Режим и движение ледников

Под режимом ледника понимается совокупность всех процессов, происходящих на поверхности и в толще ледника, включая изме­нение его массы и формы, наступание и отступание.

Если аккумуляция в леднике в целом (левая часть уравне­ния (4.4)) равна абляции (правая часть уравнения), то AU„ = 0 и лед­ник должен быть стабилен. Если аккумуляция превышает абляцию, то At/, > 0 и ледник должен нарастать и наступать. Если абляция перекрывает аккумуляцию, то AU_n<0, масса льда уменьшается, лед­ник должен деградировать и отступать.

Итак, в периоды положительного баланса льда ледники должны наступать, в период отрицательного баланса льда — отступать. Эта связанная с изменением баланса массы ледника и имеющая кли­матическую природу закономерность выполняется, однако, не все­гда строго. Наступание и отступание ледника, т. е. перемещения его конца, часто запаздывают во времени по отношению к изме­нению массы ледника. Чтобы ледник пришел в движение, иногда необходимо некоторое избыточное накопление льда. Кроме того, наступание иногда связано не только с климатическими причина­ми, но и с механическими факторами, как, например, у пульсиру­ющих ледников, о которых будет сказано ниже.

Наступание и отступание ледников в прошлом, настоящем и бу­дущем. Наступание и отступание ледников могут иметь различную продолжительность, измеряемую интервалами времени геологиче­ского, векового, многолетнего, сезонного и других масштабов. На­ступание и отступание ледников в геологическом масштабе време­ни отождествляют соответственно с эпохами и периодами оледене­ния и межледниковыми эпохами и периодами. Менее продолжи­тельные наступания и отступания ледников исчисляются периодами в десятки и сотни лет. Колебания ледников, т. е. режим их наступа­ния и отступания, связаны прежде всего с изменением условий питания и абляции ледников. Наступание ледников обычно наблю­дается в холодные и влажные периоды, отступание — в теплые и сухие. Колебания ледников отмечаются и в современную геоло­гическую эпоху.

Значительные изменения претерпел, например, ледяной покров Гренландии. По данным О. П. Чижова (1997), за последние 10 тыс. лет край ледяного покрова Гренландии отступил приблизительно на 175 км на западе и севере острова и на 130 км на востоке. Последнее наступание выводных ледников Гренландии в историческое вре­мя отмечалось в XVII—XIX вв., когда эти ледники погребли остатки поселений норманнов, живших на юге западной части Гренландии в X—XV вв. Последний этап отступания ледников зафик­сирован на западном побережье с начала, а на северном — с 20-х го­дов XX в.

Значительное наступание горных ледников, по-видимому, выз­ванное сильным похолоданием и увеличением увлажненности, от­мечалось в горах Европы в IX—VIII вв. до н. э. Наступание лед­ников наблюдалось в Альпах также с 100 по 750 гг. н. э. В IX— XII вв. потепление климата привело в Европе к почти полной деградации ледников. В конце XII — начале XIII столетия ледники снова начали наступать на Кавказе и в Альпах. Новое значительное наступание ледников наблюдалось в XVI—XVIII вв.

Причиной наступания ледников в XVI—XIX вв. было общее похолодание климата, которое даже называют «малым ледниковым периодом». Затем (после 1850 г.) ледники Европы начали почти повсеместно отступать, что ряд исследователей объясняли потепле­нием климата.

По данным В. М. Котлякова (2002), пик отступания горных ледников пришелся на 1930—40-е годы. В последующие десятиле­тия отступание ледников сменилось их стабилизацией и даже не­которым наступанием. В Австрийских Альпах, например, с 1965 по 1975 гг. доля наступающих ледников возросла с 30 до 58 % (в 1920 г. эта доля составляла 30 %, а к 1952 г. приблизилась к 100%). Однако, по некоторым данным, в последние десятилетия XX в. и в настоящее время в связи с общим потеплением климата отмечается тенденция к повсеместному отступанию ледников, осо­бенно в полярных районах (см. также разд. 3.1).

