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).