Предмет и задачи гляциологии

Фото №2 Лавины из снежной доски (лавина от линии)

Сход снежных досок происходит, когда один или более слоев, обладающих определенным внутренним сцеплением, отрываются блоками снежных пластов

по образовавшейся в снеге линейной трещине (Фото №2). У тела пласта можно выделить фланги и верхнюю и нижнюю границы. Толщина пластов варьируется от 15 см до нескольких метров, а ширина от нескольких метров до двух километров. Материал снежной доски также бывает различным: пласты могут быть твердые или мягкие, влажные или сухие. По мере движения вниз по склону пласты дробятся на блоки и глыбы.

Лавина, вызванная обрушение карнизов

Карнизы образуются, когда переносимый ветром снег оседает горизонтально на острых выступах рельефа, таких как вершины гребней и стенки ущелий. Эти карнизы могут обламываться по краям. При падении они часто вызывают более крупные оползания на подветренном, перегруженном снегом склоне, провоцируя лавину.

Ледяные обвалы и пульсации ледников

Ледовые лавины вызываются обрушением неустойчивых ледяных блоков на ледопадах или с крутых или нависающих частей языка ледника. Такие “висячие” ледники или части ледника легко заметить, но ледяные лавины, как правило, непредсказуемы, потому что надвигающийся ледяной обвал трудно предсказать. В тех районах мира, где существуют пульсирующие ледники, возникает дополнительная угроза, прорыва подпрудных ледниковых озер. Например, обрушение языка ледника вблизи вершины Уаскаран в Кордильера-Бланка (Перу) вызвало образование селевого потока, который снес гору Юнгай, и унес 18 тысяч человеческих жизней.

Дальностью выброса лавины называется расстояние, измеренное по горизонтали от линии ее отрыва до границы распространения конуса выноса.

Гляциальный сель -- селевой поток, формирование которого связано с нарушением устойчивости ледниково-моренных комплексов; жидкая составляющая потока образуется преимущественно за счет талых ледниковых вод. Гляциальные сели -- наиболее мощные сели высокогорий. Время возможного схода гляциальных селей - селеопасный период -- соответствует периоду максимальной интенсивности абляции и стока с ледниковых бассейнов. Поэтому гляциальные сели сходят во второй половине дня и, как правило в июле-августе (с Северном полушарии). Ведущая роль в формировании гляциальных селей принадлежит накоплению воды во внутриледниковых емкостях и ледниково-подпруженных озерах и резком изменении режима стока с ледников. Различаются несколько генетических типов гляциальных селей. Сели типа I возникают вследствие прорыва талых ледниковых вод. Сели, связанные со спуском ледниковых озер (I, 1), развиваются по схеме: усиление абляции -- увеличение притока ьалых вод в озерные котловины и ослабление плотины -- разрушение плотины -- селеформирующий расход. При сбросах воды из внутриледниковых емкостей (I, 2) реализуется схема: усиление абляции -- заполнение внутриледниковых емкостей -- закупорка каналов стока -- выдавливание закупорки - селеформирующий расход. Собственно селевой поток образуется в русле путем размыва волной паводка.рыхлых отложений. В подготовке прорыва в обоих случаях участвуют гидростатическое давление и термическое расширение каналов стока, а в первом, кроме того, присутствует эффект всплывание ледниковых блоков. Формирование селей типа II путем оползания морен (II, 1) развивается по схеме: усиление абояции -- обводнение массива морен и ослабление внутренних связей -- обрушение (оползание с разрушением структуры) -- селевой поток. Причина срыва фирново-ледяных масс (II, 2) служат неустойчивое положение конца ледника, которые возникают в в определенных условиях рельефа в процессе деградации оледенения или как результат подвижки ледника. В обоих случаях селевой поток формируется непосредственно вслед за обрушением, путем дробления льда и разрушением структуры грунтовых масс, содержащих трещинные и поровые воды. По составу, мощности, динамике и повторяемости среди гляциальных селей выделяются два класса потоков: 1) водокаменные и грязекаменные потоки, формирующиеся при прорыве талых вод и оползании моренных толщ; 2) водоледяные потоки, образующиеся при срыве фирново-ледяных масс. Зона распространения гляциальных селей окаймляет области современного горного оледенения; их формирование характерно для этапа деградации оледенения, особенно для его начальной стадии. При сходе гляциальных селей уничтожаются иди серьезно повреждаются водозаборные сооружения, мостовые переходы, а так же дороги, линии связи и электропередачи, расположенные на дне долины. У подножий хребтов и на днищах долин селевые отложения нередко заносят населенные пункты и сельскохозяйственные угодья.

5. Морские льды

К особенностям теплового режима океанов относится удивительное явление-- образование, развитие и исчезновение льда. Пресная и морская вода замерзают при разных условиях: пресная -- при 0°С, наибольшей плотности достигает при 4° (дистиллированная при 3,8°С). Температура замерзания морской воды всегда ниже 0°С, и чем больше соленость, тем температура замерзания ниже. Так, при средней для океана солености 35%о замерзание происходит при --1,9, а при солености 40%о -- при --2,2°С. Например, вода Финского залива начинает замерзать при --0,3...--0,5°. В Черном море, где соленость 15--20%о, для появления льда нужно охлаждение в пределах, а в полярных странах -- еще большее.

Для образования льда необходима сильная потеря тепла водой, некоторое переохлаждение и присутствие в воде ядер кристаллизации. К последним относятся мельчайшие частицы пыли, снежинки и т. д. Вокруг этих ядер образуются мельчайшие диски льда. Срастаясь между собой, они превращаются в иглы -- это кристаллики чистого льда, растущие преимущественно в горизонтальном направлении. На спокойной воде иглы могут достигать 10 см, па взволнованной -- от 0,5 до 2 см. Ледяные иглы скапливаются, смерзаются -- появляется «сало». Это название дано не случайно -- пятна и налет серовато-свинцового, темного цвета, действительно, напоминают сало.

