Ледники в горах - Леонид Серебрянный

Ледники сложены поликристаллическим льдом, структура которого унаследована от снежинок, некогда выпавших в горах. Следовательно, ледниковый лед является метаморфической породой, и в его строении четко выражена слоистость, указывающая, что исходный материал образовался при повторных снегопадах. Сезонная слоистость подчеркивается прослоями пыли, скапливающейся на поверхности ледника между снегопадами.

Если исследовать прослои пыли под микроскопом, то можно обнаружить там зерна пыльцы и споры растений, занесенные ветром на ледник. Поскольку основная масса пыльцы продуцируется весной и ранним летом, слои, обогащенные пыльцой, приобретают маркирующее значение для сезонной дифференциации снежно-фирновых толщ и позволяют подсчитать снегонакопление на горных ледниках. Такие исследования успешно проводились на ледниках Эльбруса и Полярного Урала.

Для стратификации снежно-фирновых толщ нередко применяется анализ минеральных частиц из прослоев пыли, причем наиболее эффективным оказалась фиксация содержания радиоактивных изотопов 90Sr и 137Cs. В качестве одного из примеров сошлемся на работы экспедиции Института географии АН СССР на Шпицбергене. Анализ содержания изотопов в ледяном керне, взятом на ледоразделе ледниковой системы Грёнфьорд — Фритьоф, показал, что за период 1951—1975 гг. скорость снегонакопления составляла 75 см/год.

Датируют сезонные слои снега и льда обычно вместе с их кристаллографическими исследованиями, что позволяет глубоко разобраться в процессах превращения снега в лед. Поскольку такое превращение зависит от климатических факторов, вполне естественно, что на разных высотных ступенях ледников эти процессы проявляются неодинаково. На ледниках удается выделить несколько зон льдообразования, заметно различающихся по характеру гляциологических процессов. Самая холодная из них — рекристаллизационная — занимает вершины наиболее высоких гор, где летние температуры остаются отрицательными. Это исключает возможность образования талой воды. Для превращения снега в лед в данных условиях требуется накопление больших масс твердых осадков и длительное время. Классические примеры рекристаллизационной зоны — внутренние области районов современного покровного оледенения Антарктиды и Гренландии. В общем случае к этой зоне примыкает режеляционно-рекристаллизационная, иногда именуемая зоной просачивания. Климат ее несколько мягче. Летом здесь возможно кратковременное таяние поверхностного слоя снега с образованием талой воды, при последующем ее замерзании появляются корочки режеляционного льда.

У нижней границы режеляционно-рекристаллизационной зоны в летние месяцы скапливается довольно много воды, которая замерзает, просачиваясь в холодную фирновую толщу. Здесь расположена холодная инфильтрационно-режеляционная толща с характерным слоем режеляционного фирна, начиненного прослойками инфильтрационного льда. Непосредственно к этой зоне примыкает теплая инфильтрационно-рекристаллизационная зона, в которой, так же как и в предыдущей, образование льда завершается на глубине десятков метров за счет медленной рекристаллизации. Но здесь такой воды уже значительно больше, и ее хватает на прогрев всего активного слоя до температуры 0° С.

Ниже по леднику расположена инфильтрационная зона, где повторно замерзающая вода заполняет все поры в годовом нестаивающем остатке снега. Летом эта часть ледников превращается в труднопроходимое снежное болото. И, наконец, последняя зона — ледяная — характеризуется почти полным отсутствием фирна, обилием талых вод, частично переходящих в наложенный лед, а частично стекающих вниз но ледниковому языку.

Вполне естественно, что фирновые области ледников располагающихся в разных физико-географических условиях, отличаются и специфическим соотношением вышеперечисленных зон льдообразования. Например, у альпийских ледников лучше всего выражена теплая инфильтрационно-режеляционная зона, тогда как на ледниках Тянь-Шаня, Полярного Урала и некоторых арктических островов ведущим процессом превращения снега в лед является инфильтрация.

