Экомониторинг, Уралгидроэкспедиция, Уралнедра

 

ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

"ЭКОМОНИТОРИНГ"

 

620014 г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513

тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06

 

 

 

Главная страница

Наши заказчики

Вопрос / Ответ

Справочник

Полезные ссылки

 

Начало

 

7. Геологическая деятельность ледников

 

Ледники - это естественные массы кристаллического льда (вверху - фирна), находящиеся на поверхности Земли в результате накопления и последующего преобразования твердых атмосферных осадков (снега). Представляют один из важнейших факторов развития Земли и биосферы.

Необходимым условием образования ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством твердых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. В преобразовании снега в фирн, а затем в лед большое значение имеют давление и сублимация, под которой понимается испарение льда и новая кристаллизация водяного пара. При сублимации высвобождается тепло, способствующее сплавлению отдельных кристаллов. С течением времени фирн постепенно превращается в глетчерный лед. Зарождаются ледники выше снеговой границы, где располагаются их области питания (аккумуляции). Но при движении ледники выходят ниже снеговой границы в область абляции (лат. «абляцио» - отнятие, снос), где происходит постепенное уменьшение массы ледника путем таяния, испарения и механического разрушения. Эту зону иногда называют областью стока или областью разгрузки. В зависимости от изменяющихся во времени соотношений аккумуляции и абляции происходит осцилляция (лат. «осцилляцио» - колебание) края ледника. В случае существенного усиления питания и превышения его над таянием, край ледника продвигается вперед - ледник наступает, при обратном соотношении ледник отступает. При длительно сохраняющемся соотношении питания и абляции край ледника занимает стационарное положение. Современные ледники покрывают площадь свыше 16 млн. км2, или около 11% суши.

 

7.1 Типы ледников

 

Выделяются три основных типа ледников: 1) материковые, или покровные; 2) горные; 3) промежуточные, или смешанные. Классическими примерами ныне существующих материковых ледников служат покровы Антарктиды и Гренландии.

 

Материковый ледяной щит Гренландии

Рис. 7.1  Материковый ледяной щит Гренландии и изогипсы поверхности

 

Антарктический ледник. Антарктида занимает площадь около 15 млн. км2, из них около 13,2 млн. км2 покрыто льдом. Ледяной покров образует огромное плато высотой до 4000 м. По данным сейсмических исследований, подледный рельеф отличается большой сложностью, наличием хребтов и обширных низменностей, опущенных на десятки и сотни метров ниже уровня Мирового океана. Мощность Антарктического ледяного покрова изменяется от нескольких сотен метров около гор или у края материка до 4000 м и более в центральных частях и особенно в пределах низменных равнин (Берда, Шмидта и др.). За исключением немногих окаймляющих гористых местностей, ледник покрывает весь материк, заполняет берег и распространяется в моря, образуя огромные массы так называемого шельфового льда, частично лежащего на шельфе, частично находящегося на плаву.

Хорошо известный шельфовый ледник Росса занимает половину моря Росса и обрывается уступом, высота которого над морем около 60 м, местами больше. Его ширина с севера на юг около 800 км. В отдельных местах окраинных зон Антарктиды, там, где рельеф расчленен, ледниковый покров распадается на отдельные выводные потоки, движущиеся или в скалистых, или в ледяных склонах. От краев выводных и шельфовых ледников откалываются огромные ледяные глыбы - айсберги, некоторые из них достигают 50-100 км2. Учитывая, что надводная часть айсберга составляет 1/7-1/10 часть его высоты, можно представить себе грандиозность и опасность для пароходства этих оторвавшихся глыб, выносимых ветрами и морскими течениями в просторы океана, далеко за пределы полярных морей.

Гренландский ледник занимает немногим более 2 млн. км2, из которых около 80% покрыты материковым ледником (рис. 7.1).

Центральная часть ледникового плато (области питания) характеризуется абсолютными высотами около 3000 м, к краевым частям высота снижается до тысячи и нескольких сотен метров. Максимальная мощность ледникового покрова Гренландии по сейсмическим данным около 3400 м, средняя - около 1500 м. В гористых окраинах Гренландии наблюдаются долинные выводные ледники, некоторые из них, наиболее мощные, выходят в море на различные расстояния, находясь на плаву.

