Переносная (транспортная) и аккумулятивная работа ледников.

Лекция №9. Геологическая деятельность ледников.

Ледники образуются па поверхности Земли и результате накопления снега. Необходимым условием накопления и длитель­ного сохранения мощного снегового покрова, преобразуемого в лед, является сочетание низких температур воздуха с больший количеством твердых осадков. Такое сочетание имеет место в хо­лодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. Сов­ременные ледники на всех материках мира занимают около 16,2 млн км², т. е. почти 11% поверхности суши, а общий объ­ем заключенного в них льда составляет около 30 млн км³. Лед­ники развиты почти во всех высоких горных сооружениях и по­крывают также материки и многие острова полярных стран, сре­ди которых наиболее крупные покровы льда развиты в Антарк­тиде и Гренландии.

Ледники возникают выше снеговой границы, но при движе­нии могут спускаться ниже. Высотное положение снеговой гра­ницы находится в прямой зависимости от климата. Наинизшее положение она занимает в приполярных районах обоих полуша­рии, местами опускаясь до уровня Мирового океана (Антаркти­да) или почти до этого уровня (северо-восточная Гренландия, Зем­ля Франца-Иосифа). Наивысшие уровни снеговой границы (более 5000—6000 м) наблюдаются в горах приэкваториальных зон под тропиками, где благодаря господству нисходящих потоков воз­духа климат сухой. На положение снеговой границы в горах су­щественно влияют влажность и экспозиция горных склонов.

Образование ледников. Накопление мощных толщ снега и преобразование его в глетчерный лед представляет собой длитель­ный и сложный процесс, происходящий под воздействием инсоля­ции, сублимации и увеличивающегося во времени давления.

Ле­том под влиянием солнечных лучей рыхлый снег начинает оттаи­вать с поверхности, отдельные снежинки оплавляются, а ночью при замерзании принимают форму кристаллических зерен. Так: постепенно рыхлый снег превращается в более компактную мас­су— фирн. Большое значение в преобразовании снега в фирн и далее в лед имеет сублимация (возгонка), под которой понимает­ся испарение льда и новая кристаллизация образовавшегося во­дяного пара. В процессе накопления все новых и новых порций снега и преобразования его в фирн увеличивается давление, под влиянием которого происходит уплотнение и отдельные кристал­лические сростки смерзаются друг с другом. В результате дейст­вия указанных факторов фирн превращается вначале в белый фирновый лед, а затем в прозрачный глетчерный лед, составляю­щий основное тело ледника. Итак, общая направленность про­цесса следующая: снег→фирн→глетчерный лед. При этом из 10— 11 м³ снега образуется около 1 м³ льда.

ТИПЫЛЕДНИКОВ

В зависимости от климата и рельефа, соотношении облас­тей питания и стока выделяют следующие типы ледников:

1) гор­ные; 2) материковые, или покровные;

Горные ледники. Ледники альпийского, или долинного, типа широко развиты в Аль­пах, на Кавказе, на Памире и в других горных сооружениях. Для них характерны четко выраженная область питания, где идет накопление снега и его преобразование в лед, и линейно вытяну­тые области стока.

Область питания (фирновый бассейн) распо­лагается выше снеговой границы. Это или циркообразные котло­вины в верхних частях горных склонов, или расширенные ворон­ки водосборных бассейнов, ранее разработанные поверхностными водами, или пологие вершины и выровненные поверхности. Областью стока являются горные долины.

Материковые, или покровные, ледники. К этому типу относят­ся ледники, покрывающие целые острова и континенты Харак­терные особенности их

1) большая мощность льда;

2) отсутствие влияния доледникового рельефа на их распространение.

3) основ­ное питание в центральных частях ледниковых щитов,

4) ради­альный характер движения льда к окраинам ледникового покрова (в отличие от линейного н горных),

5) плосковыпуклая поверх­ность, образующая подобие щита Распространены материковые ледники в полярных странах. Классическими примерами их яв­ляются ледниковые покровы Гренландии и Антарктиды

Гренландский ледяной покров Площадь составля­ет немногим более 2,2 млн. км², из которых свыше 80% занято обширным ледниковым покровом Максимальная мощность льда в центральной части покрова, по данным сейсмических исследо­вании, около 3400 м при средней мощности около 1500 м В зна­чительной части ледниковый щит окаймлен горами В краевых частях мощность ледника уменьшается и из-под него выступают вершины и гребни гор. Известные под эскимосским названием «ну-натаки» Ледниковый покров Гренландии в большинстве случаев не достигает моря, но в отдельных местах спускается к морю в виде крупных лопастей В других местах лед, перетекая через горные перевалы, дает начало крупным долинным ледникам, на­зываемым выводными ледниками. Многие из них характеризуют­ся значительными размерами, а концы некоторых находятся па плаву в море, достигая местами длины до 40 км.

