Геологическая деятельность ледников

Сначала предполагали, что похолодание климата на Земле связано с уменьшением прозрачности атмосферы при попадании в неё вулканического пепла. Известные из истории сильные вулканические извержения на короткое время вызывали похолодание во всём мире, что было обусловлено рассеиванием тонкого вулканического пепла в верхних слоях атмосферы. Частицы пепла поглощают солнечное излучение и отражают его назад во внеземное пространство, уменьшая количество солнечной энергии, достигающее Земли. Вообще-то эксплозивные извержения вулканов, происходящие в течении длительного времени на обширных площадях, могут вызывать такое похолодание климата на всей планете, что начнётся оледенение. Однако большинство геологов, по-видимому, не считают, что вулканическая активность могла быть столь сильной; вместе с тем все соглашаются, что вулканизм может действовать как спусковой механизм, вызывающий начало оледенения, но главные причины наступания ледников нужно искать не здесь.

Уменьшение количества тепла, удерживаемого Землёй, связано так же с изменением содержания в атмосфере углекислого газа. Углекислый газ пропускает в атмосферу солнечное излучение с меньшей длиной волны, но замедляет потерю тепла, благодаря углекислому газу климат на Земле становится теплее, и уменьшение его количества в атмосфере должно вызывать  похолодание. Однако, не доказано, что этих изменений было бы достаточно для того, чтобы вызвать ледниковую эпоху.

Изменения в распределении тепла на поверхности Земли связаны, прежде всего, с переменой направления океанских и воздушных течений. Эти течения переносят тепло от экватора к полюсам, и изменение схемы их распределения могло бы вызвать похолодание климата в приполярных районах и как следствие этого наступание ледников. Хотя данные об изменении течений в ледниковые периоды и имеются, создаётся впечатление, что эти изменения были скорее следствием, чем причиной оледенения. Кроме того, существующие данные скорее указывают на общее понижение температуры на Земле, а не просто на перераспределении тепла.

Сегодня большинство учёных обращаются к внезапным причинам оледенений. Последние связывают с вариациями солнечной активности или с известными изменениями положениями Земли относительно Солнца. Хотя обе эти гипотезы не новы, последние астрономические и океанографические наблюдения, кажется, свидетельствуют в пользу обеих гипотез.

Раньше Солнце считали очень стабильной звездой. Его стабильность подтверждается геологическими данными о непрерывности геологической и биологической эволюции. Тем не менее, известно, что на сравнительно коротких отрезках времени Солнце изменчиво. В течение одиннадцатилетнего цикла солнечной активности, когда на Солнце меняется число пятен, колебания солнечного излучения достигают 4%. За последние три столетия астрономы отмечали и более длительные спокойные периоды, когда на Солнце не было видно никаких пятен. Ещё более длиннопериодные флуктуации солнечной активности устанавливаются по изменению количества изотопа углерода, образующегося в верхней части атмосферы под действием солнечных частиц. Измеренные вариации солнечной активности не сильно отличаются от тех, которые, согласно оценкам, необходимы для начала оледенений. К сожалению, данных об этих длиннопериодных флуктуациях всё ещё недостаточно, чтобы доказать возможную связь с материковым оледенением, но исследования в этой области продолжаются.

Вторая гипотеза о внеземных причинах оледенения опирается на изменение положения Земли относительно Солнца по трём разным параметрам. Это:

  -  изменение эксцентриситета земной орбиты (с периодом 90000лет);

  -   изменение угла между экватором и плоскостью вращения Земли вокруг Солнца (меняется от 21,5˚ до 24,5˚ за период около 40000 лет);

  -      изменение ориентировки земной оси в пространстве (которое называется прецессией, или предварением равноденствий, с периодом 21000 лет). Каждый из этих параметров имеет тенденцию изменять распределение солнечной энергии на поверхности Земли, и, действуя всегда совместно, они то усиливают, то гасят влияние друг друга. Время от времени зимы могут быть холодными, а летние периоды между ними - жаркими, или зимы - мягкими, а летние периоды - холодными. Хотя среднегодовые температуры остаются теми же самыми, считается, что холодное лето является критическим и позволяет снегу не растаять и просуществовать в течение всего года. Если снег накапливается, это приводит к формированию ледников, которые продвигаются вперёд и вследствие того, что снег отражает солнечное тепло, ещё больше охлаждают поверхность Земли. Согласно этой модели, эпохи оледенения заканчиваются, когда снова наступают холодные зимние и жаркие летние месяцы, что позволяет снегу растаять за лето. Жаркое лето заставляет ледяной покров быстро сокращаться.