 Покровные оледенения в прошлом были широко развиты в Европе и Северной Америке. Выделяют 4 ледниковых периода: Гюнц, Мендель, Рисс, Вюрм. В России принята более дробная схема оледенений Европейской территории (табл. 7.1).

Причины столь глобальных явлений, происходящих в Северном полушарии, до сих пор не ясны. Наиболее детально разработана Меланковичем астрономическая теория. Она опирается на орбитальную прецессию и колебание оси вращения Земли. Отклонение оси вращения от вертикали к её орбите сейчас составляет 23,, однако в прошлом существенно изменялось из-за гравитационных сил, действующих в солнечной системе. Исходя из его расчетов, минимумы летней инсоляции совпадали с началом ледниковых катаклизмов.

 

Таблица 7.1

Периодизация оледенений, принятая в России для Европейской части

 

Начало

Конец

Длительность

Перерыв

Название оледенения

тыс.лет

тыс.лет

тыс.лет

тыс.лет

5700

4100

1600

-

Древнее плиоценовое (Гюнц)

2500

2000

500

3200

Окское

1500

1000

500

1000

Нижнеберезниковское

800

600

200

700

Верхнеберезниковское (Мендель)

500

400

100

300

Днепровское (Рисс)

300

200

100

200

Московское

130

75

55

170

Калиниское

33

18

15

97

Осташевское (Вюрм)

 

Из таблицы видно, что длительность и перерыв оледенений сокращаются, кроме того снижается их интенсивность.

Горные ледники различны по условиям питания и стока. Большое распространение имеют горные ледники альпийского типа. Общий характер и динамика такого ледника представляются в следующем виде (рис. 7.2). В верхней склоновой части гор выше снеговой границы располагаются области питания (фирновые бассейны). Они представлены циркообразными котловинами, часто это расширенные водосборные бассейны, ранее выработанные водными потоками. Областями их стока или разгрузки являются горные долины. Горные долинные ледники бывают простыми, обособленными друг от друга, каждый с четко выраженной областью питания и собственной областью стока.

Но в ряде случаев наблюдаются сложные ледники, выходящие из различных областей питания, сливающиеся друг с другом в области стока, образуя единый поток, представляющий настоящую реку льда с притоками, заполняющую на многие километры горную долину. Примером такого сложного ледяного потока является ледник Федченко на Памире протяженностью около 75 км и с большой мощностью льда. Из-за многочисленных притоков такие ледники в плане напоминают ветвистое дерево.

К промежуточному типу относятся так называемые предгорные и плоскогорные ледники. Предгорные ледники получили название по расположению у подножья гор. Они образуются в результате слияния многочисленных горных ледников, выходящих на предгорную равнину, растекающихся в стороны и вперед и образующих крупный ледниковый шлейф, покрывающий большие пространства.

 

7.2 Движение ледников

 

Важное значение имеет пластическое или вязкопластическое течение льда, которое обычно наблюдается в нижней части ледника. Такое движение возможно при значительной мощности льда, создающей нагрузку на его нижние слои, и достаточной его чистоте. При пластическом течении периодически накапливаются горизонтальные напряжения, превышающие упругость льда, в результате возникают горизонтальные срывы, вдоль которых вышележащие слойки льда проскальзывают по нижележащим. Такие послойно-дифференцированные пластические течения местами сопровождаются скачкообразным изменением скорости движения. На контакте ледника с ложем (неоднородным по рельефу и составу горных пород) возникают глыбовые скольжения. Этому способствует наличие обломочного материала в нижней части движущегося ледника, что увеличивает внутреннее трение льда и приводит к понижению его пластичности. Верхняя хрупкая часть ледника разбита многочисленными трещинами (уходящими иногда на значительную глубину) на глыбы различного размера и пассивно перемещается вместе с подстилающей частью льда.

В краевых частях ледников, где мощность льда и пластичность его уменьшаются, возникают наклонные поверхности сколов, по которым происходит смещение блоков и пластин льда, образующих систему чешуйчатых надвигов.