Ледяной покров Антарктиды (вместе с окаймляю­щими ее островами) занимает примерно 13,9 млн. км². По данным сейсмического зондирования, подледный рельеф Антарктиды от­личается большой сложностью — наличием горных хребтов и об­ширных низменностей (Восточной, Бэрда. Западной, Шмидта) Максимальная мощность ледникового покрова (свыше 4000 м) обнаружена в равнинах Бэрда а Шмидта, средняя мощность со­ставляет около 2000 м. Ледники спускаются к океану и образуют огромные массы шельфового льда, частично лежащего на шель­фе, частично находящегося на плаву. Самый большой шельфовый ледник — это ледник Росса, заполняющий южную часть одноименного моря и обрывающийся отвесным уступом вы­сотой около 60 м, местами до 75 м. Его ширина с севера на юг около 800 км Местами у края ледника наблюдаются отдельные выступы каменного подледного ложа, которые в Антарктиде на­зывают «оазисами». В отдельных местах окраинных зон, где рель­еф сильно расчленен или неодинакова подвижность льда, ледник распадается на отдельные выводные ледники. Oт краев шельфовых и выводных ледников откалываются крупные айсберги вы­сотой до 60 м и более, выносящие далеко за пределы полярных морей большие массы обломочного материала, захваченного при движении по материку

РЕЖИМ ЛЕДНИКОВ

Режим ледников состоит из:

1) питание (количество снега поступившего в область питания)

2) движение ледника или сток;

3) уменьшение массы ледника в результате абля­ции — таяния, испарения и механического разрушения (лат. «абляцио» — отнимаю, снос).

Движение ледников. Находясь под большим давлением лед приобретает пластические свойства и начинает перемещаться. Степень пластических деформаций зависит от температуры и дав­ления; они особенно проявляются в мощных массах глетчерного льда в областях питания, откуда и начинается его движение. В горных ледниках, где уклоны подледного ложа очень крутые, по­мимо вязкопластичного течения в движении ледников существен­ное значение имеет и сила тяжести (гравитационный фактор).

Реальные скорости движения ледников различны и непостоян­ны во времени. Горные ледники Альп движутся со скоростью 0,1 — 0,4 м/сут, иногда до 1 м/сут. У некоторых крупных ледников Па­мира и Гималаев скорости достигают 2—4 м/сут. В отдельных случаях наблюдалось быстрое увеличение скорости движения лед­ников. Так, ледник Блэк-Рапиде на Аляске (Флинт, 1963) в конце 1936 г. начал быстро расти и его язык стал двигаться со скоро­стью 34 м/сут; максимальная скорость достигла 60—70 м/сут. Хо­рошо известно катастрофическое продвижение в 1963 г. ледника Медвежьего, спускавшегося с западного склона хр. Академии На­ук на Памире со скоростью до 50 м/сут (в отдельные моменты до 100—150 м/сут), разрушая все на своем пути. За относитель­но короткий срок он продвинулся более чем на 6,5 км. Некоторые выводные ледники Гренландии, спускающиеся в фиорды, движут­ся со скоростью от 5 до 25 м/сут, а во внутренних районах ос­новного ледника скорость составила всего десятые и сотые доли сантиметров.

Известно, что глетчерный лед, несмотря на пластичность, реа­гирует на кратковременные напряжения как твердое хрупкое тело, в котором возникают трещины и сколы. Так, при движении гор­ного ледника по долине его средние части перемещаются быст­рей, а краевые, менее мощные и испытывающие трение о борта долины, — медленнее, в результате чего возникает система тре­щин. Изменение скорости движения ледников наблюда­ется и в продольном направлении. Трещины и сколы возникают также из-за неровности подледного рельефа, изменения мощности льда и других причин. В результате нередко имеет место сколь­жение отдельных ледниковых блоков относительно друг друга, происходят сдвиговые, надвиговые деформации. Иногда образу­ются чешуйчатые надвиги. Возникшие на поверхности ледника трещины расширяются, разрабатываются талыми водами ледни­ка, образующимися под влиянием солнечных лучей на его поверх­ности. Талые воды стекают в трещины и движутся по ним. Так возникают надледниковыс каналы. достигающие иногда значи­тельной глубины, а также внутри- и полледниковые каналы, но которым вода движется с большой скоростью, производя суще­ственную работу по переносу и аккумуляции продуктов разру­шения.

Динамика материковых покровных ледников существенно от­личается от динамики горных; по несколько идеализированной схеме Е. В. Шаниера она представляется следующим образом.

