накопления. Есть такая условная линия на леднике, называющаяся границей питания, ниже которой лед преимущественно тает и выше которой лед преимущественно накапливается.
Соответственно, какие еще у нас есть ледники по морфологическому типу? Если глобально поделить на верхнем уровне, ледники делятся на горные, покровные и нечто среднее, переходное между горными и покровными ледниками.
Горные ледники, если мы начнем с них, — это ледники долин, которые могут быть дендритовой формы, когда много-много долин, залитых льдом, стекаются в какое-то одно большое русло, получается вроде как одно тело льда, но по факту разные ледники. Это дендритовая система, то есть в плане это как разветвленное дерево.
Бывают сложнодолинные ледники: тело льда приходит из долин и со склонов. Это могут быть каровые ледники, карово-долинные ледники, которые начинаются в каре. Начинаются они высоко, в отрицательной форме рельефа, потом оттуда выползают, заполняют долину. Это могут быть ледники склонов: карово-долинные, висячие, присклоновые ледники.
Такое бывает в Арктике, там широко распространено. Бывают русловые ледники, которые в той же Арктике занимают какие-то русла древних рек. В Арктике достаточно холодно круглый год, есть и относительно большие высоты. Там нечасто встретишь высокие горы: коренной рельеф не очень высокий. Высота какого-нибудь купола на Земле Франца-Иосифа может быть 500 метров, при этом высота ложа ледника (коренного рельефа) всего 100 метров.
Но внешние условия — холодно и летом, и зимой — способствуют оледенению. А в горах, для того чтобы накопилось много снега, нужна довольно большая высота, потому что летом тепло на небольших высотах. И в средней полосе или тем более в тропиках ледники могут существовать только очень высоко.
Бывают ледники вершин. Это, например, ледники таких конических вершин, как Эльбрус. Бывают ледники плоских вершин. Какая-нибудь гора с плоской вершиной, и, соответственно, на ней может тоже образовываться какой-то куполок, который потом растекается вниз по склонам.
Если ледники образуются на вулканах, там есть такая своеобразная форма рельефа, которая называется барранкос. Если вулкан конической формы, например Ключевской вулкан, самый высокий на Камчатке, то, соответственно, на его склонах существуют маленькие вытянутые долинки со своими бортами. Они называются барранкосы. Они появились в силу вулканической деятельности: там текла лава, и в процессе горообразования появились эти формы, вытянутые, как желоба.
Бывают кальдерные ледники. Кальдера — это обширная циркообразная котловина вулканического происхождения, часто с крутыми стенками и более или менее ровным дном, которая образуется на вулкане после обрушения стенок кратера или в результате его катастрофического извержения. В таких формах рельефа, как кальдеры, кратеры, при соответствующих условиях также могут существовать ледники — на Камчатке, Аляске, в Андах.
Допустим, ледник на какой-нибудь высокой горе течет вниз, а внизу, например, крутая стена — на Эльбрусе есть один такой ледник. И с этой стены (допустим, она может быть 500 метров, а то и больше) под склон падает лед. Соответственно, у него есть обрыв, он туда рушится, а внизу накапливается. И там лед уже начинает формироваться, если его достаточно накопилось, он начинает сам течь, но у него нет своей области питания, то есть он возрожденный. Его питание происходит с другого места, с другого ледника.
А если делить покровные ледники (большие площади, залитые целиком льдом долины, котловины и плоскогорья), то они бывают морскими, которые, в свою очередь, делятся на (а) шельфовые ледники. Они распространены в Антарктиде, они существуют в Канадской Арктике, и в одном месте российского сектора Арктики, на Северной Земле, остался один небольшой шельфовый ледник Матусевича.
Так вот, они образуются на шельфе морей, в краевой зоне большого ледника. Когда лед стекает с континента на морской шельф, он превращается в такую ледяную плиту достаточно большой толщины (в Антарктиде это 400–500 метров). Как правило, это не один, а несколько ледников или потоков льда, которые текут с континентального ледника, они сливаются в такую плиту, и эти плиты уже дальше живут своей жизнью, плавая на воде.
То есть они не касаются ложа, их питание происходит в основном оттуда, с континента, где они образовались, но при этом на них также происходят процессы накопления снега, процессы таяния, в том числе снизу.