Все процессы, ведущие к приросту массы льда, объединяются в понятие аккумуляции. Ее величина в первом приближении исчисляется количеством твердых осадков — снега, поступающего на поверхность ледника. Однако жидкие осадки, например дождевая влага, выпавшая и замерзшая на леднике, тоже, естественно, принимаются в расчет. Кроме того, в определенных условиях важной составляющей аккумуляции оказываются лавины, метелевый перенос снега с окружающих склонов, конденсация влаги из содержащегося в воздухе водяного пара, нарастающие осадки (иней, изморозь) и др. Таким образом, аккумуляция — процесс довольно многообразный.

Не менее сложно и понятие абляции, которая охватывает все процессы, ведущие к сокращению массы льда. Помимо непосредственного таяния, оно включает испарение с поверхности ледника, снос снега и льда ветром и лавинами. На большинстве современных горных ледников среди факторов абляции в количественном отношении выделяется таяние. Чтобы измерить слой стаявшего льда на поверхности ледниковых языков, в нескольких точках забуривают рейки.

Испарение и таяние происходят в теплое время года по всей длине ледника — от области питания до самого конца, но эти процессы выражены по-разному. Понятно, что наибольшие потери несут нижние части ледниковых языков, заходящие в область, где сказывается влияние более высоких температур и иногда жидких осадков, стимулирующих таяние. Резко увеличивается абляция, когда с гор на ледники вторгаются массы теплого воздуха — фёны.

Кроме того, для ледников, заканчивающихся в море, важной статьей расхода является откол ледяных глыб — айсбергов. Те участки побережий, где активно идет этот процесс, называют бухтами отела. Отел айсбергов происходит не только в море, но и в горных озерах, к берегам которых спускаются концы ледников. Мы наблюдали это явление в Центральном Тянь-Шане, на крупном озере у конца ледника Петрова.

Приведенные примеры показывают, что точное определение абляции и аккумуляции связано с учетом разнообразных процессов на поверхности ледников, а также в их толще и на контакте с ложем. В последнем случае имеется в виду донное таяние ледников, стимулируемое как гляциологическими процессами, так и подтоком тепла из недр Земли.

Приход вещества за счет аккумуляции и его расход в результате абляции, в сущности, определяют особенности функционирования ледяных тел, их режим. Соотношение между накоплением и расходом вещества в ледниках, т. е. разность между аккумуляцией и абляцией, называют балансом массы ледника. При его изучении в качестве единицы времени используется бюджетный год, за начало которого принимается время, когда абляция достигнет максимума (обычно — в конце лета). Естественно, что конкретный бюджетный год часто не соответствует календарному, но это различие стирается при осреднении за многолетние периоды. Результаты измерения аккумуляции и абляции приводятся в пересчете на водный эквивалент, выраженный в кубических сантиметрах или в литрах по всей поверхности ледника. Однако они могут быть представлены и для конкретной точки в сантиметрах водного эквивалента, что, естественно, требует измерения плотности снега или льда.

Наиболее мощные скопления льда приурочены к углублениям рельефа — ледоемам, которые служат очагами оледенения. Из них лед, словно паста из тюбика, растекается вниз по долинам до тех пор, пока количество накапливающегося вверху снега не компенсируется количеством льда, стаивающего внизу. Соответственно на ледниках выделяются две области: вверху область питания, где приход вещества превышает его расход, а внизу область абляции, где преобладает потеря массы. На каждом леднике, находящемся в равновесии с окружающими условиями, приход вещества за счет аккумуляции должен компенсироваться потерями, связанными с абляцией.

В данном случае область аккумуляции уравновешена областью абляции, а граница между ними называется границей питания, или линией равновесия. Этот уровень часто не совпадает с фирновой линией, являющейся на ледниках аналогом снеговой линии на окружающих склонах. Дело в том, что на некоторых ледниках между фирновой линией и границей питания расположена ледяная зона, где лед образуется в результате повторного замерзания талой воды. Эта переходная зона широко распространена на субполярных ледниках, отличающихся низкими температурами льда.

Аккумуляция и абляция значительно изменяются во времени и пространстве, и разница в ходе данных процессов выражает удельный баланс массы ледника в точке измерений. Для перехода к чистому удельному балансу массы эту величину выражают кумулятивно. В качестве примера сошлемся на детальные наблюдения за балансом, проведенные на леднике Марух В. М. Меншутиным (рис. 2). Анализ результатов измерений величины баланса массы позволяет судить о динамическом состоянии ледников и о гляциоклиматических условиях их существования.