Содержание
Введение
1. Общая характеристика пульсирующих ледников и явления пульсации. Терминологический аппарат
2. Особенности динамики пульсирующих ледников
3. Особенности морфологии пульсирующих ледников. Механизм пульсации
Список использованных источников
Введение
Здесь мы рассмотрим некоторые особенности, связанные с пульсирующими ледниками, их генезисом, морфологией, структурой и динамикой. Пульсации ледников известны в течение длительного времени. Первые их описания и связанный с ними картографический материал относятся к 1599 г. (ледники Фергнагтфернер и Гусларфернер в Швейцарских Альпах). Подвижки ледников Исландии известны с начала XVII в., ледников Каракорума – с 1780 г. В течение длительного времени ведутся наблюдения за пульсирующими ледниками Кавказа. Тем не менее, практически до середины XX в. эти явления определялись всего лишь как катастрофические события, случайные и не имеющие никакой определённой системы.
Наиболее изучен в настоящий момент ледник Медвежий на Памире.
Пульсирующие ледники распространены по всему миру. Их подвижки опасны, поскольку вследствие своей внезапности могут приводить к образованию подпрудных озёр, которые при прорыве могут образовывать паводки и сели. Таким образом, помимо того, что исследование такого природного явления, как ледниковые пульсации, представляет фундаментальный научный интерес, исследование пульсационного механизма и разработка методов прогноза пульсации имеет важное прикладное значение для жизни людей и народного хозяйства.
1. Общая характеристика пульсирующих ледников и явления пульсации. Терминологический аппарат.
Ледниковые пульсации — это периодические релаксационные колебания ледников, отражающие их динамическую неустойчивость, которая контролируется взаимодействием внешних факторов с реологическими свойствами ледника. Пульсирующими называются ледники, которым свойственны резко выраженные релаксационные колебания, вызывающие интенсивное динамическое перераспределение массы по объёму тела ледника без непосредственного её изменения. Подвижкой называют наиболее активную стадию пульсации, когда релаксационная разрядка напряжений, накопившихся за предшествовавшую ей стадию восстановления, вызывает резкое ускорение активизировавшейся части ледника вниз по течению.
Пульсация является циклическим явлением. Циклом пульсации, или её периодом, называют время, проходящее от завершения одной подвижки ледника до завершения следующей. Установлено, что цикл пульсации для каждого ледника индивидуален и не зависит от его размеров и окружающих его физико-географических условий. Полный цикл пульсации таких ледников (время от начала одной подвижки до начала следующей) составляет от 10-15 до 100 и более лет. Этот период складывается из двух фаз (стадий): меньшей по продолжительности стадии подвижки (от нескольких месяцев до нескольких лет) и из более продолжительной стадии восстановления, в ходе которой часть языка ледника, продвинувшаяся в область абляции, интенсивно тает и разрушается, а в верховьях ледника его мощность и скорость движения, напротив, увеличиваются за счёт подтока льда из вышележащей области питания что, в свою очередь, приводит к очередной подвижке.
В стадию подвижки происходит разрядка напряжений, накопившихся в леднике за предшествовавшую ей стадию восстановления, скорости движения льда значительно увеличиваются (порой на 2 порядка и более), и конец ледника стремительно продвигается вниз по долине. Скоростная волна постепенно распространяется вверх по леднику, вызывая всё более интенсивное перемещение масс льда из области аккумуляции в область абляции, что приводит к понижению его толщины в верхней части и повышению в нижней. Преобладающим типом движения льда при этом является глыбовое скольжение. В результате подвижки конец ледника может продвинуться вниз по долине очень далеко но, как правило, не дальше прежних морен и останцов льда, оставшихся от предыдущих подвижек. При подвижках часто образуются подпрудные озёра. По завершении подвижки ледник на всём протяжении своей пульсирующей части омертвевает, и в то же время в области аккумуляции начинает накапливаться лёд, что и означает переход к фазе восстановления.