С тех самых пор, как были высказаны предположения об астрономической природе причин оледенения, они подвергались широкой критике, но данные, полученные в последнее время с помощью глубоководного бурения, указывают на хорошее соответствие между астрономическими циклами и периодами продвижения и отступания ледников.

Причины оледенения всё ещё до конца не выяснены, но они вызывают большой интерес, поскольку судьба значительной части населения Земли зависит от климата. Мы живём в относительно благоприятный период развития нашей планеты. Но перспективу наступания ледников, которые покрыли бы большую часть плодородных обрабатываемых земель, нельзя назвать приятной. С другой стороны, если бы растаяли гигантские ледниковые покровы Гренландии и Антарктиды, в океаны поступило бы так много воды, что многие из густонаселённых районов Земли оказались бы затопленными.

В обоих случаях великие ледниковые эпохи напоминают нам, насколько хрупок и преходящ наш мир. 

 

5. Ледниковая денудация и аккумуляция

 

Движение сопровождается рядом геологических процессов: происходит разрушение или денатурация коренных горных пород подлёдного ложа и боковых частей долины ледника с образованием различных по форме, размерам и составу обломочного материала; перенос обломков породы на поверхности и внутри ледников, а так же вмёрзших в придонные части ледника или перемещаемых волочением крупных и мелких обломков. Ледник производит аккумуляцию обломочного материала, которая осуществляется как во время движения ледника, так и в результате его таяния (дегляциации). Современные ледниковые геологические процессы хорошо изучены и наблюдаются в горных ледниках. В современных покровных ледниках в Гренландии и Антарктиде такие исследования касаются исключительно краевых частей, так как только в редких случаях из-за большой толщины льда до подлёдного ложа пробурены единичные скважины. Однако о масштабной геологической деятельности покровных ледников можно судить по грандиозным четвертичным оледенениям, следы которых хорошо сохранились в Западной и Восточной Европе и в Северной Америке.

 

5.1 Разрушительная деятельность ледников

 

Разрушительное воздействие ледников на породы подлёдного ложа называется экзарацией (от латинского «экзарацио» - выпахивание). В процессе движения происходит выламывание различных блоков и кусков горных пород, их дробление, стачивание. В нижнюю поверхность, в придонную часть ледника, вмерзают обломки, которые своими острыми краями при движении по скальным породам оставляют на их поверхности различные штрихи, царапины или борозды. Выступы твёрдых скальных горных пород на дне ледникового ложа сглаживаются движущимся ледником, при этом возникают своеобразные удлинённые и овальные формы - бараньи лбы. Движущийся ледник создаёт сглаженные ассиметричные выступы и углубления, которые называются курчавыми скалами.

При движении ледники срывают крупные выступы или глыбы горных скальных пород и переносят их на большие расстояния. На пути своего движения обломки и глыбы истираются, сглаживаются и покрываются трещинами и царапинами. Такие покрытые штриховкой и сглаженные обломки горных пород называют ледниковыми валунами, или эрратическими валунами.

При своём движении ледники не только отрывают и перемещают глыбы скальных пород, но и выпахивают себе ложе. Это или ванны выпахивания, или глубокие линейные ложбины. Их называют ложбинами ледникового выпахивания.              

В процессе перемещения и экзарации ледники оказывают воздействие на коренные породы подлёдного ложа и при этом возникают определённые деформации, которые выражены в виде разрывов, отрывов отдельных глыб, изгибов и смятия слоёв в складки. Такие деформации, связанные с деятельностью ледников, называют гляциодислокациями (от латинского «гляциес» - лёд, французского «дислокасион» - перемещение).

 

5.2 Транспортирующая и аккумулятивная работа ледников

 

Во время своего движения ледники переносят разнообразный обломочный материал от самых тонких глинистых частиц до крупных глыб. Весь разнородный и разнообразный материал, как переносимый ледниками, так и отложенный ими, называют мореной. Различают два типа морен: движущиеся и отложённые. В горных ледниках выделяют поверхностные морены, которые находятся на поверхности движущегося ледника. Среди них различают боковые и срединные морены. Боковые морены возникают по краям движущегося ледника и состоят из обломочных слабовыветрелых продуктов горных пород, слагающих надледниковые части высоких горных склонов долины, по которой перемещается ледник. Срединная морена располагается в средней части ледникового языка и также представлена обломочным, сгруженным в виде вытянутого вала. Срединная морена образуется во время слияния двух соседних ледников в результате соединения боковых морен.

Внутренние морены образуются как в пределах фирнового поля, так и в области стока.

Донные морены - это обломочный материал, вмёрзший в придонную часть ледника, образующийся за счёт ледниковой экзарации и захвата продуктов выветривания.