В центральной части ледника располагается область питания. Нижние слои льда под давлением верхних приобретают пластичность п движутся по радиусам от областей питания к кра­евым частям ледникового покрова. По мере движения льда его масса и мощность уменьшаются в результате абляции—таяния, испарения и механического разрушения. Из рисунка также видно, что в области питания происходит главным образом разрушитель­ная деятельность ледника, а в областях абляции — и придонная ледниковая аккумуляция.

Колебания положения края ледника. Положение краевых, или концевых, частей ледника не остается постоянным. Иногда наблю­даются незначительные колебания положения края ледника — осцилляции (лат. «осцилляцио» — колебание, качание). Но при существенном увеличении количества выпадающего снега или уменьшении интенсивности стаивания мощность ледника увеличи­вается и его край продвигается вперед. Б этом случае принято говорить о наступании ледника. В случае уменьшения питания или увеличения абляции мощность ледника уменьшается и проис­ходят его отступание. При неизменном соотношении питания и абляции отмечается длительное стационарное положение края ледника.

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ И РЕЛЬЕФООБРАЗУЮЩАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЛЕДНИКОВ И ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫХ ПОТОКОВ

Ледники при движении производят значительную работу по разрушению горных пород своего ложа, переносу обломочного материала и его накоплению. При этом важное значение имеет также деятельность талых ледниковых вод. Указанная совокуп­ность процессов приводит к созданию характерных ледниковых и водно-ледниковых отложений и форм рельефа, особенно хоро­шо выраженных в областях четвертичных оледенений, покрывав­ших обширные пространства континентов.

Разрушительная работа ледников. Разрушительное воздейст­вие ледников на породы подледного ложа называют экзарацией (лат, «экзарацио» — выпахивание). Ледники при движении ока­зывают огромное давление на подстилающие горные породы, paзрушая их на отдельные обломки. Такие обломки, вмерзающие в придонные части ледников, усиливают экзарационную деятель­ность, в результате на поверхности скальных пород возникают ца­рапины, борозды, называемые ледниковыми шрамами. Направле­ние шрамов указывает на направление движения ледника, что может быть использовано при реконструкции древних ледниковых покровов. На выступах скальных пород возникают своеобразные удлиненные и округленные формы — бараньи лбы. В продольном направлении они асимметричны; склон, обращенный навстречу движению ледника, пологий, отполированный, покрытый штрихов­кой, а противоположный склон крутой. Сочетание таких форм об­разует ряд сглаженных асимметричных выступов и углублений, называемых курчавыми скалами, иногда достигающих значитель­ных размеров, особенно в областях центров мощных покровных оледенений четвертичного периода.

При движении ледники местами срывают крупные выступы или глыбы горных пород и переносят их на большие расстояния. Обломочный материал, захваченный ледниками, дробится, истира­ется, покрывается штрихами и царапинами. Такие исштрихованные и оглаженные обломки горных пород называются ледниковы­ми валунами.

В горных районах с деятельностью ледников связано образо­вание специфических форм рельефа, к числу которых относятся кары, ледниковые цирки (описанные выше) и ледниковые долины. Ледниковые долины представляют собой переработанные ледни­ками V-образные эрозионные долины, ранее созданные водными горными потоками. Они носят название трогов (нем. «трог» — ко­рыто) и характеризуются U-образным поперечным профилем (рис. 9.8,Л) с пологовогнутым дном. Харак­терная особенность троговых долин, подвергшихся в прошлом Длительному воздействию ледников,— наличие подвешенных усть­евых частей, притоков на стенках главного трога.

Переносная (транспортная) и аккумулятивная работа ледников.

Ледники при своем движении переносят разнообразный обломочный материал (от тонких глинистых частиц до крупных валунов и огромных глыб), который образуется в результате экзарации, так и процессов над-ледникового и подледникового-выветривания. Вместе с перено­сом происходит н отложение об­ломочного материала. Весь этот рыхлый обломочный материал, как переносимый, так и откла­дываемый ледниками, называстся мореной. Выделяются морены движущиеся, т. е. переносимые ледниками, и отложенные.

Рис. 98. А — трог, образованный лед­ником из V-обраэной эрозионной доли­ны i пунктиром показана поверхность ис­чезнувшего льдл), Б — продольныА профиль час!и ледниковой долины (К — ригели); В — котловины ледникового вынюхивания

