Природные льды

Значение льда и снега в географической оболочке столь велико, а их пространственное распределение на Земле так своеобразно, что географы выделяют особую оболочку второго порядка, которую называют
криосферой. Криосфера — прерывистая оболочка в зоне теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы, для которой типичен лёд или возможность его существования. Поскольку условия для существования льда имеются только там, где температуры постоянно остаются отрицательными, термин «криосфера» становится понятен: ведь «криос» по-гречески означает «холод, мороз». Криосфера — это оболочка с отрицательной температурой. Причина возникновения криосферы — шарообразность Земли и наклон земной оси к плоскости орбиты (эклиптике). В результате этого возникает практически постоянный дефицит тепла в полярных зонах. Это охлаждение ведёт к образованию наземных и подземных льдов. Так возникает мёрзлая зона земной коры и наземное оледенение полярных районов как зональное географическое явление. Можно сказать, что в районах, окружающих земные полюса, криосфера имеет сплошное распространение. На некотором расстоянии от полюсов криосфера такого сплошного распространения уже не имеет и существует лишь в высокогорьях, образуя там ледники.

Всё многообразие типов льдообразования можно подразделить на три основные группы. Исходя из этого в криосфере выделяют следующие две оболочки:

· Криолитосфера. В этой части криосферы происходит льдообразование в земной коре, связанное с замерзанием в ней воды и образованием подземных льдов (многолетней мерзлоты). Площадь криолитосферы составляет около 10% площади суши. Это равно примерно 15 млн км², из которых 10,8 млн км² приходится на долю России (рис. 118).

· Хионосфера. В хионосфере за счёт многолетнего накопления снега происходит образование ледникового льда. Современные материковые льды занимают примерно 10% суши (около 16 млн км²). Их объём таков, что если лёд распределить равномерным слоем, то слой льда в 120 м толщиной покроет всю поверхность суши.

Криолитосфера — это зона, где криосфера проникает в литосферу. Её ещё называют зоной устойчивого охлаждения Земли. Криолитосфера достаточно обширна, она охватывает просторы Арктики и Субарктики, а также более южные районы с континентальным климатом в Северном полушарии и целиком Антарктиду. Высокогорья повсеместно на Земле относятся к зоне устойчивого охлаждения, т.е. также входят в криолитосферу.

Особенно характерно для зоны устойчивого охлаждения льдообразование в земной коре, т.е. возникновение подземного льда. Подземный лёд развивается в тесном и сложном взаимодействии с горными породами, в которых происходит его образование. Тесная взаимосвязь подземного льдообразования с горными породами — это то, что отличает криолитосферные процессы от льдообразования в других частях криосферы. Если в криосфере и криогидросфере возникает чистый лёд, то в криолитосфере мы часто имеем дело с промёрзшим грунтом.

В зависимости от состава промерзающей породы (гранит, песок, глина и т.д.), количества замерзающей воды, механических напряжений в породе и образования в связи с этим трещин, а также от температурных
условий промерзания формируются подземные льды разного типа.

Полигонально-жильный лёд (рис. 119) образуется вследствие проникновения поверхностной свободной воды в морозобойные трещины. Этот термин нуждается в пояснении. При остывании все вещества (кроме воды) сжимаются. Зимние температуры в криосфере могут быть такими низкими, что сжимающаяся при остывании земная поверхность растрескивается. Возникает сложная система трещин, образующих более или менее правильные многоугольники — полигоны. Весной и летом в трещины попадает вода, которая замерзает. В следующую зиму при сильном охлаждении происходит новое растрескивание, причём разрывы снова проходят по льду, так как лёд в сравнении с мёрзлой породой оказывается более слабым на разрыв. И так из года в год. В результате многократного полигонального растрескивания вечномёрзлых пород возникают решётки полигональных ледяных жил — полигонально-жильный лёд. Жилы эти могут уходить в землю на десятки метров.

Инъекционный лёд (рис. 120) образует накопления в виде крупных линз, гнёзд, пластов в мёрзлых осадочных горных породах. Мощность (толщина) таких ледяных тел достигает 1—2 м, а иногда и более —до 10—15 м.