Состояние ледников на планете в будущем будет зависеть от крупномасштабных изменений климата. В. М. Котляков и А. Н. Крен- ке (1997), прогнозируя изменение ледников, рассматривают два основных сценария. Если климатические процессы пойдут по «теп­лому» сценарию (к 2020 г. температура воздуха повысится на 2 °С, а к концу XXI в.— на 4 °С), то произойдут следующие значитель­ные изменения в ледяном покрове Земли. Сильно сократятся пло­щади покровных ледников в Арктике. На арктических островах ледяной покров может исчезнуть за несколько десятилетий. Толщи­на льда в Гренландии будет уменьшаться на 0,5—0,7 м в год. В Ан­тарктиде сильно уменьшатся площади шельфовых ледников. Если же осуществится «холодный» климатический сценарий, то ледники будут постепенно наступать, особенно в приполярных районах. Как указывалось в гл. 3, более вероятен «теплый» сценарий.

Движение ледников. От наступания и отступания ледников, свя­занных в основном с изменением условий их питания и таяния, следует отличать движение ледников, проявляющееся в перемеще­нии (всегда в одном направлении) самих масс льда. Благодаря пластичности лед оказывается текучим и под действием силы тя­жести и давления медленно перемещается.

Движению масс льда способствуют большая мощность ледника, значительные уклоны его поверхности и ложа, относительно повы­шенная температура воздуха (и льда), так называемая «водяная смазка» у ложа. Мощные ледники двигаются быстрее маломощных (считается, что заметное движение ледника начинается при его толщине, превышающей 15—30 м); крутопадающие ледники двига­ются быстрее пологопадающих; днем, летом и в фазу наступания ледник движется быстрее, чем ночью, зимой и в фазу отступания. Движение масс льда в леднике благодаря деформациям сжатия и растяжения (приводящим часто к разрывам сплошности льда) существенно отличается от движения воды в водотоках и водоемах. Движение масс льда в леднике может быть так называемым глы­бовым со скольжением вдоль ложа и вязкопластичным. В послед­нем случае движение льда в леднике должно подчиняться закону ламинарного движения (2.31): скорость движения льда (у_л) пропор­циональна квадрату толщины ледника (Н_л) и первой степени уклона его поверхности /_л:

v_n = khll_n, (4.5)

где А: —размерный эмпирический коэффициент.

Формула (4.5), видимо, удовлетворительно отражает реальные условия многих ледников, причем для ледника в целом она дает лучшие результаты, чем для его отдельных частей. Эта формула подтверждена, например, исследованиями М. Лагалли, проведен­ными на ледниках Эльбруса. В данном случае при суточной ско­рости движения льда у_л, м/сут, величина коэффициента к оказалась равной 0,014.

В толще ледника максимальные скорости движения отмечаются на поверхности в центральной части ледника. С приближением к ложу ледника скорости движения льда обычно быстро уменьша­ются (см. кривую 2 на рис 2.2).

Обычно скорости движения ледников незначительны и измеря­ются сантиметрами в сутки или метрами в год. Наибольшая ско­рость движения свойственна краевым частям мощных покровных ледников Антарктиды и Гренландии (выводным ледникам) и круп­ным горным ледникам. Временное ускорение движения ледника (как горного, так и покровного) называют подвижкой ледника (или сёрджем).

Движущиеся (даже медленно) ледники производят огромную эрозионную, транспортирующую и рельефоформирующую работу. Движущийся лед «полирует» скалы, переносит большие массы об­ломочного материала, включая огромные валуны, «выпахивает» троговые долины.

По скорости движения ледники можно подразделить на три основные группы. Ледники первой группы имеют небольшую (обыч­но не более 100—200 м/год), мало изменяющуюся в течение года скорость движения. Это большинство горных ледников, леднико­вые щиты. Ледники второй группы имеют практически постоянно весьма большую скорость движения (1—2 км/год и более, иногда до 5—7 км/год). Это некоторые выводные ледники Антарктиды и Гренландии. Ряд крупных горных ледников движется со скоро­стью до 1 км/год. Наконец, ледники третьей группы (так называ­емые пульсирующие ледники) в обычное время имеют незначитель­ные скорости движения, но в отдельные непродолжительные пери­оды резко ускоряют свое движение (до 300 м/сут).

Представляющие наибольший интерес пульсирующие ледники характеризуются резко выраженным неустойчивым динамическим режимом: длительная стадия накопления льда в леднике сменяется резкой его подвижкой. Во время подвижки происходит разрядка накопившихся напряжений, сплошность ледника нарушается и дви­жение льда по плоскостям разрыва и скола резко ускоряется. Для начала подвижки, по-видимому, важное значение должно иметь превышение продольных напряжений над силами трения вдоль ложа ледника. Существенное значение в уменьшении трения может иметь скопление у ложа воды (так называемая «водяная смазка»). Лед во время подвижки перемещается из области питания в область абля­ции без существенного изменения его общей массы в леднике. Такие катастрофические подвижки периодически повторяются. Периоды пульсаций могут составлять от нескольких лет до столетий.