 

Горный долинный ледник

Рис. 7.2  Горный долинный ледник: а - область питания; б - область стока с боковыми моренами на поверхности льда

 

Скорость движения ледников различна и зависит от времени года и от того, в каком районе находится ледник. Например, горные ледники перемещаются со скоростью от 0,1-0,4 до 1,0 м/сут.

Вместе с тем некоторые из них временами увеличивают скорость до 10 м/сут. Скорость выводных ледников Гренландии, спускающихся в фиорды, может достигать 25-30 м/сут., тогда как во внутренних районах, вдали от фиордов, она составляет несколько миллиметров в сутки. На фоне средних значений иногда возникает быстрое увеличение скорости движения ледников. Примером тому является ледник Медвежий на Западном Памире, который в 1963 г. стал двигаться со скоростью до 50 м/сут., блокировал течение р. Абдукагора, в результате образовалось подпрудное озеро. В последующем вода прорвала ледяную плотину и, двигаясь с огромной скоростью, уничтожала все на своем пути. Активизация ледника отмечалась и в 1988-1989 г.г.

 

8.3 Ледниковое разрушение и осадкообразование

 

При движении ледников осуществляется ряд взаимосвязанных геологических процессов: 1) разрушение горных пород подледного ложа с образованием различного по форме и размеру обломочного материала (от тонких песчаных частиц до крупных валунов); 2) перенос обломков пород на поверхности и внутри ледников, а также вмерзших в придонные части льда или перемещаемых волочением по дну; 3) аккумуляция обломочного материала, имеющая место как в процессе движения ледника, так и при дегляциации. Весь комплекс указанных процессов и их результаты можно наблюдать в горных ледниках, особенно там, где ледники ранее протягивались на многие километры далее современных границ. В современных покровных ледниках исследования процессов касаются в большинстве случаев только их краевых частей. Однако о геологической деятельности покровных ледников можно судить по четвертичным (антропогеновым) оледенениям, неоднократно покрывавшим обширные пространства Европы и Северной Америки за последние 800 тыс. лет.

Разрушительная работа ледников называется экзарацией (от лат. «экзарацио» - выпахивание). Особенно интенсивно она проявляется при больших мощностях льда, создающих огромное давление на подледное ложе. Происходит захват и выламывание различных блоков горных пород, их дробление, истачивание.

Ледники, насыщенные обломочным материалом, вмерзшим в придонные части льда, при движении по скальным породам оставляют на их поверхности различные штрихи, царапины, борозды - ледниковые шрамы, которые ориентированы по направлению движения ледника. На дне ледниковых долин, но особенно в пределах прежних четвертичных центров покровных оледенений (скандинавском и др.), встречаются скальные асимметричные выступы, пологий и оглаженный, исштрихованный склон которых расположен с той стороны, откуда двигался ледник, а крутой шероховатый и зазубренный - с противоположной стороны. Такие формы называют «бараньи лбы», а сочетание нескольких выступов - «курчавые скалы». Их формирование связано с выпахивающей деятельностью ледника при неоднородности состава и физико-механических свойств пород. В Скандинавии и прилежащих районах европейской части развиты крупные пологосклонные понижения, образованные ледниковым выпахиванием, многие из которых заняты озерами.

С деятельностью ледников связано образование цирков в вершинной части гор и специфических форм ледниковых долин - трогов (нем. «трог» - корыто), развивающихся в большинстве случаев по эрозионным горным долинам. Ледники, двигаясь по этим долинам, производят интенсивную экзарацию их бортовых частей и ложа. В результате долина расширяется, углубляется и принимает U - образную форму с плоским дном (рис. 7.3).

 

Схема троговой долины

Рис. 7.3  Схема троговой долины: А - поперечный профиль, пунктиром обозначена поверхность исчезнувшего льда; Б - продольный профиль части ледниковой долины; В - котловины ледникового выпахивания; R - ригели

 

7.4 Переносная и аккумулятивная деятельность ледников

 

Весь разнородный обломочный материал - от тонких глинистых частиц до крупных валунов и глыб, как переносимый ледниками в своем движении, так и отложенный, - называют мореной (гляциальными отложениями). Следовательно, существует два типа морен - движущиеся и отложенные.

