Геологическая деятельность снега, льда

  Главная      Учебники - Геология     Общая геология. Эндогенные и экзогенные процессы (Кныш С.К.) - 2005 год

 поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

2.3.5.

Геологическая деятельность снега, льда


Слова и словосочетания

бараний лоб, курчавые скалы

область абляции

висячие и каровые ледники

покровный, шельфовый ледники

глетчарный лед

снеговая линия

гляциология

трог, троговая долина

горные (альпийские) ледники

фирн, фирновое поле

зандровые поля

флювиогляциальные отложения

межледниковые эпохи

хионосфера

морена

экзарация

области питания, стока ледников

эпохи оледенения


Ледники занимают значительное место на Земле. Они покрывают почти 16 млн км2 поверхности суши (11 %), а в полярных областях ледниковый покров распространяется и на мелководную (шельфовую) область моря. Общий объем льда, содержащегося в ледниках, оценивается в 30 млн км3 (объем куба с длиной ребра 300 км).


2.3.5.1. образование и типы ледников


Геологическая деятельность снега и ледников, как и других экзогенных процессов, включает эрозию, называемую экзарацией, транспортировку обломков и их отложение. Изучением строения, развития и деятельности ледников занимается гляциология.

Ледники состоят из так называемого глетчерного льда, который образуется из снега.

Для возникновения ледника необходимы низкая среднегодовая температура, большое количество осадков в виде снега, а также наличие пологих склонов и впадин, защищенных от солнца и ветра. Условия круглогодичного сохранения устойчивого снежного покрова имеются в странах с холодным климатом и в высокогорных областях различных климатических зон. Высоты, на которых образуются ледники, в разных районах земного шара неодинаковы и зависят от широты местности. Уровень, выше которого снег не успевает полностью растаять за лето, называется снеговой линией. Гипсометрическое положение снеговой линии зависит от климатических условий.

Таким образом, с уменьшением значения географической широты, при приближении к экватору, снеговая линия поднимается на высоту 5– 6 км, на

полюсах она приближается к уровню моря (рис. 47). Это и определяет неравномерность накопления снега и масштабов образования глетчерного льда. Основная его часть (99,5%) сосредоточена в полярных областях и только 0,5 % находятся в высокогорных ледниках.

Область, где происходит накопление снега и превращение его в лед называется хионосферой.

Накапливаясь в понижениях рельефа или на вершинах гор, снег за лето не успевает растаять, масса его растет из года в год, он уплотняется и под влиянием суточных колебаний температуры превращается в зернистую массу. Такой уплотненный зернистый снег называется фирном, а область его накопления – фирновым полем. Фирн вновь покрывается снегом, под тяжестью которого продолжает уплотняться, пока со временем не превратится в глетчерный лед. На образование одного кубометра глетчерного льда расходуется почти 11 м3 снега. Важным свойством глетчерного льда является его текучесть. Скорость течения ледника зависит от его мощности и крутизны ложа, которое он покрывает. Чем больше мощность и чем круче ложе, тем значительнее скорость его течения. Обычно она составляет 3–10 м/сут, а крупные ледники движутся со скоростью до 40 м/сут.

У ледников имеется область питания, где происходит накопление снега и превращение его в фирн, а затем в глетчерный лед; область стока, по которой движется, стекает глетчерный лед, и область исчезновения и таяния льда – область абляции. В зависимости от соотношения областей питания и стока, от размеров и формы, ледники подразделяются на три типа: горные (или альпийского типа), покровные (или материкового типа) и промежуточные.

Горными (альпийскими) называют сравнительно маломощные ледники высокогорных районов, которые расположены во впадинах, долинах рек, ущельях. Ледники такого типа развиты в Альпах, Гималаях, на Тянь-Шане, Памире, Кавказе. Область питания горных ледников имеет форму цирка и находится выше снеговой линии. Как правило, эта область окружена амфитеатром высоких гребней и пиков. Лед стекает по горным долинам с крутыми склонами и образует один или несколько ледяных потоков – языков (рис. 47).