Когда на холодную морскую поверхность выпадает снег (а осенью это -- обычное явление), он не тает, так как температура ниже 0°С, пропитывается водой, уплотняется и - также превращается в вязкую массу льда -- снежуру. Сало и снежуру ветер и течения сбивают в полосы или пятна рыхлого, пропитанного водой льда -- шугу. Если вода энергично перемешивается волнением и течениями, кристаллы появляются не только на ее поверхности, но и в толще, а иногда и на дне -- это внутриводный глубинный и донный лед. Он губчатого строения, между кристаллами самой разнообразной формы вкраплены пузырьки воздуха, вода,. рассол. Лед, образовавшийся на дне (обычно скалистом), может достигать полуметровой толщины. Всплывая на поверхность, такие глыбы поднимают со дна камни, затонувшие якоря. Вышедший да поверхность внутриводный лед непрозрачен и непрочен. Когда море спокойно, сало превращается в сплошной тонкий эластичный слой -- нилас. На пресной воде он выглядит прозрачной, блестящей, хрупкой коркой, разбивающейся со звоном и потому называемой «склянка».

Блинчатый лед появляется при слабом волнении одновременно в разных точках, образуя небольшие округлые диски («блины») диаметром 30--50 см и более. Края таких льдин из-за трения друг о друга обрамлены валиком из разрушенных кристаллов. По образному выражению Н. Н. Зубова, соли постепенно вытекают из льда, как слезы. Но молодой лед еще соленый, часто на его поверхности остаются кристаллы соли. Те соли, которые не успевают вытечь, сохраняются между кристаллами льда в виде ячеек концентрированного рассола. При температуре ниже --55°С рассол замерзает, выпадает хлористый кальций, образуя смесь кристаллов льда и соли. Однако кристаллизация солей начинается и при небольшом понижении температуры: ниже --8° из рассола ячеек выпадает сульфат натрия, ниже --23°С--хлориды. Довольно часто ледообразование начинается при положительных температурах воздуха. В этих случаях поверхностный слой очень тонок и резко отличается от нижележащих по плотности.

По мере того как зима все больше входит в свои права, первичные льды нарастают, наслаиваются, смерзаются и постепенно образуется сплошной, довольно ровный морской лед серого цвета. Теперь вода гораздо меньше теряет тепла. Лед нарастает снизу медленно, он более прозрачен, имеет почти правильную кристаллическую структуру. Так происходит в защищенных бухтах, полосе неподвижного льда у берега. Но в открытом море лед постоянно взламывается, нагромождается, переслаивается. Давно замечено, что характер нарастания льда зависит от суровости зимы. Получен ряд уравнений, связывающих толщину льда с суммой градусодией мороза, т. е. суммой отрицательных среднесуточных температур. Теоретические исследования и анализ материалов наблюдений дали в общем сходное соотношение -- число градусо-дней мороза приблизительно пропорционально квадрату толщины льда.

Льды в море различают по происхождению, форме, размеру, возрасту и подвижности. По происхождению льды бывают морские (образовавшиеся непосредственно из морской воды), речные (принесенные реками -- пресные, загрязненные) и материковые, сползающие с суши,-- айсберги. Если в водах Северного Ледовитого океана можно встретить все эти льды, то у берегов Антарктиды речного льда пет совсем и значительно больше материкового. По возрасту льды различают: начальные, молодые и с устойчивым снежным покровом (в неарктических морях этот лед летом весь тает). Но в Арктике, лед может и перезимовать- и вновь начать приобретать мощность -- это двухлетний лед, достигающий к концу второй зимы 2 м толщины. Однако здесь есть еще более старые, сильно опресненные сглаженные льды, толщина которых выше 2,5 м,-- арктический пак.

В зависимости от динамичности льды делятся на плавучие и неподвижные. Неподвижный лед покрывает сплошным слоем поверхность моря, он всегда связан с берегом, как бы припаян к нему. Вначале вдоль суши, в закрытых бухтах, заливах, проливах, образуется сравнительно узкая полоса заберегов, которая все растет в ширину и толщину, образуя припай, наиболее мощный к концу зимы. Как правило, он живет одну зиму, но известны места, где он существует десятилетия. Это -- берега Гренландии, где припай порой не взламывается более 20 лет, держа в плену айсберги. Многолетний припай, толщиной более 3 м, иногда доходит до самого грунта, постоянно наблюдается у берегов Антарктиды. В морях умеренных- широт его толщина составляет 1,5 м, а в южных морях нашей страны -- 50--100 см. Припай развивается особенно сильно в мелководных районах с сильно изрезанными берегами, многими островами, мелями, защищенными от волн, распресненными реками. Характер или пример таких условий -- море Лаптевых, где припай простирается па расстояние 500 км.

Плавучий лед -- самый распространенный в Мировом океане. Он не связан с берегом и движется (дрейфует) по воле ветров и течений. К плавучим льдам относятся все известные нам формы -- от сала .и снежуры до огромных ледяных полей. Они образуются самостоятельно и в результате разлома припая. По размерам (причем горизонтальные значительно превышают вертикальные) различают мелкобитый лед---от 2 до.20 м в поперечнике и крупнобитый--от 20 до 100 м. Самые большие ледяные поля достигают 10 км. Сталкиваясь или сжимаясь друг с другом, льды образуют нагромождения из обломков -- торосы. Торосы очень прочны, и даже весенний прогрев долго не может растопить их.

Мощные поля глетчерного льда имеют протяженность в несколько десятков километров и толщину в несколько десятков метров. Эти льды встречаются в морях Арктики как обломки шельфового льда острова Элсмира на севере Канады. Они возвышаются над уровнем моря до 12 м и достигают размеров 30 X 35 км. Ледяные горы -- айсберга--Арктики и Антарктики очень медленно сползают в море. Отламываясь, они начинают новую жизнь уже в виде морских льдов. Ледниковые языки Антарктиды тянутся на десятки, даже сотни километров. Характерна и другая особенность айсбергов, связанная с их происхождением,-- они пресные. Размеры айсбергов различны. В Антарктиде преобладают небольшие, менее 1,5 км, но моряки не раз встречали в этих водах гигантские ледяные горы. В 1953 г. путь китобойной матке «Белене» преградил айсберг длиной 145 км. Попадаются и более крупные.