Движущиеся морены имеют различное расположение. В горных ледниках выделяются: 1) поверхностные морены - боковые по краям долинного ледника, образующиеся за счет выветривания и гравитационных процессов со склонов гор (осыпей, оползней, обвалов), и срединные, возникающие в результате объединения боковых морен при слиянии ледников; 2) внутренние морены могут образовываться как в областях питания, так и в результате проникновения обломочного материала по трещинам; 3) донные морены образуются за счет экзарации и захвата продуктов выветривания. В материковых ледниках главное значение имеют донные движущиеся морены и внутренние, возникающие в результате выдавливания обломочного материала по трещинам, образующимся при пересечении ледником возвышенностей рельефа.

Отложенные морены. Среди отложенных выделяются три типа морен: 1) основная (донная), 2) абляционная, 3) конечная (краевая). Основные морены - наиболее широко распространенные ледниковые отложения. В центральных частях материковых оледенений преобладают экзарация и насыщение льда обломочным материалом. Лед движется от центра по радиальным направлениям в области абляции, где, помимо экзарации и переноса, создаются условия для подледной аккумуляции и образования основной морены (рис. 7.4). Обломочный материал, насыщающий лед, уменьшает его пластичность и постепенно отслаивается, образуя основную (донную) морену.

Исследования основных морен четвертичных отложений в европейской части показали, что они сложены главным образом неслоистыми валунными глинами, суглинками, иногда супесями, с ориентировкой валунов длинной осью параллельно направлению движения льда. Основная морена, образующаяся под толщей движущегося ледника, отличается монолитностью и плотностью отложенного материала. При движении покровных ледников глыбы и валуны гранитов, гнейсов и других пород разносились на значительные пространства Восточно-Европейской платформы из Скандинавии - центра четвертичных оледенений. Такие глыбы и валуны, перенесенные льдом на большие расстояния, называются эрратическими (лат. «эрратикус» - блуждающий). Местами в четвертичных основных моренах наблюдаются крупные отторженцы - громадные блоки коренных пород.

Абляция - сложное проявление различных процессов в краевой части ледника вызывает значительные неоднородности в строении и составе конечных морен. Особенно большой сложностью отличаются напорные морены, состоящие из чередующихся нарушенных ледниковых морен, водно-ледниковых отложений и коренных пород ледникового ложа.

 

Образование основной и абляционной морен

Рис. 7.4  Образование основной (донной) и абляционной морен (по Р.Ф. Флинту): А - подледная аккумуляция основной морены

во время движения ледника; Б - образование поверхностной морены при стаивании прекратившего движение («мертвого») льда; В - образование абляционной морены поверх донной

 

Абляционная морена чаще образуется ближе к периферической части ледника в стадии его деградации. При таянии ледника имеющийся внутри него и на поверхности обломочный материал осаждается, накладываясь на основную морену. Обычно это рыхлые осадки, в которых наблюдается увеличение песчаного и грубообломочного материала, что связано с влиянием движущихся ледниковых вод, перемывающих, захватывающих и уносящих более мелкие частицы.

Конечные (краевые) морены. При длительном стационарном положении края ледника наблюдается динамическое равновесие между поступающим льдом и его таянием. В этих условиях у края ледяного покрова будет накапливаться приносимый ледниками обломочный материал, формируя конечную, или краевую, морену. В образовании конечных морен выделяют такие процессы, как: 1) сваливание в краевой части ледника обломочного материала, поднимающегося по внутренним сколам; в результате этого и усиления абляции образуется насыпная морена; 2) напор края льда на уже образовавшиеся отложения и породы подледного ложа (бульдозерный эффект). Образуются напорные морены, которым свойственны различного вида гляциодислокации; 3) латеральное (лат. «латералис» - бок, сторона) - боковое выжимание или выдавливание насыщенного водой обломочного материала; 4) абляция.

Конечные морены в рельефе представляют слабо изогнутые валообразные или грядообразные возвышенности, которые очертаниями в плане повторяют форму края ледникового потока, ледниковой лопасти или отдельных ледников. В европейской части России и в Западной Европе хорошо выражены валообразные гряды конечных морен большой протяженности. Они достигают в длину десятков, а местами и сотен километров.