Бывают ледниковые купола, они же ледяные шапки (их можно называть и так и так). Они широко распространены в Арктике: на Земле Франца-Иосифа, на Северной Земле. Они широко представлены в Канадской Арктике.
Если представить ледниковый щит, или арктический купол, или систему куполов, имеющих общие области питания — огромные массы льда, простирающиеся на сотни и тысячи километров, то они занимают некий рельеф с подледными долинами, по которым текут отдельные ледяные потоки. Их классифицируют как выводные ледники. Например, на Новой Земле есть ледниковый щит площадью больше 22 000 км2.
Его дренируют в разные стороны, в Карское и Баренцево море, в общей сложности 39 выводных приливных ледников. Это такие выводные ледники, которые достигают уровня моря и от которых откалываются айсберги. Еще большее количество выводных ледников не достигает уровня моря и оканчивается на суше.
Тип оледенения, переходного между горным и покровным, называется сетчатым. Оно развито в Канадской Арктике и на Шпицбергене, например, а ранее присутствовало и в горах умеренных широт. Сетчатое оледенение представляет собой сеть сквозных долин с ледниковыми куполами на водораздельных участках, чередующихся с высокими вершинами и крутосклонными гребнями в виде нунатаков. Можно угадать тела отдельных ледников, но они все соединены между собой.
Существует еще динамическая классификация ледников. Это подразделение ледников в связи с особенностями их движения. Есть классификация, которую придумал Шумский, известный советский гляциолог. Она основана на соотношении двух главных сил, вызывающих движение ледников: силы стока, обусловленной уклоном и кривизной ложа, и силы растекания, обусловленной наклоном поверхности ледника по отношению к его ложу.
Силы стока вызывают преимущественно ламинарное течение ледников, а силы растекания — глыбовое скольжение. И по соотношению сил стока и растекания ледники делят на типы: ледники стока, или горные ледники, в которых сила стока ледника составляет 100% его движущей силы, и ледники растекания — это, как правило, ледниковые шапки на севере и ледниковые щиты. У них нет никаких препятствий. Они растекаются во все стороны.
Но есть еще геофизическая классификация ледников. Это деление ледников в соответствии с их тепловым состоянием и термическим режимом ниже деятельного слоя. Деятельный слой — это, как правило, верхние 10 метров в фирне или 15 метров во льду, куда успевает дойти летнее тепло и проникнуть зимой холод, то есть происходят сезонные колебания температуры в леднике.
По этой классификации ледники делят на теплые, холодные и переходные между ними, так называемые политермические ледники. Теплые ледники — те, в которых лед находится при температуре плавления, то есть около 0 °C. Там весь лед пронизан каналами и канальцами, заполненными водой.
Холодные ледники — это такие, в которых нет жидкой воды и температура на всем профиле от поверхности до ложа сугубо отрицательная, в том числе и летом, за исключением верхнего деятельного слоя, где образуется вода (за исключением самых внутренних частей Антарктиды). Переходные — это ледники двухслойные, политермические. У них верхняя толща льда холодная, а нижняя — при температуре плавления.
Также существует классификация, предложенная шведским гляциологом Альманом в 1930-х годах, где выделено три класса ледников: ледники стран умеренного климата (или теплые), в которых вся толща, за исключением самых верхних слоев, имеет температуру плавления; полярные ледники, где даже летом температуры отрицательные; субполярные, в толще которых господствует отрицательная температура, но летом возможно таяние, — это в том числе двухслойные ледники.
У нас, например, есть геофизическая классификация ледников Авсюка, основанная на выделении пяти основных типов распределения температуры в толще.
Сухой полярный тип — когда во всей толще температура ниже точки плавления и несколько ниже среднегодовой температуры воздуха в данной местности. Это, например, Антарктида, Гренландия, горы Центральной Азии выше 6000 метров, где всегда очень холодно, а в толще еще холоднее, чем снаружи.
Влажный полярный тип, в котором летом температура поднимается выше нуля и происходит небольшое таяние, но температура толщи остается ниже среднегодовой температуры воздуха. Влажный холодный тип — когда температура льда выше среднегодовой температуры воздуха, хотя обе они отрицательны, а таяние захватывает лишь верхнюю часть толщи.
Морской тип — когда ниже деятельного слоя вся толща имеет нулевую температуру. Теплые ледники в основном распространены в горах умеренного пояса — это Скандинавия, Кавказ, Альпы, Аляска.