Главный поставщик материкового льда (90%) в Арктике -- Гренландия. Из 2,1 -млн, км2 ее поверхности 1,9 млн. км2 покрыто глетчерным льдом. Его можно обнаружить и на многих островах Северного Ледовитого океана. Так, например, Земля Франца-Иосифа покрыта льдом на 97%- Самые крупные айсберги наблюдаются у берегов Западной Гренландии, но в целом в Арктике они гораздо меньше, чем в Антарктике. Самый большой айсберг, который видели у Баффиновой Земли, был длиной 13 км, шириной -- около 7 км и возвышался над водой до 22.м. Естественно, что айсберги и меньше живут -- очень редко более двух лет, в то время как жизнь антарктических льдов продолжается 10 лет, а иногда и более.

Для удобства наблюдений над льдами в разных странах Всемирная метеорологическая организация (ВМО) приняла единую международную ледовую номенклатуру. Советские океанографы активно участвовали в ее разработке. Таким образом, моряки могут пользоваться и обмениваться информацией, понятной всем.

Таяние льдов начинается активно и бурно с приходом весны. Но и при любом повышении температуры льда он начинает таять -- растапливается чистый лед, возобновляется движение рассола вниз по трещинкам, лед становится более пористым. Он ослабляется также испарением. Чем меньше лед по размеру, тем активнее процесс его ослабления и разрушения. Снег, покрывающий лед, влияет на таяние различно. Чистый, белый, он почти полностью отражает лучистую энергию Солнца и, следовательно, мешает процессу таяния. Быстрее тает лед под немного загрязненным снегом. Но слишком загрязненный снег имеет малую теплопроводность и, опять-таки, задерживает таяние. Во льду и снегу постепенно накапливается тепло, под ледяной коркой, которая образуется из воды при временных похолоданиях. Этот процесс похож на сохранение тепла в теплицах под стеклом. Постепенно образуются снежницы -- озерки талой воды на льду. Они настолько пресные, что моряки используют эту воду для питья.

Дружное таяние льда начинается после того, как температура воздуха преодолеет нулевой барьер и льды станут бурно поглощать тепло. Могучие льды ослабевают, механические разрушения все более понижают их прочность. Волны, особенно при ветре, дующем с моря, образуют прибой у кромки сгрудившихся у берега льдов, смачивают, разламывают, мельчат и, наконец, уничтожают лед. Зная сущность процесса разрушения льда, в некоторых случаях можно его ускорить. В частности, это очень важно для облегчения условий ледового плавания, продления навигации, освобождения судов, попавших в непроходимые льды, для охраны ледовых сооружений. Здесь есть два пути. Один -- широко известный и распространенный -- использование ледоколов и взрывов. Другой -- покрытие поверхности льда тонким темным слоем шлака, каменноугольной пыли, черного песка смесями из них за несколько недель до обычного времени таяния. Опыленный лед за сутки истаивает на 8 см, а чистый -- на 4 см.

Распределение льдов в Мировом океане, мощность и продолжительность их существования в том или ином районе зависит от баланса тепла, режима ветров зимой, отчасти и накопления тепла водой в летнюю пору. Существуют моря, в которых льды можно встретить всегда, в некоторых большая часть их летом тает (например, в Баренцевом и Карском), а в иных они бывают и зимой, н летом -- в Северном Ледовитом океане, в большинстве морей Антарктики. Есть моря, где льды бывают только зимой,-- Японское, Охотское, Балтийское, Белое, Азовское, Каспийское. И наконец, в отдельных морях льды встречаются эпизодически, не каждую зиму, иногда же появляются и исчезают (например, в Северном).

Сколько льда на нашей планете? Подсчитать это довольно сложно как из-за отсутствия достаточно полной информации, так и из-за постоянной изменчивости его количества. В северном полушарии максимальное развитие покрова наблюдается в апреле и минимальное в сентябре. В южном полушарии картина обратная. Удалось подсчитать, что площадь морских льдов в северном полушарии изменяется от 8,4 млн. до 150 млн. км, а объем--от 11,5 тыс. до 25,5 тыс. км (с учетом льдов Черного, Азовского, Каспийского и Аральского морей). В южном полушарии площадь льдов колеблется в пределах 12,0--25,5 млп. км, объем 7--30 тыс. км.

В изучении ледяного покрова очень большое значение имеет его движение, динамика. Для этой цели используются все возможные в настоящее время средства наблюдений: береговые станции, авиаразведка, подводные лодки, дрейфующие станции на льду, специальные экспедиции, искусственные спутники Земли. Эти наблюдения особенно важны в Арктике и Антарктике. Искусственные спутники дают возможность охватить сразу огромные пространства и увидеть их изменения во времени. Знание состояния льдов очень важно для практики -- для судовождения, его безопасности и экономичности.

Виды и формы льдов.

В зависимости от стадии развития и условий льдообразования льды делятся на следующие виды и формы.

Начальные виды льдов:

ледяные иглы - кристаллы льда в виде тонких игл или пластинок, образующихся на поверхности воды или в ее толще;

ледяное сало - скопление на поверхности воды смерзшихся ледяных игл в виде пятен или тонкого сплошного слоя серовато-свинцового цвета, придающих водной поверхности матово-маслянистый вид;

снежура- вязкая, кашеобразная масса, образующаяся при обильном снегопаде на охлажденную воду;

шуга - скопление рыхлых белесоватых комков льда диаметром в несколько сантиметров, образующихся из ледяного сала, снежуры и донного льда;

нилас - тонкая, эластичная ледяная корка толщиной до 10 см, легко прогибающаяся на волне и зыби; имеет матовую поверхность;

склянка - тонкий прозрачный лед в виде блестящей хрупкой корки толщиной до 5 см, образующийся из ледяных кристаллов или ледяного сала при спокойном состоянии моря; легко ломается при ветре или волне;

блинчатый лед - лед, преимущественно круглой формы от 30 см до 3 м в диаметре и толщиной до 10 см, с приподнятыми белыми краями вследствие удара льдин одна о другую.

Молодой лед - лед в его переходной стадии между начальными видами льдов и однолетним льдом, толщиной 15-30 см, имеет серый или серо-белый оттенок.

Однолетний лед - лед, просуществовавший не более одной зимы, развивающийся из молодого льда, толщиной от 30 см до 2 м. Подразделяется на:

однолетний тонкий лед (белый лед) толщиной от 30 до 70 см,

однолетний лед средний от 70 до 120 см и

однолетний толстый лед толщиной более 120 см.