Движущиеся морены в горных ледниках. В каждом горном леднике среди движущихся морен можно выде­лить несколько разновидностей, в зависимости от расположения их по отношению к телу ледника (рис. 9.9). Поверхностные море­ны находятся на поверхности движущегося ледника. Среди них выделяются боковые, срединные и покрывающие всю поверх­ность. Боковая морена образуется по бокам ледникового языка из обломочных продуктов выветривании горных пород, слагаю­щих надледниковые части высоких горных склонов долины, по-которой происходит движение. Возможно также поступление на поверхность ледника обломочного материала в результате обва­лов и оползней на горных склонах. Боковые морены выражены в виде продольных валов или гряд (рис. 9.9И). Срединная море­на располагается в средней части ледникового языка и также представлена вытянутыми продольными валами (рис. 9.9,6). Она образуется путем соединения боковых морен при слиянии двух ледников. В ряде ледников наблюдается несколько валов средин­ных морен, что указывает на слияние многих ледников и соеди­нение их боковых морен. Местами вся поверхность ледника по­крыта мореной в результате или вытанваиин внутренних морен, или разваливания валов срединных морен при интенсивном таяннк краевой части ледника, или сколов и чешуйчатого перемещения блоков льда, выносящих на поверхность материал донной и внут­ренней морен.

Внутренние морены образуются как в пределах фирнового бассейна, так и в области стока. В результате выветривания и осыпей с крутых горных склонов, окаймляющих фирновый бас­сейн, в нем накапливается обломочным материал, захороняемый новыми порциями снега. В дальнейшем они перемещаются в об­ласть стока. При движении ледника обломки попадают внутрь по многочисленным трещинам (рис. 9.9,В).

Рис. 9.9. Схема расположения морен в поперечном разрезе (/) и в плане (2)

А — боковая, Б — срединная. В — внутренняя, Д — дон­ная, С — конечная морена

Донные морены — это обломочный материал, вмерзший в при­донную часть ледника, образующийся преимущественно за счет ледниковой экзарации и захвата продуктов выветривания (рис. 9.9.Д).

В ледниках материкового типа нет источника сноса для нако­пления поверхностных морен. Главным типом морен здесь яв­ляются движущиеся донные и внутренние морены.

Ледниковые отложения.

Основным и важнейшим продуктом ледниковой аккумуляции являются отложенные морены. Они раз­виты на обширных площадях распространения четвертичных ма­териковых оледенений, что позволяет наиболее полно дать их ха­рактеристику.

Среди отложенных морен выделяются три основных генетических типа;

1) основная (донная) морена;

2) абляционная морена;

3) краевая (конечная) морена.

Основная (донная) морена, образуется за счет таяния льда и выпадения разрушенных обломков.

Такие основные морены образовались огромных пространствах Русской равнины и других районов, подвергшихся четвертичным оледенениям, основные морены представлены в большинстве слу­чаев различными суглинками, супесями, иногда глинами с грави­ем, галькой и валунами. На образование основных морен под по­кровом движущегося льда указывают значительная уплотнен­ность отложенного материала и ориентировка валунов длинной осью параллельно направлению движения льда. Именно эта раз­новидность морен является репером, лежащим в основе страти­графической шкалы четвертичных отложении областей оледене­ния. С основными моренами связаны различные формы рельефа.

Встречаются довольно обширные слабоволнистые равнины. Ши­роко развит холмисто-западннный и холмисто-уваленный морен­ный рельеф. Помимо этого в ряде мест наблюдаются так называ­емые друмлинные поля.

Д румлины — это продолговато-овальные формы длиной от нескольких сотен метров до 2—10 км, шириной от 100 до 200, иногда до 500 м и высотой до 25—30 и и более. Длинные оси друмлин ориентированы по направлению движения ледника. Соотношение длины и ширины друмлин часто изменяет­ся. Иногда это сильно вытянутые формы, местами приближаю­щиеся к округлой. Друмлины различны по строению. Часть из них целиком сложена мореной, в других наблюдаются выступы коренных скальных пород, за которыми накапливается морен:» (рис. 9.10). Друмлинные поля известны в Прибалтике, в Ленин­градской и Новгородской областях.

Чешуйчатые основные морены формируются там, где сущест­вует большой напор масс льда. В этих условиях возникают внутренние сколы, чешуйчато на­двинутые блоки и пластины, сложенные то валунными су­глинками и супесями (море­ной), то затянутыми в морену и деформированными корен­ными породами ледникового ложа (рис. 9.11).

Абляционная морена приурочена к периферическим зонам ледников при их деградации. В образовании в образовании Абл морены участвуют талые ледниковые воды, кото­рые выносят из нее тонкие и мелкие частицы. При станванин льда рыхлый обломочный материал, находящийся в ледниковом теле, начинает оседать и накладываться на донную основную мо­рену в виде относительно маломощного горизонта. Схема соотно­шения основной и абляционной морен дана на

Рис. 9.10. Друмлины (в разрезе): 1 — скальные породи; 2 — морена абляционной морены участвуют

Конечная морена – образуется за счет таяния языка ледника, на месте которого образуются валы, гряды. По мере продвижения языка ледника конечная морена может сдвигаться (по типу бульдозера).