В стадии восстановления, благодаря поступлению новых масс льда из фирновой области, происходит интенсивный прирост толщины ледника в области аккумуляции, и скорости движения льда постепенно начинают нарастать. Волна активизации продвигается вниз по течению ледника, сокращая протяжённость его омертвевшей части. Это продолжается до тех пор, пока ледник не восстановит свою изначальную конфигурацию, достаточную для начала пульсации. После этого начинается очередная подвижка. Обычно продолжительность стадии восстановления на 1-2 порядка больше, чем продолжительность стадии подвижки.
Таким образом, осуществляя наблюдения над ледником в течение его стадии восстановления, представляется возможным осуществлять прогноз момента начала пульсации и её продолжительности, что имеет большое практическое значение.
2. Особенности динамики пульсирующих ледников
Рассмотрим особенности ледниковой поверхности и динамики пульсирующих ледников в отдельные стадии цикла пульсации.
Подвижка начинается снизу и распространяется вверх, при этом наибольший путь проходят массы льда, расположенные выше по течению ледника. К началу подвижки после достижения ледником своего критического состояния могут привести малейшие ослабления его подпруживания в нижней части или усиления давления в верхней, например, после выпадения осадков. В период прохождения стадии подвижки всё тело ледника (или его часть, если пульсация затрагивает не весь ледник) представляется возможным разделить на две части: зону выноса и зону привноса и продвижения. Зоной выноса называется верхняя по течению часть ледника, в которой при подвижке происходит убыль льда и понижение толщины ледника. Зоной привноса и продвижения называется нижележащая часть ледника, в которой в то же самое время толщина ледника увеличивается, и происходит увеличение его массы за счёт поступления льда из зоны выноса.
Аналогично можно разделить ледник и в период фазы восстановления: на зону активизации и зону деградации, с переменной границей между ними. Линия границы между зонами деградации и активизации называется линией динамического равновесия. Зона активизации лежит в верховьях ледника и отличается преобладанием процессов аккумуляции льда, увеличения толщины ледника и скорости его движения. Зона деградации – это нижняя по течению часть ледника, состоящая из мёртвого льда, лишённая поступления льда из области аккумуляции и отличающаяся действием интенсивных процессов абляции под воздействием талых вод, транзитных водотоков и инсоляционного таяния. По мере завершения фазы восстановления граница между этими двумя зонами смещается вниз, то есть происходит постепенное поглощение зоны деградации зоной аккумуляции. Увеличение массы льда в зоне активизации вкупе с разрушением льда в зоне деградации и вызывает рост напряжений, приводящих к началу очередной подвижки.
Несмотря на то, что внешне поверхность ледника в период подвижки выглядит хаотично, её строение подчиняется определённым закономерностям. Поскольку при переносе льда из зоны выноса в зону привноса и расползания площадь поверхности льда увеличивается, а его масса не изменяется, происходит уменьшение толщины ледника в зоне выноса и её увеличение в зоне привноса. Это сопровождается вспучиванием конца ледника, а также образованием системы трещин растяжения, ступенчатых сбросов и провалов, что и формирует столь изрезанный её рельеф. Одновременно образуются внутренние и придонные сколы, которые минимизируют трение ледника о поверхность ложа и значительно повышают возможную скорость его передвижения, что приводит к тому, что ледник, внешне выглядящий раздробленным на многочисленные призматические отдельности, передвигается в то же время единой массой. Такой способ перемещения ледника называется способом блокового скольжения. Однако в местах, где у краёв ледник имеет небольшую мощность, благодаря трению возникают крупные продольные разрывы, отделяющие осевую, быстро передвигающуюся, и боковую, более заторможенную, части ледника друг от друга. В таких прибортовых зонах глыбы льда громоздятся друг на друга, и их движение не является упорядоченным. Аналогичное явление наблюдается и на конце языка ледника, ниже линии динамического равновесия, так как здесь наиболее сильны напряжения сжатия, связанные с замедлением скорости движения ледника, что приводит к вспучиванию и образованию валов. Наиболее значительный градиент скоростной волны наблюдается в лобовой части ледника.