Двухлетний лед - лед, находящийся во втором годичном цикле нарастания и достигающий к концу второй зимы 2 м и более.

Многолетний или паковый лед - лед, просуществовавший более двух лет, толщиной до 3 м и более; опресненный, имеет оттенок голубого цвета.

Неподвижный лед.

Припай - сплошной ледяной покров, связанный с берегом, а на мелководных участках моря - и с дном; является основной формой неподвижного льда. Припай может распространяться в ширину до нескольких десятков, а иногда и сотен километров. Толщина припая в Арктике обычно 2-3 м, в морях умеренных широт -1 -1,5 м и в южных морях СССР - 0,5-1,0 м.

Ледяной заберег - первоначальная стадия формирования припая; образуется у берегов, состоит обычно из ниласа или склянки, может достигать ширины до 100-200 м.

Подошва припая - часть припая, примерзшая непосредственно к берегу и не подверженная вертикальным колебаниям при приливе и других изменениях уровня моря.

Стамуха - ледяное торосистое образование, сидящее на грунте.

Лед на берегу - нагромождение льда на пологом берегу.

Плавучий лед.

Плавучие льды не связаны с берегом и дрейфуют под влиянием ветра и течения. К ним относятся начальные стадии льда (сало, снежура, шуга, блинчатый лед), более поздние его формы (нилас, молодик, однолетний, двухлетний и многолетний лед), лед в виде полей, их обломков или отдельных льдин, а также айсберги, их обломки и ледяные острова.

В зависимости от размеров льдин плавучие льды подразделяются на следующие формы:

ледяные поля - это наиболее крупные по площади образования дрейфующего льда, которые по размерам делятся на гигантские (свыше 10 км в поперечнике), обширные (2-10 км), большие (0,5-2 км) и обломки полей - льдины размером 100- 500 м;

крупнобитый лед - льдины размером 20-100 м;

мелкобитый лед - льдины размером 2-20 м;

тертый лед - льдины размером 0,5-2 м;

сморозь - смерзшиеся в ледяном поле куски льда различного возраста;

торосы -отдельные нагромождения обломков льдин (бугры) на ледяном покрове, образующиеся вследствие сильного столкновения или сжатия льдов;

несяк - большой торос или группа торосов, смерзшихся вместе, представляющих собой отдельную льдину со сравнительно малыми горизонтальными и большими вертикальными размерами; осадка до 20-25 м и высота над уровнем моря до 5 м.

Материковый лед.

Айсберги, ледяные дрейфующие острова. Материковый (ледниковый) или глетчерный лед образуется на суше из твердых атмосферных осадков, который потом постепенно сползает в море. Льды материкового происхождения делятся на неподвижные и дрейфующие.

К неподвижным льдам материкового происхождения относятся:

язык ледника - часть ледника, сильно выдвинувшаяся в море, находится на плаву и иногда простирается от берега на многие десятки километров, имеет большую ширину, в особенности в Антарктике;

шельфовый лед - ледовое образование, возвышающееся над уровнем моря более чем на 2 м; имеет обычно волнообразную поверхность;

ледяной барьер - край ледникового языка или шельфового льда, возвышающийся над уровнем моря от 2 до нескольких десятков метров.

К дрейфующим льдам относятся айсберги и ледяные острова.

Айсберг - отделившаяся часть ледника или шельфового льда, дрейфующая в море (океане) и имеющая высоту свыше 5 м над уровнем моря. Высота айсбергов над поверхностью воды в среднем 70 (в Арктике) и 100 м (в Антарктике); основная часть айсберга находится под водой, т. е. его осадка может быть от 400 до 1000 м. Айсберги по своему внешнему виду бывают столбообразные (плосковершинные айсберги, имеющие большие горизонтальные размеры, особенно в Антарктике), пирамидальные (айсберги, имеющие остроконечную, неправильной формы вершину и сравнительно малые горизонтальные размеры). Встречаются в море обломки айсберга (значительные глыбы льда, отломившиеся от айсберга или от ледника и возвышающиеся не более чем на 5 м над уровнем моря) и куски (весьма малые по величине обломки айсбергов).

Ледяные дрейфующие острова - огромные обломки шельфового льда с волнистой поверхностью длиной до 30 км и более; возвышаются над уровнем моря на 5-10 м, достигают толщины более 15-30 м, дрейфуют в Северном Ледовитом океане.

6. Речные и озёрные льды

Речные льды

образуются в реках при кристаллизации воды в поверхностном и глубинных слоях, смерзании находящегося на ледяном покрове и пропитанного водой снега, замерзании выступающей на лёд воды (в результате промерзания реки или растекания по льду воды мелких притоков). В процессе замерзания образуются ледяные забереги (полосы тонкого неподвижного льда, образующиеся вдоль берегов перед замерзанием реки), ледяное сало (густой слой мелких ледяных игл на поверхности воды, при смерзании напоминает застывшее сало), комья шуги (рыхлые скопления льда, образующиеся из всплывшего на поверхность внутриводного льда с включением ледяного сала, обломков заберегов и др.) внутриводный лёд (скопление ледяных кристаллов в толще воды или на дне реки), зажоры (скопление в русле реки масс внутриводного льда и шуги перед ледоставом); при ледоставе появляются ледяной покров, подлёдная шуга, торосы и наледи; при вскрытии реки - заторы (нагромождения льдин на мелях, в сужениях и излучинах русла и др. местах), навалы льда и битый лёд. Речной лёд находится в неподвижном состоянии, когда сковывает реки, но может быть и в движении во время ледохода и шугохода. Сроки появления и исчезновения льда, его количественные характеристики определяются гидрометеорологическими условиями холодного времени года, гидравлическими свойствами потока и морфологическими характеристиками русла.