И есть континентальный тип, когда среднегодовая температура льда на всех глубинах отрицательна, хотя летом в верхних слоях происходит прогревание, сопровождающееся таянием. Таких ледников много: Тянь-Шань, Памир, высокие горы Средней Азии и также на Канадском Арктическом архипелаге. На самом деле все эти классификации примерно об одном и том же, просто в разное время их по-разному называли.
Строение ледника
Ледник состоит изо льда. Его состав и строение рассматривает структурная гляциология. Понятию «строение льдов» придается довольно широкий смысл: это и тонкая структура кристаллов, структура и текстура в петрографическом значении слов, а также тектоническая структура ледников и ледниковых покровов с особенностями строения, возникшими в результате деформирования и движения льда.
Выше уже упоминавшейся границы питания на леднике преимущественно идет накопление льда, и даже летом там не стаивает зимний остаток. То есть то, что выпало зимой, летом потихоньку тает. В нижней части ледника, в зависимости опять же от района (возьмем наш горный ледник на Кавказе), это может быть даже большая часть его площади, она за лето освобождается от снега.
Мало того что она освобождается от снега, который накопился за зиму, так еще тает верхний слой льда. С абляцией могут уходить довольно большие объемы льда. Температура воздуха и жидкие осадки всему этому способствуют. А выше этой границы, как правило, снег не успевает растаять за лето и остается перелетовывать — это фирновый бассейн или фирновая область ледника.
Фирн — это прошлогодний снег на леднике. Фирновая область на леднике занимает разные площади в зависимости от района, климатических условий и рельефа: что за ледник, как он ориентирован, течет он на север или на юг. Как правило, южные ледники больше тепла получают от солнца, соответственно, они могут больше «страдать» летом, если можно так выразиться.
Активно всеми обсуждается, все на эту тему говорят, что ледники сейчас тают все быстрее и быстрее. За температурой воздуха мы наблюдаем всего 150 лет, за ледниками и того меньше. Первые работы на ледниках стали проводить в конце XIX века в Альпах. А проводить систематические наблюдения на ледниках (по-моему, на одном из европейских ледников) начали, может быть, 60 лет назад.
Наблюдение за балансом массы ледника — это как раз изучение соотношения прихода и расхода льда на леднике. Сейчас широко развиваются косвенные методы оценки баланса массы ледников по данным ледниковых кернов, по данным древесно-кольцевых хронологий, то есть по кольцам деревьев реконструируют климат. Было холоднее — ледники наступали, увеличивались в площади. Было теплее — значит, ледники сокращались. Иногда некоторые ледники полностью исчезали в период межледниковий, в ледниковые периоды они, наоборот, разрастались.
Не так давно начали наблюдения за ледниками непосредственно количественными оценками. Первые карты, например, на Кавказе появились в конце XIX века. Они по сравнению с современными мерками были недостаточно точными, но уже есть с чем сравнивать. И если взять несколько временных срезов, то все говорит о том, что за последние 15 лет скорость деградации ледников существенно увеличилась. Цифры варьируют от района к району, но в среднем это так.
С Антарктидой существует вопрос — это огромный континент. Довольно сложно оценить эти вариации плюс-минус, хотя сейчас появилась масса методов, например космическая гравиметрия, с помощью которой с орбиты измеряют изменения силы тяжести и оценивают убыль или прирост масс льда. И Антарктида вроде бы примерно на нуле — несильно растет и несильно тает, что-то среднее. Но горные ледники повсеместно отступают.
Есть горные районы, где можно насчитать несколько ледников с положительным балансом массы, которые продолжают только наступать. Например, в Скандинавии есть один ледник. Но как считать? Его край наступает и продвигается вперед по долине, увеличивая свою площадь. Но многие ледники худеют, то есть утончаются, потому что становится теплее, незаметно изменяются в размерах. Например, в Арктике уменьшается количество морского льда.
Больше воды достигает приливных выводных ледников, которые стекают в море и образуют айсберги — в той же Гренландии, в той же Антарктиде и у нас, на наших арктических архипелагах. Ледники худеют, но при этом край ледника может быть стабильным. Поэтому сразу и не скажешь: «Да нет, он такой же по размеру». А на самом деле нет, убыль льда постоянно растет.