Среди горных ледников различают несколько разновидностей: долинные – наиболее крупные, для которых характерно четкое разделение области питания, стока и области абляции; каровые – образующиеся в углублениях гор почти на уровне снеговой линии и практически не имеющие стока; висячие – ложе их ледника нарушается крутым уступом, и ледяной поток, нависающий над ним, периодически срывается вниз в виде лавины.

Хотя ледники альпийского типа играют скромную роль в общем балансе оледенений, отдельные высокогорные ледники достигают значительных размеров. Длина крупнейшего ледника Федченко на Памире равна 77 км при ширине 4 км и толщине глетчерного льда до 1 км. Площадь оледенения горных систем даже в низких широтах измеряется десятками тысяч квадратных километров. На Памире и Тянь-Шане общая площадь ледников превышает 20 тыс. км2, а в Гималаях составляет почти 60 тыс. км2.

Покровные ледники обычно образуются в полярных районах и располагаются почти на уровне моря. Как правило, они занимают огромные площади и характеризуются значительной мощностью ледникового покрова. В отличие от ледников альпийского типа, покровные ледники не обладают отчетливо обособленными областями питания и стока, форма их и направление движения не зависит от рельефа ложа. Толщина льда здесь настолько велика, что под ней скрываются все неровности рельефа. Поверхность покровных ледников обычно имеет форму выпуклого щита с поднятой центральной частью. Примером ныне существующих покровных ледников могут служить ледниковые покровы Гренландии и Антарктиды.

Ледники покровного типа – крупнейшие на планете. Так, площадь крупнейшего ледника северного полушария – Гренландского – достигает почти 2 млн км2. При максимальной мощности 3,3 км общий объем льда здесь превышает 2,6 млн км3. Крупнейшим ледником планеты является Антарктический, он занимает площадь почти 14 млн км2. В нем сосредоточено примерно 24 млн км3 льда, что составляет 80 % объема всех ледников мира. В Антарктиде расположены два ледника, разделенные горами. Ложе ледника Восточной Антарктиды с максимальной мощностью льда до 3,6 км находится на высоте около 2 км (рис. 48); ледник Западной Антарктиды залегает в основном на дне океана и на отдельных островах морей Росса и Уэдделла и образует здесь так называемые шельфовые ледники.

В Антарктиде идет интенсивное накопление льда – при уровне осадков около 150 мм/год здесь ежегодно формируется слой льда в 24 мм; это накопление немного превышает потери льда, связанные в основном с отрывом от шельфовых ледников ледяных глыб – айсбергов.

К ледникам промежуточного типа относятся ледники, которые образуются на горах с плоской (столообразной) или плосковыпуклой вершиной. Такие ледники, распространены на Скандинавском полуострове, иногда их называют ледниками скандинавского типа. Промежуточными их считают потому, что они совмещают свойства ледников первых двух типов. Они, как и материковые ледники, залегают сплошной массой на плоскогорьях. Передвигаясь от центра к периферии, промежуточные ледники используют для стока долины рек, ущелья, и в этом отношении приближаются к горным. По размерам ледники промежуточного типа обычно невелики: площадь ледников Скандинавского полуострова редко превышает несколько сот квадратных километров (общая площадь ледников Скандинавского полуострова около 5000 км2).


2.3.5.2. Геологическая работа ледников


Передвигаясь, массы льда производят значительную работу. Они разрушают горные породы, обрабатывают (вспахивают и истирают) поверхность, по которой они движутся, и переносят разнообразный обломочный материал. Движению ледника способствует появление воды в его подошве, которая образуется в результате таяния льда и играет роль смазки ледяного массива.

Скорость движения ледника зависит от многих факторов, главные: масса льда и уклон поверхности, по которой он перемещается. Кроме уклона, скорость течения ледника связана с изменениями климата, условий питания, извилистости ледникового ложа. В частности, центральная часть ледника движется значительно быстрее, чем боковые участки, которые испытывают большее трение о борта долины. Неравномерное движение ледниковой массы обусловливает образование краевых или боковых трещин.

Работа ледника по разрушению и истиранию пород ложа называется ледниковой эрозией или экзарацией (выпахивание). Однако твердость льда явно недостаточна для разрушения большинства горных пород. Ледниковая эрозия в значительной степени обусловлена наличием обломков горных пород, вмерзших в лед, которые и являются главным инструментом разрушения.