Озёрный лёд

В среднем замерзание Байкала начинается в конце декабря, а кончается в середине января. При ранних морозах толщина льда бывает большей, поэтому вскрытие происходит позднее (в мае). Озеро покрывается льдом целиком, кроме небольшого участка в истоке Ангары. В бесснежные зимы при замерзании свободной поверхности воды образуется прозрачный лед толщиной до 1 метра. Чем больше снега, тем тоньше ледяной покров, нагромождение обломков льда (торосы) бывают от 1 до 12 м высотой. При колебаниях температуры воздуха лед расширяется или сжимается, образуя становые щели (трещины от 0,5 до 4 м шириной) или воздвигая торосы. Весной возникает надвиг - нагромождение движущейся массы льда огромной силы, лед может выжиматься на берег на расстояние до 20 - 30 м. Зимой, после замерзания всей акватории водоема, при значительном понижении температуры, происходит растрескивание льда, сопровождаемое шумом и грохотом. Кроме того, на Байкале часто происходят зимние взломы ледяного покрова, под влиянием жестоких штормов даже монолитный лед, не имеющий сквозных трещин, разламывается. Осенью в переохлажденной воде возникают кристаллы льда(внутриводный лед), которые постепенно всплывая образуют шугу. При замерзании озера во время шторма образуются сокуи, или ледяные наплески на промерзших скалах и камнях. Росту сокуев способствует выбрасываемый волнами лед-шорох. Это внутриводный крупитчатый лед, имеющий игловидную, чечевицеобразную, гороховидную формы размером от 1 до 20 мм в поперечнике. Сало - плоские тонкие кристаллы льда на спокойной поверхности воды, являются первым признаком ее охлаждения ниже 0 градусов по Цельсию. При замерзании озера и разрушении его ледяной кромки волнами формируется окатанная форма блинчатого льда мутного цвета - колобовник.

7. Наледи и подземные льды

НАЛЕДЬ -- наросты льда поверх обычного ледяного покрова водотоков и на склонах гор в зонах многолетнемерзлых грунтов. Зимой, когда при перемерзании и сверху и снизу от мерзлоты резко сужается живое сечение реки или путей грунтовых вод, вода под напором изливается на поверхность и растекается, периодически наращивая ледяную толщу. Иногда при многоводных источниках и водотоках излияния бывают настолько часты, что вода полностью не успевает замерзнуть, превращаясь в ледяную кашу. Это сильно вредит и транспортным путям, и горным выработкам, и населенным пунктам. Наледь -- явление сезонное -- однолетнее, но иногда не умещающаяся вдоль русла вода заливает пойму и даже надпойменные террасы или ледяными горбами вздувается на горных склонах у выходов источников грунтовых вод и не успевает полностью растаять за короткое лето -- возникают многолетние наледи (тарыны). Наледь -- ярко зональное явление; их наибольшее распространение приурочено к долготной экстраконтинентальной зоне -- Северо-Восток, Якутия, Забайкалье; только здесь и встречаются многолетние наледи, а сезонные бывают на Среднесибирском плоскогорье, в Канаде, на Памире, на Дальнем Востоке и в других местах.

По происхождению наледи делятся:

наледи поверхностных вод,

наледи подземных вод

смешанные наледи.

Различают:

сухие наледи, образованные единовременным выходом воды,

мокрые наледи, покрытые водой, постепенно изливающейся на поверхность льда.

Наледи наиболее широко распространены области многолетнемёрзлых горных пород, но они характерны и для районов глубокого сезонного промерзания. Интенсивность развития наледей зависит от запасов подземных вод и водности предшествующего лета, глубины промерзания сезонно-талого слоя.

Места выхода наледей приурочены к участкам уменьшения сечения русла и очагам разгрузки подземных вод.

Подземный лёд

Мерзлые породы характеризуются различным содержанием подземного льда, характером его распределения в породах. Конституционный лед содержится в любых многолетнемерзлых породах. Если порода обладает высокой влажностью, то вода, замерзая и превращаясь в лед, скрепляет, цементирует ее зерна или их скопления. Такой лед-цемент развит шире всего. Лед, который цементирует дисперсные породы, повышает их прочность. Понятие льдистость породы характеризует количество содержащегося в ней льда. Если порода прочная, скальная, то лед заполняет в ней все возможные поры и трещины, которые образовались, естественно, до начала промерзания горной породы. Если глинистые породы начинают промерзать, то влага, содержащаяся в них мигрирует к фронту промерзания, где образуются прослои - шлиры льда различной мощности от долей см до 0,5 м. Такие породы характеризуются гораздо большей льдистостью, а шлиры льда образуют разные криогенные текстуры - сетчатые, слоистые, линзовидные, атакситовые, порфировидные и др. Породы, содержащие шлиры льда, при своем оттаивании утрачивают повышенную прочность и дают существенную осадку. Льдистость обычно увеличивается в горных породах вверх по разрезу, а с глубиной уменьшается.

Если в мерзлые породы приникает вода из таликов или напорных подмерзлотных вод, то возникают инъекционные льды, мощность которых и длина достигает многих десятков метров.

В краевых участках горно-долинных и покровных ледников при их таянии и отступании, отдельные массивы льда засыпаются моренами и обвалами и тогда возникает погребенные лед, который долго не тает.

Если порода сформировалась до начала промерзания, то в ней возникают эпигенетические льды, а если промерзание происходит одновременно с образованием породы, тогда она характеризуется сингенетическим льдом. Различные типы повторно- жильных льдов связаны с этими процессами и будут рассмотрены ниже.

Довольно редко, но встречаются пещерные льды, залегающие в глубоких пещерах, например, в Кунгурской ледяной пещере в Приуралье.

Подземные воды в криолитозоне.

Образование многолетнемерзлых пород, являющихся водоупорами, сильно изменили условия водообмена атмосферных и подземных вод в криолитозоне. Большая часть пресных подземных вод в криолитозоне приурочена к таликам.

Таликами или талыми зонами называются толщи талых горных пород, которые развиты с поверхности земли или под водоемами и реками и которые непрерывно существуют более десятка лет. Если талики снизу подстилаются мерзлыми породами, то они называются надмерзлотными или несквозными, а если талики только обрамляются по бокам мерзлыми породами, как стенками, то они носят название сквозных. Талики также могут быть межмерзлотными и внутримерзлотными в виде линз «тоннелей», «трубы», ограниченными со всех сторон мерзлыми породами.

Подземные воды криолитозоны по отношению к мерзлым породам - криогенным водоупорам подразделяются на: 1) надмерзлотные; 2) межмерзлотные; 3) внутримерзлотные и 4) подмерзлотные воды.