Выше линии динамического равновесия ледник единой массой движется по своему ложу или по поверхностям внутриледниковых сколов способом глыбового скольжения. В зоне активизации глыбовое скольжение сохраняется и в фазу восстановления. При усилении абляции внутрь ледника могут проникнуть внутриледниковые и поверхностные талые воды, что вызывает увеличение его скорости движения.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
В стадию восстановления происходит перестройка поверхности мёртвой части ледника. Сразу после окончания стадии подвижки конец ледникового языка благодаря существующим напряжениям ещё может какое-то время растекаться в стороны с довольно значительной скоростью (10-15 м/сут.). Но при этом остальная часть льда в зоне деградации остаётся неподвижной (точнее, скорость движения льда в ней крайне мала, порядка нескольких см/сут.). В первый же год после окончания подвижки правильные призматические блоки превращаются в поля остроконечных сераков, которые, в свою очередь, срезаются абляцией в последующие за этим несколько лет, хотя поперечные трещины всё ещё остаются видны. Параллельно обнажаются плоскости краевых надвигов, а разломы превращаются в ложбины стока, в которых идёт отложение моренного материала. Интенсифицируются процессы солифлюкции. В осевой зоне образуется углубляющаяся продольная ложбина, маркирующая русло подледного потока талых вод. Образуются «муравьиные кучи», «ледниковые грибы» и др. формы абляционного рельефа. Зоны активизации и деградации разделены линией нулевого баланса. Ниже неё на протяжении всей стадии восстановления баланс массы отрицателен, а выше – положителен, т.е. она является аналогом границы питания для непульсирующих ледников. Протекающие подлёдные потоки могут усилить контраст между этими зонами, интенсифицировав размывание конца ледника.
Вообще, с водотоками и водоёмами – как поверхностными, так и внутренними – связаны некоторые особенности динамики пульсирующих ледников. Например, при движении ледника по речной долине может произойти её закупорка, что приведёт к тому, что река начнёт прокладывать себе русло в теле ледника, и может образоваться запрудное озеро, которое будет склонно к частым прорывам, имеющим циклическую закономерность. В свою очередь, это окажет сильное влияние на формирование определённых циклов ускорения движения ледника и/или усилению подвижки. Происходит это следующим образом: при прорыве озера образуется канал стока, который оказывает гидродинамическое давление на вышележащую относительно него часть ледника, тормозя её продвижение. Таким образом, в теле ледника накапливается напряжение, которое релаксационно разряжается при опустошении канала, что и приводит к ускорению движения вначале вышележащих, а затем и нижележащих масс льда. Аналогичные эффекты могут быть связаны с прорывом озёр, образующихся на поверхностях ледопадов, имеющих обратный уклон. Кроме того, опорожнение полостей в теле ледника и на его поверхности, ранее заполненных водой, может приводить к паводкам на реке, к бассейну которой относится ледник.
Летом скорость движения ледника в стадию восстановления значительно (в несколько раз) выше, чем в остальные времена года, так как интенсивное таяние улучшает скольжение ледниковых блоков. Но непосредственно в год перед стадией подвижки скорость движения ледника остаётся приблизительно равной в течение всего года, или уменьшается зимой незначительно, по чему можно судить о приближении подвижки ледника. Кроме того, сама скорость движения ледника имеет определённый цикл, как правило, меньший цикла пульсации по продолжительности, причём период подвижки является как бы резонансом этого цикла и накладывается на него.
Чаще всего пульсация распространяется только на ледниковый язык, находящийся в области абляции, но иногда затрагивает и фирновые области. При наличии у ледника притоков возможна их одновременная с главным ледником пульсация, хотя такое случается редко. Возможны несколько вариантов:
1). Пульсирует только главный ледник, в то время как притоки остаются стационарными. Тогда устья верхних притоков в зоне выноса будут подсечены и окажутся висячими, что может в дальнейшем спровоцировать их подвижку; в то же время нижние притоки окажутся, напротив, подпруженными, что тоже может привести к их подвижке после отступания ледника.