Конечные морены горных ледников пересекают троговые долины и образуют валообразные перемычки, отражающие очертания края ледника. Иногда они имеют форму серповидных гряд (обращенных вогнутой стороной вверх по долине), которые местами продолжаются вдоль склонов долины в виде менее заметных боковых морен. Местами конечные морены подпруживают сток рек, образуя озера.

 

7.5 Водно-ледниковые отложения

 

С деятельностью ледников тесно связана работа талых ледниковых вод, представляющая одну из сторон единого сложного природного процесса. Выделяют два типа флювиогляциальных (лат. «флювиос» - река) отложений: внутриледниковый (интрагляциальный) и приледниковый (перигляциальный). Внутриледниковые отложения после таяния ледника образуют на поверхности специфические формы рельефа - озы, камы и камовые террасы.

Озы - крутосклонные валообразные гряды, напоминающие железнодорожные насыпи; они вытянуты по направлению движения ледника и сложены хорошо промытыми слоистыми песчано-гравийно-галечными отложениями с включением валунов. Высота таких гряд от 10 до 30 м, иногда до 50 м и выше, а протяженность от сотен метров до десятков километров. Они встречаются в Прибалтике, в Белоруссии и других районах. По данным Б.Н. Гурского, длина самого крупного оза в Белоруссии, протягивающегося по берегам оз. Жеринского, равна 25,6 км.

О происхождении озов существует две гипотезы.

1. Дельтовая гипотеза, основывающаяся на выходах мощных подледниковых водных потоков в периферической части ледников и отложении переносимого ими обломочного материала в виде конусов выноса (дельт). При последовательном отступании ледника образовывались все новые и новые конусы, слияние которых могло образовать сплошную или прерывистую озовую гряду. По данным С.В. Калесника, отдельные озоподобные тела, связанные с выходом подледниковых потоков, наблюдаются у современных ледников Маляспина и Норвежского.

2. Русловая гипотеза, по которой происхождение извилистых озовых гряд связывается с движениями водно-ледниковых потоков в сложно сочетающихся над- и внутриледниковых каналах (выработанных по крупным трещинам и расколам льда). Большая масса и скорость движения этих потоков способствовали перемыву моренного материала и накоплению в ледяных руслах слоистых песчано-гравийно-галечных отложений. При отступании и таянии ледника они спроектировались на различные элементы рельефа, нередко перекрывая озерные котловины, моренные холмы, выступы коренных пород.

Камы и камовые террасы (нем. «камм» - гребень). Камы представляют собой крутосклонные холмы с выположенными вершинами. Высота их от нескольких до 20 м и более. Камовые холмы, имеющие различные очертания (округлые, конусовидные и др.), разделены понижениями, иногда в виде замкнутых котловин, которые бывают заболочены или заняты бессточными озерами (рис. 7.5). Камы образованы отсортированными отложениями - гравием, песками и супесями с горизонтальной и диагональной слоистостью озерного типа, в которых встречаются валуны и отдельные линзы морен, а местами ленточные глины (ритмичное чередование тонких слойков глин и песка). Считается, что камы формировались в условиях «мертвого» недвижущегося льда, оторванного от областей питания. Наличие в составе камовых отложений слоев с указанной ленточной ритмичностью свидетельствует о том, что камы образовались в застойных водах над- и внутриледниковых озер, заполняющих котловины и ложбины между глыбами мертвого льда. Накопленный в надледниковых озерах материал в последующем проектируется на поверхность основной морены или коренных пород ложа в виде холмов неправильных очертаний. Помимо холмов, на склонах западин образовывались террасовидные уступы - камовые террасы, располагающиеся на различных уровнях, что связано с неравномерным таянием мертвого льда. Камовый рельеф встречается в Карелии, в Прибалтике, в северных районах Западной Европы.