1. Надмерзлотные подземные воды подразделяются на временные воды деятельного слоя и постоянные воды несквозных таликов. Временные воды существуют только летом, и глубина их зелегания не превышает кровли мерзлых пород. Воды имеют важное значение для процессов солифлюкции, образования курумов, оплывин, пучения пород. Постоянные воды связаны с несквозными таликами над кровлей мерзлых пород и они отвечают за образование гидролакколитов, бугров пучения, наледей.

2. Межмерзлотные воды обычно располагаются между двумя слоями мерзлых пород, например, между голоценовым верхним и реликтовым, позднемиоценовым, нижним. Эти воды чаще всего динамически не активны.

3. Внутримерзлотные воды, о чем говорит их название существуют внутри толщи мерзлых пород и находятся в замкнутых объемах, будучи приуроченными к таликам в карстующихся известняках.

4. Подмерзлотные воды циркулируют вблизи подошвы мерзлой толщи, обладают положительными температурами, иногда слабо или сильно минерализованы и могут быть напорными и ненапорными, а также контактирующими с мерзлой породой или неконтактирующими, т.е. отделенными слоем талых пород от мерзлых.

8. Венная мерзлота

«Вечная мерзлота» (Многолетняя криолитозона) -- подземное оледенение (криолитозона). Поверхностный слой земной коры, имеющий круглогодичные отрицательные температуры (ниже 0°С) и на сотни и даже тысячи лет сохраняющий в грунтах льды. Многолетняя мерзлота занимает всю площадь Антарктиды, Гренландии, Тибета, немногим меньше половины территории России и Канады, часть Монголии, встречаются в высоких горах (Кавказ, Памир, Анды).

Мощность многолетней мерзлоты в Антарктиде до 4 км при температуре до ?50°С, а в субарктической части Якутии до 1,5 км и до -16°С. В остальных районах и мощность и отрицательная температура уменьшаются.

К югу, западу и востоку в грунтах многолетней мерзлоты появляются талики (сначала под водотоками), а дальше и они становятся лишь остовами среди талых грунтов. Верхний слой них в теплые сезоны оттаивает (кроме Антарктиды) от 0,2 м в Арктике до 2,5 м на песчаных террасах у южного предела их распространения, что называют сезоннопротаивающим или деятельным слоем, в котором селятся корни растений и немногочисленные животные-землерои. Возникновение и сохранение многолетнемерзлых грунтов возможно только при отрицательных среднегодовых температурах воздуха. Судя по тому, что в Западной Сибири имеется второй слой многолетней мерзлоты на некоторой глубине от верхнего, считают это реликтом ледникового периода.

Районы вечной мерзлоты -- верхняя часть земной коры, температура которой долгое время (от 2--3 лет до тысячелетий) не поднимается выше 0 °C. В зоне вечной мерзлоты грунтовые воды находятся в виде льда, её глубина иногда превышает 1000 метров.

Вечная мерзлота -- явление глобального масштаба, она занимает не менее 25 % площади всей суши земного шара. Единственные материки, где вечная мерзлота отсутствует, -- это Австралия и Африка. Значительная часть вечной мерзлоты унаследована от последней ледниковой эпохи, и сейчас она медленно тает. Содержание льда в промерзлых породах варьирует от нескольких до 90 %. В вечной мерзлоте могут образоваться залежи газовых гидратов, в частности гидрата метана.

Одно из первых описаний вечной мерзлоты было сделано русскими землепроходцами XVII века, покорявшими просторы Сибири. Впервые на необычное состояние почвы обратил внимание казак Я. Святогоров, а более подробно изучили первопроходцы из экспедиций, организованных Семёном Дежнёвым и Иваном Ребровым. В специальных посланиях русскому царю они засвидетельствовали наличие особых таёжных зон, где даже в самый разгар лета почва оттаивает максимум на два аршина.

Термин «вечная мерзлота», как специфическое геологическое явление был введён в научное употребление в 1927 году основателем школы советских мерзлотоведов М. И. Сумгиным. Он определял его, как мерзлоту почвы, непрерывно существующую от 2 лет до нескольких тысячелетий. Слово мерзлота при этом чёткого определения не имело, что и привело к использованию понятия в различных значениях. В последствии термин неоднократно подвергался критике и были предложены альтернативные термины: многолетнемёрзлые горные породы и многолетняя криолитозона, однако они не получили широкого распространения.

65 % территории России -- районы вечной мерзлоты. Наиболее широко она распространена в Восточной Сибири и Забайкалье.

Самый глубокий предел вечной мерзлоты отмечается в верховьях реки Вилюй в Якутии. Рекордная глубина залегания вечной мерзлоты -- 1370 метров, зафиксирована в феврале 1982 года.

Учёт вечной мерзлоты необходим при проведении строительных, геологоразведочных и других работ на Севере. Так, большие дома в районах севера строятся по специальным технологиям, в частности, построенную коробку панельного дома оставляют на несколько лет, чтобы дом устоялся. Если почва под ним начинает плыть, то его разбирают и собирают в новом месте.

Вечная мерзлота создает множество проблем, но от неё есть и польза. Известно, что в ней можно очень долго хранить продукты. При разработке северных месторождений мерзлота, с одной стороны, сильно мешает, так как промерзшие породы обладают исключительно высокой вязкостью, и их сложно добывать. С другой стороны, именно благодаря мерзлоте, цементирующей породы, удалось построить в Якутии уникальные карьеры (например, карьер трубки Удачная) с почти отвесными стенками). Борта этих карьеров держит лёд, а в более теплом климате они бы неизбежно поплыли.

9. Ледники и ледниковые покровы

В природе много различных видов льда. Предмет данной работы -- ледники. Что же следует понимать под этим термином? Ледник -- это масса природного наземного льда преимущественно атмосферного происхождения, обладающая самостоятельным движением в результате деформаций, вызываемых действием силы тяжести.

Ледники являются продуктом взаимодействия рельефа и климата. Они образуются преимущественно из снега, выпадающего из атмосферы, но могут частично состоять и из водного льда (например, шельфовые ледники Антарктиды). Водный лед может присутствовать и в горных ледниках в результате замерзания талых и дождевых вод на их поверхности, в трещинах и пустотах внутри ледника, но главный источник их питания - твердые атмосферные осадки.