2). Пульсирует приток, а главный ледник остаётся стационарным. В этом случае вздувшийся конец притока или выползает на поверхность главного ледника, или оттесняет его к борту долины, что приводит к образования характерных изгибов и петель срединной морены.
3). Пульсация притока предшествует пульсации главного ледника. В данном варианте конец выползшего на главный ледник притока может быть оторван им в течение фазы подвижки и унесён далеко вниз по течению, полностью сохранив свою первоначальную форму.
Факторами, стимулирующими пульсацию, являются большой перепад высот между областями аккумуляции и абляции, большие ледниковые коэффициенты (что это? – прим. авт.), высокая «энергия оледенения», роль лавин в питании ледников, температура у ложа ледника, близкая к температуре плавления, температурное состояние на грани перехода от «тёплых» ледников к «холодным». Одним из главных факторов, вызывающих пульсацию, является также фрикционное таяние ледника – «сухих» подвижек ледников не существует в принципе. Ледниковые массивы, щиты, висячие, присклоновые ледники, малые формы оледенения, большинство каровых ледников и ледники плоских вершин не пульсируют.
По характеру подвижек и их последствиям пульсирующие ледники можно разделить на три группы:
1). Простые и сложные долинные ледники, языки которых занимают полого падающие или ступенчатые долины и, как правило, соединены с областью питания крутыми ледопадами. В таких ледниках подвижка затрагивает или весь ледник, или только его часть, расположенную в зоне абляции. Скорости в период подвижки у таких ледников составляют первых сотен метров в сутки, а продвижение конца языка за всю фазу подвижки – 10-15 км. В процессе подвижки образуются многочисленные сбросы, трещины и сколы, разбивающие поверхность ледника на систему полигонов, но ледник движется единой массой. При подпруживании конца ледника моренами и бортами долины его толщина может увеличиваться до 150-200 м, при отсутствии препятствий составляет 40-80 м. Главная опасность такого рода ледников – прорыв образованных ими подпрудных озёр, который может привести к образованию катастрофических паводков и селей.
2). Ледники висячих долин, концы которых выползают на крутой устьевой порог и срываются с него, образуя ледокаменные обвалы и сели. Массы льда обрушиваются с такого порога со скоростью до 100 км/ч и более. Такие ледово-каменные обвалы очень опасны.
3). Выводные ледники и части ледниковых покровов субполярных областей. Подвижки таких ледников захватывают обширные площади, в сотни и тысячи квадратных километров, а объём вынесенных масс льда составляет десятки и сотни кубических километров. На суше такие подвижки существенно влияют на гидрологический режим рек, вызывая катастрофические паводки, в прибрежных районах – продуцируют большое количество айсбергов.
3. Особенности морфологии пульсирующих ледников. Механизм пульсации.
Благодаря тому, что пульсирующие ледники имеют совершенно отличный от ледников других типов режим функционирования, по определённой совокупности внешних признаков их достаточно свободно можно не только отличить, но и понять, в какой стадии цикла пульсации они находятся в данный момент. В то же время необходимо обратить внимание, что только именно совокупность этих признаков – а не один из них, пусть даже и ярко выраженный – позволяет сделать тот или иной вывод о наличии и характере пульсации ледника. Также нужно заметить, что эти признаки различны в разные стадии пульсации ледника.