 

Камы, их форма и строение

Рис. 7.5  Камы, их форма и строение (по Б.Н. Гурскому): 1 - морены, 2 - песчаники и 3 - песчано-галечные отложения

 

7.6 Отложения в перигляциальных областях

 

Среди приледниковых (перигляциальных) отложений выделяют: 1) зандры (нем. «зандер» - песок); 2) лимногляциальные (греч. «лимнэ» - озеро), или озерно-ледниковые; 3) лёсс.

Зандры и создаваемые ими зандровые поля образуются за грядами конечных морен и представляют отложения талых ледниковых вод, растекающихся на большие равнинные пространства. Это было особенно характерно для материковых четвертичных оледенений, когда талые воды в большом количестве могли вытекать как в понижениях рельефа, так и на водораздельных пространствах. При этом в отложениях наблюдается дифференциация материала. Более грубые осадки - разнозернистые пески с гравием и галькой - откладываются обычно близ внешнего края конечных морен, далее на огромных площадях накапливаются более однородные пески, а в их краевых частях местами появляются тонкозернистые пески и супеси, что связано с уменьшающейся силой потока. Примерами крупных зандровых полей являются Мещерское, Припятское, Вятское полесья и участки Западно-Сибирской низменности. В современную эпоху зандровые поля отмечены перед ледниками Исландии и у края ледника Маляспина на Аляске.

Лимногляциальные, или озерно-ледниковые, отложения образовались в приледниковых озерных бассейнах. В равнинных районах четвертичных материковых оледенений такие озера своим возникновением обязаны подпруживающему действию выходящих подледниковых потоков возвышенностями рельефа или грядами конечных морен, а также подпруживанию стока рек. По мере отступания ледника размеры и глубина озер увеличивались. По данным А. Алиссона, самым крупным на Северо-Американском континенте было оз. Агассиз, возникшее в результате подпруживания стока реки Ред-Ривер и достигавшее при максимальном уровне 1100 км в длину и 400 км в ширину. В краевых частях приледниковых озер накапливаются песчаные осадки, местами с включением гравия и гальки, а в удалении и на большей глубине шире распространены осадки ленточного типа - пески, алевриты и глины. Для них местами характерна четко выраженная сезонная слоистость, проявляющаяся в ритмичном повторении годичных лент, осадков, состоящих из более мощного летнего слоя, преимущественно тонкозернистого песчаного (иногда песчано-алевритового) и маломощного зимнего глинистого слойка. Подсчет таких годичных лент в осадках дает возможность судить об их возрасте (в годах и столетиях), длительности накопления, времени существования озер и скорости отступания ледника. По имеющимся данным, основанным на анализе ленточных глин, средняя скорость отступания последнего ледника в Швеции составляла 325 м/год, в Финляндии - 260 м/год.

Лёссы. Для перигляциальных областей типично широкое развитие лёссов и лёссовидных суглинков, развитых на юге европейской части России, в Западно-Сибирской низменности, в Западной Европе и Америке. В этих областях они носят покровный характер, образуют чехол на водоразделах и их склонах, а также на надпойменных речных террасах. Широкое площадное распространение лёссов, их покровный характер привлекают большое внимание исследователей различных специальностей. Но до сих пор нет единства мнений в отношении их генезиса. Многие советские и зарубежные исследователи принимают концепцию эолового происхождения. По их мнению, массы воздуха, спускавшиеся с ледника, нагревались при падении, подходили к поверхности Земли в приледниковых районах теплыми и сухими и развевали ледниковые, водно-ледниковые, речные и другие отложения, унося и откладывая тонкую пыль, скопления которой и образовывали лёсс.

Другая группа исследователей считает, что пылеватый материал алевритовой размерности может образовываться в условиях различных экзогенных процессов, а превращение его в лёсс происходит путем последующего облёссования или в результате выветривания и почвообразования (почвенно-элювиальная гипотеза), или криогенного гипергенеза (криоэлювиальная гипотеза).

Детальные исследования последних десятилетий показали, что в мощных толщах лёссовидных отложений Украины и Средней Азии погребены многие горизонты ископаемых почв, состав которых свидетельствует об их образовании в близкой к современной климатической обстановке, т.е. соответствующей межледниковым интервалам времени.

 

Продолжение

 

 

eggp@narod.ru