Каждый ледник состоит из областей питания и расхода, разделенных границей питания. В первой из этих областей приход массы больше расхода, во второй расход больше прихода. Перемещение льда из области питания в область расхода происходит путем движения льда под воздействием силы тяжести.

Скорости движения льда в разных ледниках, в разных их частях и в разное время года могут колебаться от нескольких метров до сотен метров в год при вязкопластическом течении льда и до сотен метров в сутки при глыбовом скольжении. В конкретных ледниках обычно сочетаются оба типа движения в самых разных пропорциях и самые разные скорости движения льда.

Главной статьей расхода в горных ледниках является таяние под влиянием солнечной радиации и тепла воздуха, а в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии - откол айсбергов.

Форма и размеры ледников могут быть самые разные. Различают две главные группы ледников: горные, форма и движение которых определяются главным образом рельефом занимаемых ими вместилищ и уклоном ложа, и ледниковые покровы и купола, в которых лед настолько толстый, что перекрывает все неровности подледного рельефа, и течение льда определяется главным образом уклоном поверхности самого ледника (Антарктида, Гренландия и другие, менее крупные ледниковые покровы и купола). Разумеется, существуют и переходные типы от одной из этих групп к другой.

Размеры ледников колеблются в огромных пределах: от десятых и менее долей квадратного километра (каровые ледники Полярного Урала, Кузнецкого Алатау и др.) до многих миллионов квадратных километров (ледниковые покровы Антарктиды и Гренландии) при толщине от первых десятков метров до нескольких километров.

По температурному состоянию различают две главные группы: теплые (изотермические или умеренные) ледники, в которых глубже уровня сезонных колебаний температур льда постоянно держится близкой к точке таяния льда под давлением, и холодные (полярные) ледники, в которых глубже уровня сезонных колебаний температура во всей толще всегда ниже точки плавления льда под давлением. Так как ледники получают тепло не только от солнечной радиации, но и от теплового излучения земной коры, то, как правило, в холодных ледниках температура льда с глубиной повышается (так, в Антарктиде, в центральных районах ледникового покрова, температура от -55°С на глубине 10 м повышается до точки плавления льда под давлением у ложа). Существуют и переходные типы ледников - от теплых к холодным (субполярные). Некоторые крупные долинные ледники в высокогорных районах могут в верховьях принадлежать к холодным ледникам, а в нижнем течении - к теплым (например, ледник Батура в Каракоруме).

Ледники, порождаемые климатом в сочетании с местными орографическими условиями, раз возникнув, сами создают благоприятные условия для дальнейшего своего существования и развития. Достигнув больших размеров, они оказывают существенное обратное воздействие на климат. Так, ледниковые покровы Антарктиды и Гренландии являются гигантскими холодильниками нашей планеты, оказывая влияние на климат и циркуляцию атмосферы в глобальном масштабе.

Ледники очень чувствительны к изменениям климата: при увеличении питания твердыми атмосферными осадками или уменьшении их таяния из-за понижения температуры воздуха в теплое время года ледники наступают, увеличиваются их толщина, горизонтальные размеры, скорость движения льда, продвигаются концы ледниковых языков. При ухудшении условий питания или усилении таяния ледники отступают -- становятся тоньше, скорость движения льда уменьшается, увеличивается заморененность ледниковых языков и их концы омертвевают, а граница активного льда отодвигается вверх по течению ледников. Но эффект изменения условий питания и расхода сказывается на поведении ледников не сразу, а с тем большим запаздыванием, чем крупнее ледник и продолжительнее время оборота массы льда в нем. Продолжительность полного оборота массы в ледниках колеблется от 20-70 лет на мелких каровых и висячих ледниках до 200 тыс. лет в Антарктическом ледниковом покрове.

Проблема синхронизации колебаний ледников и климата имеет большое научное и практическое значение. Наблюдения за колебаниями многих ледников проводятся уже не одно столетие, но они трудносопоставимы из-за больших местных различий условий оледенения и отражают лишь самую общую тенденцию колебаний глобального климата. Решение проблемы приближают уже начатые во многих ледниковых районах балансовые исследования, а также анализ кернов из глубоких скважин, пробуренных в Антарктиде и Гренландии. Большую роль в изучении колебаний ледников играют съемки из космоса.

Кроме колебаний ледников, вызванных изменениями климата (вынужденные колебания), возможны также релаксационные колебания ледников, обусловленные нестационарностью кинематических связей в самом леднике. Если по каким-либо причинам в леднике имеет место превышение питания над расходом и лед длительное время накапливается в верховьях ледника, рост напряжений в ледниковой толще может вызвать резкое увеличение скорости движения льда и его перемещение в нижнюю по течению часть ледника без изменения общей массы льда в ледниковой системе. При этом в верховьях поверхность ледника понижается, а нижняя часть ледника, наоборот, вспучивается и язык продвигается вниз по долине, иногда на несколько километров. В это время поверхность ледника бывает настолько разбита трещинами, что становится совершенно непроходимой.

Ледники, которым свойственны резко выраженные релаксационные колебания, получили название пульсирующих. Подвижки пульсирующих ледников происходят периодически с продолжительностью полного цикла пульсации от 10-15 до 100 и более лет. Полный цикл пульсации складывается из сравнительно короткой стадии подвижки (от нескольких месяцев до нескольких лет) и более длительной стадии восстановления, во время которой продвинувшаяся при подвижке часть ледникового языка, лишенная подтока льда сверху, интенсивно тает и разрушается, а в верховьях за счет атмосферных осадков и подтока льда из вышележащей области питания постепенно увеличиваются толщина льда и скорость его движения и восстанавливается состояние ледника, предшествующее очередной подвижке.

Пульсирующие ледники известны во многих районах мира. Их быстрые подвижки часто приводят к образованию подпрудных озер, прорывы которых вызывают катастрофические паводки и сели. В связи с этим очень важно научиться предсказывать такие подвижки.

Наиболее изученным и единственным пока пульсирующим ледником, наблюдения на котором велись в течение всего периода пульсации, является ледник Медвежий на Памире. Выявленные закономерности его динамики послужили основой для прогноза очередной подвижки ледника, который полностью оправдался.