В стадию подвижки, поскольку для неё характерны интенсивные вертикальные и горизонтальные перемещения больших глыб льда без изменения его общей массы, продольный профиль ледника повышается, в зоне выноса его поверхность понижается, а в зоне привноса и расползания – повышается. На топокартах эти признаки видны в рисовке горизонталей: в зоне выноса горизонтали обращены вверх по течению ледника, а в зоне привноса и расползания – вниз. Прежний уровень поверхности ледника при этом фиксируется останцами льда на склонах долины, подрезанными селевыми и лавинными конусами, а также (в случае сложного ледника) устьевыми обрывами притоков. Понижение обычно составляет несколько десятков, порой – до полутора сотен метров. Конец языка при выползании из долины имеет каплевидную форму, так называемую «львиную лапу», и обычно утолщён. Поверхность ледника в зоне привноса в стадию подвижки повышается на 50-200 м. Характерно наползание ледника на борта долины, гряды береговых и конечных морен, над которыми он возвышается обрывами высотой 20 м и более. Возможно также образование напорных морен. В сложных ледниках наблюдается подпруживание нижних и повисание верхних по течению ледников, о чём было сказано выше.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Весьма вероятно образование подпрудных озёр – на выходах из боковых долин, в рандклюфтах и в самом леднике. Поверхность ледника разбивается многочисленными трещинами, причём в зоне выноса, где преобладают растягивающие напряжение, трещины в основном представлены крупными поперечными разломами, изогнутыми согласно с рисунком горизонталей поверхности и направленными перпендикулярно к общему направлению движения ледника. Достаточно часто они пересекают язык от борта до борта, и по ним происходит оседание ледяных блоков в виде серии ступенчатых сбросов. Ниже по леднику система трещин усложняется и приобретает полигональный рисунок, разбивая поверхность ледника на множественные призматические отдельности. Вдоль бортов долины, где наиболее сильны напряжения трения, происходит образование протяжённых продольных трещин, отсекающих центральный массив льда, движущийся способом блокового скольжения, от боковых, замедленных относительно него. Возможно слияние этих боковых разломов с подлёдными сколами. В нижней части ледника, где преобладают напряжения сжатия, происходит образование трещин сжатия, а часть появившихся ранее трещин замыкается. На конце языка можно наблюдать трещины растекания, имеющие радиальный рисунок.
Хаотически раздробленные концы языка можно наблюдать только когда они срываются с устьевого порога или ригеля на огромных скоростях движения. Сама по себе высокая скорость движения – до 10-15 км в год на суше и более 20 км в год в море – является одним из наиболее ярких индикаторов пульсации. Ледниковые языки, прошедшие через область распространения мёртвых льдов или моренных отложений, или упирающиеся в склоны перекрытых ими долин, изобилуют формами складчатой и надвиговой ледовой тектоники. Трещины, вызванные гидростатическим напряжением, а также приливно-отливной деятельностью, появляются в концах ледников, продвинувшихся в море. Всё это многообразие трещин способствует исчезанию с ледника поверхностных водотоков, которые, в свою очередь, «проваливаясь» в трещины, увеличивают благодаря смачивающему воздействию своих вод скорость глыбового скольжения. Сужения долины приводят к значительному дополнительному увеличению высоты фронтального ледникового вала. Своеобразным индикатором процессов, происходящих в леднике, может служить уклон его поверхности. В стадию активизации происходит его уменьшение, причём наибольшие его значения отмечаются на конце языка ледника; в стадию восстановления, напротив, происходит постепенный рост углов уклона поверхности, которые достигают своего максимума непосредственно перед подвижкой.
В стадию восстановления эволюция ледника идёт по двум направлениям: в зоне деградации лёд омертвевает и постепенно тает, в зоне активизации происходит накопление льда, а значит, и её постепенное расширение. Наибольшее повышение поверхности ледника в зоне активизации и понижение в зоне деградации наблюдается в первый год после подвижки, а затем уменьшается. Такие признаки пульсирующего ледника, как выпуклый фронт активизации, могут быть легко дешифрированы даже на мелкомасштабных снимках из космоса. Уровень ледника перед предыдущей подвижкой в зоне выноса может быть восстановлен по сериям моренных «прилавков» и тримлайнов на склонах долины. Со временем высота этих форм над активизирующимся ледником уменьшается, а фронт волны активизации спускается вниз по течению. Поверхность ледника, хотя и остаётся ещё более целостной, чем при подвижке, начинает постепенно покрываться сетью трещин; возникают краевые разломы. Продольный профиль ледника становится всё более крутым, особенно в лобовой части активизации, превосходя уклон береговых морен и тримлайнов. Ригели вызывают замедление продвижения ледника в стадию восстановления во время его прохождения по их склону с обратным уклоном и, напротив – ускорение при скатывании с противоположного склона. Аналогичное влияние оказывают и сужения долины.