Среди ледниковых выделяются три типа морен: основная (донная); абляционная; конечная (краевая).

Основные морены - формируются как горными, так и покровными ледниками. Основная морена, формирующаяся под толщей движущегося ледника, характеризуется монолитностью и плотностью материала. Она слагается не слоистыми валунными глинами и суглинками, иногда супесями с погружёнными в них валунами, которые располагаются своей удлинённой частью параллельно направлению движения ледника.

С основными моренами четвертичных оледенений связаны различные формы рельефа. Широко развит холмисто-западинный и холмисто-увалистый моренный рельеф, где холмы различных очертаний и размеров разделяются западинами, которые заболочены или заняты озёрами. Особый тип моренного рельефа представляют друмлины (от ирландского «друмлин» - холм). Они известны  в Ленинградской области и в Прибалтике и представляют собой продолговатые овальные холмы, длинная ось которых совпадает с направлением движения ледника.

Абляционная морена возникает в стадию деградации ледника ближе к периферической части ледника. Во время таяния ледника имеющийся внутри него и находящийся на поверхности обломочный материал оседает, откладываясь на основную морену. Абляционная морена состоит из рыхлых осадков, в которых преобладает песчаный и глубообломочный материал.

Конечные (краевые) морены в рельефе представляют собой изогнутые валообразные или грядообразные возвышенности, которые в плане повторяют очертания края ледникового потока. В Восточной Европе валообразные гряды конечных морен имеют значительную протяжённость. Они достигают в длину десятки, а местами и сотни километров. Таковыми, в частности, являются Клинско-Дмитровская, Рижская и другие гряды в северной половине Восточно-Европейской равнины.

В горных ледниках конечные морены формируются поперёк троговой долины и образуют валообразные перемычки, отражающие очертания конца ледникового языка. Иногда они имеют форму серповидных гряд, вогнутая сторона которых обращена вверх по долине. Местами конечные морены подпруживают сток реки и образуют озёра.

 

6. Характерные особенности ледниковых отложений

 

В результате аккумулятивной деятельности образуются своеобразные водно-ледниковые, или флювиогляциальные (от латинского «флювиос» - река), отложения.

Выделяют два типа флювиогляциальных отложений: интрагляциальный (внутриледниковый) и перигляциальный (приледниковый). Внутриледниковые отложения после таяния ледника образуют на его поверхности специфические формы рельефа - озы, Камы и камовые террасы.

Озы - это крутосклонные валообразные гряды, вытянутые по направлению движения ледника и сложенные хорошо промытыми слоистыми песчано-гравийно-галечными отложениями. Высота таких гряд составляет от 10 до 30 м, в редких случаях они достигают 50 м.

Камы и камовые аккумулятивные террасы (от немецкого «камм» - гребень). Камы представляют собой крутосклонные холмы с выположенными вершинами. Высота их достигает 20 м. Камовые холмы, имеющие различные очертания, разделены понижениями иногда в виде замкнутых котловин, которые обычно заболочены или заняты озёрами. Камы слагаются отсортированными отложениями - гравием, песками и супесями с горизонтальной и диагональной слоистостью озёрного типа, в которые погружены валуны и отдельные глыбы моренного материала. Местами в камах имеются так называемые ленточные глины (ритмичное чередование тонких светлых и тёмных слоёв глины и суглинка). Считается, что камы были образованы в условиях неподвижного льда, оторванного от области питания. Наличие в камах слоёв с ленточной ритмичностью свидетельствует о том, что камы образовались в застойных зонах над - и приледниковых озёр, заполняющих котловины и ложбины между неподвижными глыбами льда.

 

 

7. Экологическая роль гляциальной среды

 

Сезонные снежные и ледяные покровы постоянно покрывают до 50% всей суши Земли. Распределение огромного запаса воды в виде  твёрдых осадков в области обитания человека является одним из главных источников его существования. Снег и лёд используются для нужд сельского хозяйства и их необходимо охранять от разрушительных природных  и техногенных факторов. Надо знать, что снег и лёд предохраняют почвы и водоёмы от промерзания и препятствуют обезвоживанию почвы.

Происходящее потопление сильно отразилось на мощности ледников и в первую очередь на ледниках аридной зоны Земли. В античное время среднеазиазиатские ледники были втрое мощнее современных.

Ледники являются резервуаром, в которых на долгие столетия сохраняется вода, и поэтому любое нарушение в функционировании гляциальной среды напрямую отражается на человеческой цивилизации.

Проблема гляциологического кризиса обусловлена нарушением ледникового и снегового стока, который определяется разной подвижностью ледниковых масс, чрезмерным уменьшением или увеличением снежных осадков и глобальными фазовыми преобразованиями.