В процессе движения ледники производят большую экзарационную, транспортную и аккумулятивную работу. В результате экзарационной деятельности ледников в сочетании с процессами выветривания горных пород создаются такие формы горно-ледникового рельефа, как кары, карлинги, ледниковые цирки, троги, «бараньи лбы». Действию ледников обязаны своим образованием обширные сглаженные поверхности с ледниковой штриховкой, узкие и глубокие морские заливы - фьорды. Обломки горных пород, падающие на ледник со склонов, образуют краевые, срединные и другие формы поверхностной морены, которые в концевых частях ледниковых языков нередко сливаются в сплошной плащ. Продукты экзарации ложа (придонная морена) и поверхностную морену ледник переносит к своему концу, где они сливаются и отлагаются в виде конечных морен. Часть продуктов разрушительной деятельности ледников выносится талыми ледниковыми водами за их пределы, образуя ниже концов ледниковых языков плоские галечно-песчаные зандры. Самые мелкие взвешенные частицы уносятся реками на большие расстояния. Моренный материал материковых покровов, шельфовых и выводных ледников, оканчивающихся в море, уносится с айсбергами и по мере их таяния оседает на дне морей и океанов.

Ледники - это своеобразные водохранилища, запасающие воду зимой и расходующие ее летом. Они играют существенную роль в формировании стока рек, особенно в тех ледниковых районах средних и субтропических широт, где высокогорные, покрытые ледниками хребты соседствуют с засушливыми равнинами (например, Центральная и Средняя Азия). Айсберги, откалывающиеся от шельфовых и выводных ледников Антарктиды, Гренландии, Арктических и Антарктических островов, оказывают сильное воздействие на гидрологические процессы обширных океанических акваторий. Только Антарктида поставляет в океан в виде айсбергов ежегодно около 2000 км3 воды, Гренландия - 240-300 км3. Айсберги затрудняют судоходство в полярных водах.

Ледники, особенно ледниковые покровы, достигающие огромных размеров, только своим присутствием вызывают большие изменения высоты земной поверхности и меняют ее рельеф. Так, средняя высота Антарктиды почти втрое больше средней высоты всех других материков за счет огромной толщины антарктического ледникового покрова, под которым погребен сложный рельеф с горными хребтами, долинами, плато и равнинами. Колебания размеров и мощности ледников вызывают изостатические колебания земной коры.

Ниже приведены основные условия существования ледников, особенности их строения и движения.

Начнем с понятия снеговой границы, важнейшего показателя условий оледенения.

Снеговая граница, или снеговая линия, - это уровень, выше которого годовой приход твердых атмосферных осадков больше, чем расход (таяние, испарение). На уровне снеговой границы (границы питания) приходо-расходный баланс твердых атмосферных осадков равен нулю. Различают несколько разновидностей снеговой границы. Климатическая, или теоретическая, снеговая граница - это граница, на которой нулевой баланс твердых атмосферных осадков определяется средним состоянием метеорологических условий за много лет на горизонтальной незатененной поверхности. В реальных условиях наблюдать ее на местности практически невозможно, так как и поверхность в горах обычно не горизонтальна, и метеорологические условия от года к году сильно меняются, следовательно, реальная снеговая граница не будет соответствовать теоретической. Поэтому введено понятие местная, или истинная, снеговая граница, занимающая наивысшее положение в конце сезона таяния на реальной поверхности. Ее положение можно осреднять за ряд лет и определять на целых горных хребтах и системах и на склонах различной экспозиции. На ледниках истинная снеговая граница - это наивысшее за год положение границы между снегом и льдом. В большинстве случаев истинная снеговая граница на леднике совпадает с границей питания или бывает выше ее в тех случаях, когда между ними располагается зона наложенного льда. Ниже, когда мы говорим о снеговой границе без дальнейшего уточнения, имеется в виду истинная, или местная, снеговая граница. На ледниках ее часто отождествляют с фирновой линией - границей между фирновым бассейном и областью абляции ледника. Фирновая линия, как и истинная снеговая граница, либо совпадает с границей питания, либо отделена от нее полосой наложенного льда. В тех случаях, когда различия в положении снеговой границы, границы питания и фирновой линии невелики, эти термины употребляются как синонимы.

К понятию климатической снеговой границы мы прибегаем в тех случаях, когда рассматриваются возможности возникновения и существования оледенения в различных широтных климатических поясах Земли для сопоставления оледенения районов с морским и континентальным климатом, и в тех случаях, когда высотное положение ледников не соответствует общеклиматическим условиям. Так, например, каровые ледники Урала, Кузнецкого Алатау и еще ряда районов лежат на 1000 м и более ниже климатической снеговой границы и существуют лишь благодаря большой концентрации метелевого и лавинного снега в отрицательных формах рельефа. Но в то же время на них есть своя местная снеговая граница (фирновая линия - граница питания), отделяющая область аккумуляции от области абляции.

Высота снеговой границы зависит от многих факторов: от циркуляции атмосферы, обусловливающей количество осадков в данном районе; от радиационных условий и температуры воздуха, определяющих долю твердых осадков и интенсивность таяния снега и льда; от абсолютной и относительной высоты горных сооружений, расчлененности рельефа и ориентировки горных хребтов относительно направления влагонесущих воздушных потоков.

Морской климат с обильными осадками зимой и прохладным летом благоприятствует оледенению, а сухой континентальный климат, наоборот, для оледенения неблагоприятен. Благоприятны для оледенения высокоширотные территории, где, несмотря на малое количество осадков, круглый год держатся низкие температуры воздуха и таяние снега и льда или мало, или совсем отсутствует. Соответствующие изменения испытывает и высота снеговой границы. Самое низкое положение снеговая граница занимает в Антарктиде, где она почти на всей периферии ледникового покрова лежит на уровне моря. В Арктике уровень снеговой границы измеряется первыми сотнями метров. В средних широтах в условиях морского климата (например, на тихоокеанском побережье Северной Америки) она колеблется в пределах 500-1000 м над ур. м.; в субтропических и тропических широтах, в сухих континентальных районах Тибета и Анд Южной Америки уровень снеговой границы достигает огромных высот - 6000-6500 м над ур. м.