При движении льда образуются глубокие борозды, исцарапанные, валуны, выровненные, выположенные формы рельефа.

Округлые асимметричные блоки со следами ледниковой эрозии называются бараньими лбами (рис. 49, А), а их скопления образуют ландшафт курчавых скал (рис. 49, Б). Долина, по которой движется ледниковый язык с вмерзшими в лед обломками пород, приобретает корытообразную форму с плоским дном и крутыми боковыми стенками. Такая сформированная языком ледника долина называется трогом (рис. 49, В). На дне такой долины может быть несколько ригелей – повышений коренных скальных пород, ограничивающих движение ледника. Обломочный материал, который переносится и откладывается ледником называется морена. Темноокрашенные обломки пород, составляющие морену, хорошо нагреваются солнцем, способствуют плавлению льда и постепенно погружаются в него. Светлоокрашенные морены, наоборот, отражают солнечный свет и образуют грибообразные, поднятые над поверхностью льда формы. В результате поверхность ледника приобретает довольно сложный рельеф, обусловленный неравномерным нагревом и таянием отдельных его участков.

По своему состоянию морены подразделяются на движущиеся и неподвижные. Первые движутся вместе со льдом, а вторые представляют собой обломочный материал, оставшийся на месте после таяния ледника. Неподвижные морены разделяются на конечные и основные. Неподвижная морена, которая образовалась у нижней границы ледникового языка, называется конечной, или фронтальной (рис. 50).

Основная морена – это отложения, которые остались после таяния ледника на всем протяжении троговой долины. В отличие от конечной, основная морена образуется при постепенном непрерывном отступании ледника, когда граница ледникового языка не фиксируется надолго в определенном положении. Характерной особенностью отложений конечной и основной морен является отсутствие сортировки обломочного материала. Среди движущихся морен различают поверхностные, внутренние и донные.

Поверхностные морены, в свою очередь, делятся на боковые и срединные. Поверхностные боковые морены обычно образованы обломками горных пород, которые обрушились на поверхность ледника со склонов троговой долины. При слиянии двух ледников из смежных долин боковые морены каждого ледника сливаются и дают начало поверхностной срединной морене.

Обломочный материал, находящийся на поверхности ледника, может проникнуть в трещины или быть перекрытым новыми порциями снега. Обломки горных пород внутри тела ледника образуют внутреннюю морену, которая также может быть срединной либо боковой. Обломки, которые вмерзли в подошву ледника, составляют донную морену. Они не только усиливают эрозионную деятельность, но и создают специфическую форму ледниковой эрозии: исштрихованные валуны и глубокие борозды в ложе ледника – ледниковые шрамы.

С деятельностью ледников связаны также флювиогляциальные отложения. Это отложения водных потоков, образующихся при таянии ледников. Такие водные потоки размывают морену и выносят за пределы тающего ледника обломочный материал. При этом вблизи границы ледника откладывается грубообломочный материал, далее более мелкий, песчаный, и затем глинистый, образуя зандровые поля. Флювиогляциальные отложения, в отличие от моренных, характеризуются незначительной отсортированностью и слоистостью. По этим свойствам они близки к речным отложениям. Однако, по сравнению с речными, в флювиогляциальных отложениях обломочный материал намного хуже окатан, так как является составной частью перемытой морены и переносится водным потоком на незначительные расстояния.


2.3.5.3. Оледенения в истории Земли


Практически все континенты нашей планеты в разное время частично или целиком покрывались мощными ледниками. Периоды оледенений в геологической истории Земли сменялись межледниковыми эпохами.

Изучение изотопного состава кислорода льда Гренландии показало, что последнее оледенение земной коры произошло 10–50 тыс. лет тому назад. На протяжении последних 400 тыс. лет установлено не менее пяти понижений температуры на 6–8°С (рис. 51, 1), которые, по-видимому, соответствуют периодам оледенения земной коры.