Пульсирующих ледников много во многих ледниковых систе­мах — на Аляске, Шпицбергене, в Исландии, Альпах, в горах Цен­тральной Азии.

Хорошо изучен (Л. Д. Долгушин, Г. Б. Осипова, 1982) пульси­рующий ледник Медвежий на Памире длиной 15,8 км и площадью 25,3 км². Его подвижки происходили через каждые 10—14 лет: в 1916, 1937, 1951, 1963, 1973, 1989 гг. Например, в 1973 г. площадь лед­ника резко увеличилась на 1,4 км², его язык в течение нескольких месяцев продвинулся на 2 км. Резкое выдвижение языка ледника Медвежьего обычно перекрывает боковую долину р. Абдукагор, где быстро наполняется водой подпруженное ледником озеро с объемом до 20 млн м³. Прорыв ледяной плотины обычно приводит к обра­зованию разрушительного селя в нижележащей долине р. Ванч.

Весьма необычны подвижки небольшого ледника Колка в вер­ховьях р. Геналдон на северном склоне Казбекско-Джимарайского горного массива (Северный Кавказ), изучавшегося и описанного ранее отечественными гляциологами К. П. Рототаевым, В. Г. Хо- даковым, А. Н. Кренке и др. В прошлом было зафиксировано несколько крупных подвижек ледника Колка в 1835, 1902 и 1969— 1970 гг., т. е. через каждые 65—70 лет. Первые две из этих трех

подвижек имели катастрофический характер, В 1902 г. вал высотой до 100 м из воды, льда и камней с большой скоростью пронесся вниз по долине на 11 км. Было вынесено 70—75 млн м³ льда и камней. Этот лед таял потом в течение 12 лет. В результате этой подвижки погибло несколько десятков человек и много скота. С 28 сентября 1969 г. по 10 января 1970 г. язык ледника, имевшего до этого длину около 3 км, выдвинулся на 4,6 км и опустился по высоте на 785 м. Скорость продвижения льда достигала 300 м в сутки, а толщина наступающего языка — 130 м. Объем вынесен­ного льда составил 80 млн м³; этот лед таял потом в течение 25 лет.

Последняя самая катастрофическая подвижка ледника Колка произошла совсем недавно и всего через 32 года после преды­дущей⁸. Вечером 20 сентября 2002 г. в результате внезапной под­вижки ледник Колка полностью вышел из своего прежнего ложа. Образовался гигантский вал из льда, камней, грязи и воды; он устремился вниз по долине и остановился в 15 км ниже бывшего языка ледника Колка, с большой силой ударившись о Скалистый хребет в районе Кармадонских ворот. Высота вала в некоторых местах достигала 150 м. Ниже по течению от Кармадонских ворот на расстоянии 17 км прошел разрушительный грязекаменный сель, объем отложений которого составил около 5 млн м³. Размеры «ле­дяного тела», заполнившего Кармадонскую котловину, оказались огромными: площадь 2,1 км⁹, длина 3,6 км, объем 115 млн м³, максимальная и средняя толщина 140 и 60 м соответственно. В ря­де мест в долине возникли небольшие подпруженные озера. Их общая площадь в начале октября 2002 г. составляла более 0,4 км². В результате этой катастрофы был погребен пос. Нижний Карма- дон, погибло не менее 100 человек.

В настоящее время отечественные гляциологи (Института гео­графии РАН, географического факультета МГУ и других организа­ций) изучают причины и особенности Кармадонской катастрофы. Обсуждается также вопрос о том, являются ли эти события необыч­ной подвижкой льда, ледо-каменным селем или ледовым обвалом. Многие гляциологи считают, что к потере устойчивости ледника Колка привели, во-первых, накопление в нем избыточной массы снега, льда и камней в предшествующие годы, в том числе в ре­зультате обвалов окружающих Колку висячих ледников, и, во-вто­рых, скопление у ложа ледника воды («водной смазки») в резуль­тате таяния льда и дождей летом 2002 г. Непосредственным же толчком к катастрофе, по-видимому, явился обвал небольшого висячего ледника на поверхность ледника Колка.