Конец ледника, продвинувшийся при подвижке, напротив, имеет признаки деградации: уплощённую, сглаженную и сильно заморененную поверхность, испещрённую оврагами поверхностных водотоков, замкнутыми озёрными западинами, воронками и провалами над подлёдными водотоками. При условии продолжающейся значительное время стадии деградации концевая часть ледникового языка может превратиться в скопление разрозненных глыб мёртвого льда и моренных отложений. Интенсивное понижение может также быть вызвано оседанием в процессе заполнения пустот, образовавшихся в фазу подвижки или образовавшихся под воздействием эрозии.
На склонах долины и древних береговых моренах хорошо видны свежие моренные отложения и сглаженные льдом скалы, уровень которых свидетельствует о положении поверхности языка ледника в стадию подвижки. В целом, геолого-геоморфологическая деятельность пульсирующих ледников аналогична таковой у ледников, не подверженных пульсациям.
Таким образом, в низовьях – в стадию подвижки, а в верховьях – в стадию восстановления пульсирующие ледники имеют признаки наступающих, а в стадию восстановления в низовьях и в стадию подвижки в верховьях – признаки отступающих.
Существуют различные мнения по поводу механизма, определяющего особенности режима пульсирующих ледников. Так, Г. Робин рассматривал три типа неустойчивости, могущей привести к пульсациям ледников: неустойчивость напряжения, температурную неустойчивость и неустойчивость водной плёнки. Г. Вертман утверждал, что подвижки пульсирующих ледников вызваны увеличением толщины водной плёнки на ложе ледника до критической, превышающей высоту неровностей подлёдного рельефа. По мнению Л. Либутри, на больших скоростях скольжения трение ледника о ложе ослабевает, так как он опирается лишь на вершины выступов рельефа, промежутки между которыми заполнены водой. Л. Нильсен считает, что причиной подвижек ледников служит их дробление на блоки в результате преодоления сопротивления деградирующей части ледника, а резкое увеличение скорости движения ледника связывает с высокими скоростями течения водоледниковой смеси под его телом. Согласно гипотезе П. А. Шумского, пульсирующий режим ледников связан с изменением количества моренного материала на ледниковом ложе. В публикациях Л. Д. Долгушина и Г. Б. Осиповой предполагается, что такое явление, как пульсирующие ледники, обусловлено не одним из вышеперечисленных механизмов, а их совокупностью.
Заключение
Рассмотрев основные особенности морфологии и динамики пульсирующих ледников, показав различные точки зрения относительно механизма пульсации, можно сделать следующие выводы.
- Ледниковые пульсации имеют циклический характер, причём при осуществлении непрерывного мониторинга представляется возможным по совокупности морфологических признаков осуществлять прогноз момент начала пульсации.
- Учитывая все вероятные механизмы пульсации, несомненно одно: важнейшим фактором, обеспечивающим возможность существования такого явления, как пульсирующие ледники, является наличие водной плёнки на ложе ледника.
- Поскольку пульсирующие ледники в период подвижки являются гипотетическим источником ледниковых водоледокаменных селей, сходящих при прорыве подпруженных озёр и внутренних водоёмов, они представляют собой значительную опасность для народного хозяйства и человеческого существования, что должно послужить поводом для осуществления регулярных наблюдений за теми из них, которые расположены поблизости от населённых пунктов.
Список использованных источников
1. Войтковский К.Ф. Основы гляциологии //М., Наука, 1999 г., 255 с.
2. Долгушин Л.Д., Осипова Г.Б. Ледники //М., Мысль, 1989 г., 447 с.
3. Долгушин Л.Д., Осипова Г.Б. Пульсирующие ледники//М., Гидрометеоиздат, 1982 г., 191 с.