Существует ряд гипотез, с помощью которых ученые объясняют причины оледенений поверхности Земли. Однако однозначного ответа ни одна из них не дает, так как факторов, вызывающих периодические оледенения, много и выявлены они далеко не все. Ясно лишь, что оледенения связаны с глобальными изменениями климата. Изученные к настоящему времени факторы можно подразделить на астрономические и геологические.

Наиболее мощным фактором, вызывающим изменения климата, являются вариации удаления Земли от Солнца, сопровождающие изменение эксцентриситета земной орбиты. Периоды снижения эксцентриситета (минимальной эллиптичности) орбиты, по-видимому, соответствуют периодам «великих» оледенений. Изменение угла наклона и прецессия земной оси также могут привести к существенному изменению положения климатических зон и оледенению отдельных частей континентов, однако эти изменения, по-видимому, имеют меньший масштаб.

Еще одним вероятным фактором, способным вызвать глобальные изменения климата, некоторые ученые считают вариации излучения Солнца, связанные с периодической активизацией работы солнечного «реактора» (рис. 51, 2).

Перечисленные астрономические факторы действуют раздельно или одновременно и могут привести к значительному понижению или повышению среднегодовой температуры. Если температура вследствие указанных причин понизится, может произойти оледенение земной поверхности; при повышении среднегодовой температуры, наоборот, может наступить межледниковая эпоха.

Глобальные оледенения могут быть связаны также с изменениями в составе атмосферы и с тектоническими факторами.

В геологической истории Земли отмечена несомненная связь периодов оледенения с эпохами горообразования. Оледенение обычно наступало после эпох горообразования, сопровождающихся активной вулканической деятельностью. При этом в атмосферу Земли выбрасывалось огромное количество углекислоты, она создавала не только парниковый эффект, но и благоприятные условия для развития живых, особенно растительных организмов. Интенсивное развитие лесов, бурный рост численности морских организмов, строящих скелет из кальцита, приводили к изъятию углекислоты из атмосферы и захоронению ее в виде известняка, угля, нефти и газа. Снижение содержания СО2 в атмосфере служит одним из главных геологических факторов, обусловливающих периодические похолодания и глобальные изменения климата (рис. 52).

Ряд других геологических факторов также приводит к изменениям климата, проявляющимся, однако, в относительно меньших масштабах. При тектонических движениях возможны перемещения континентов из одних климатических зон в другие; поднятие отдельных участков земной коры сопровождается понижением среднегодовой температуры (каждые 200 м на 1°С). Изменения климата, вызванные тектоническими факторами, также могут привести к оледенениям в крупных областях и даже на целых континентах.

Поскольку все эти факторы действовали одновременно, то возникали периодические изменения температуры, и в результате чередования ледниковых и межледниковых эпох. В течение четвертичного периода в Западной Европе выделено четыре эпохи оледенения – гюнцская (N22), миндельская (QI), рисская (QII) и вюрмская (QIII). Наиболее крупным по площади было рисское оледенение.

Изучение разреза четвертичных отложений европейской части позволило выделить здесь шесть четвертичных оледенений: березинское (донское) и окское в раннем плейстоцене (Q1); днепровское и московское в среднем плейстоцене (Q2); калининское и осташковское в позднем плейстоцене (Q3). В результате изучения распространения конечных морен установлены границы каждого оледенения, самым обширным из которых было днепровское (рис. 52).

А в целом, используя геологические данные, удалось установить, что в последний ледниковый период ледниковым покровом была охвачена третья часть суши (около 45 млн км2). Это втрое больше, чем занятая ледниками в настоящее время. В этот период 60 % площади Северной Америки и 25 % площади Евразии были покрыты мощным ледниковым покровом (рис. 53).

Естественно, что периоды глобального похолодания и потепления на планете, сопровождающиеся переходом в твердое состояние огромных объемов воды, приводили к резким, получившим название эвстатических, колебаниям уровня вод Мирового океана. Так, в периоды оледенений отмечались понижения этого уровня на 50–100 м ниже современного (рис. 51, 3). В такие периоды существенно изменялась география континентов – в одних районах они покрывались мощным ледниковым покровом, а в других площадь суши увеличивалась за счет понижения уровня моря.


 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..