Образование инъекционных льдов представляется следующим образом. Промерзание земной коры чаще всего идёт неравномерно из-за неоднородности условий на земной поверхности, а также из-за разнообразия промерзающих пород. Когда насыщенный водой слой горных пород оказывается зажат между двумя уже промёрзшими слоями, в нём возникает высокий напор. Он заставляет воду быстро смещаться в сторону наименьшего сопротивления, т.е. в разнообразные пустоты или значительные участки с рыхлым грунтом. В них-то вода скапливается и замерзает. Она как бы впрыскивается под давлением. Отсюда и название этого вида подземных льдов. Если при образовании инъекционного льда мёрзлая кровля, сдавливающая водоносный горизонт, не очень прочна, то возникающее в процессе промерзания давление приводит к образованию выпуклых форм рельефа — бугров пучения, или гидролакколитов (рис. 121). Выпуклые ледяные тела обычно возникают тогда, когда водоносный горизонт, промерзая во многих местах насквозь до вечной мерзлоты, оказывается разделённым на многочисленные замкнутые системы — очаги пучения. Тогда в пределах каждой замкнутой системы при промерзании развивается сильное напряжение и возникает громадное давление. Это приводит к выпячиванию кровли, а нередко и к её прорыву и излиянию остатков воды наружу.

Лёд-цемент — один из наиболее распространённых видов подземного льда. Он образуется при промерзании разнообразных рыхлых пород — глин, песков, галечников, когда замерзание воды в порах между частицами породы происходит без нарушения взаимного положения этих частиц. В этих случаях чистый лёд не образуется, а возникает монолитный массив частиц грунта, сцементированных микроскопическими кристаллами льда. Именно в такой массив превращаются зимой детские песочницы. Лёд-цемент широко распространён и всегда присутствует в мёрзлых породах, соседствуя с другими видами подземных льдов.

Хионосфера. Лёд хионосферы, в отличие ото льда других частей крио­сферы, образовался в результате преобразования не жидких, а твёрдых атмосферных осадков — снега.

Снег, который накапливается на поверхности Земли, представляет собой пористую, рыхлую массу, состоящую из ледяных кристаллов сложной формы — снежинок. С течением времени происходит уплотнение снега под влиянием собственного веса. Снежинки дробятся, образуя довольно однородную смёрзшуюся массу. Напоминаем, что речь идёт о процессах, протекающих в криосфере, т.е. при постоянно отрицательных температурах. Выпавший снег не тает летом, но поскольку летние температуры всё же не так низки, как зимние, снег постепенно преобразуется в фирн (рис. 122) — зернистую уплотнённую массу. Позже, в результате перекристаллизации под давлением, кристаллы фирна укрупняются, и постепенно непрозрачная фирновая масса превращается в прозрачный, на просвет голубовато-зелёный ледниковый, или глетчерный, лёд. Всё это происходит в так называемой зоне питания ледника. Но это не единственная зона в строении ледника.

Удивительным свойством ледников (глетчеров) является их способность к сползанию вниз по склонам, подчиняясь силе тяжести. Оставаясь твёрдым кристаллическим телом, лёд медленно «стекает» из зоны питания, где происходит накопление льда, к зонам таяния. Скорость их движения различна. Так, некоторые горные ледники двигаются со скоростью до нескольких сот метров в год, а шельфовые ледники — до 1,0—1,5 км в год.

Учёные различают два основных типа ледников:

· горные, или ледники стока (рис. 123), — в них лёд движется от областей питания под действием силы тяжести вниз по горным долинам;

· покровные, или ледники растекания (рис. 124), в которых лёд растекается от центра к периферии. Покровные ледники образуются на равнинах, но и низкогорный рельеф может быть погребён под мощной ледяной толщей.

Толщина, или мощность, ледников разнообразна — от нескольких десятков метров у горных ледников до 3—4 км у покровных, например в Антарктиде.

Своеобразный тип ледников — так называемые шельфовые ледники (рис. 125). Их образование связано со сползанием ледников с суши в море. Такие ледники либо оказываются на плаву, либо (если они достаточно мощны, а море неглубоко) садятся на дно. От сползающих в море ледников откалываются крупные массивы — айсберги, которые затем уносятся течением в открытое море. Самые типичные и крупные шельфовые ледники — у берегов Антарктиды. Ледники в Арктическом бассейне значительно меньше.

Климат, льды и океан. Общий объём воды на Земле постоянен, а количество её в океане, атмосфере и на суше в процессе глобального круговорота «океан — атмосфера — суша — океан» меняется непрерывно. Мы не будем в очередной раз описывать схему круговорота воды, скажем только, что процесс глобального влагооборота зависит от ряда переменных факторов: солнечной активности, состава и циркуляции атмосферы, теплового баланса суши и вод океана, изменчивости мощных морских течений, а в последнее время — и от хозяйственной деятельности человека. Под влиянием этих факторов водный баланс Земли менялся в различные эпохи её развития. Показатель этих изменений — уровень Мирового океана. За этот сравнительно небольшой промежуток времени уровень Мирового океана испытал колебания размахом до 100 м.

С 1910 по 1920 г. впервые начинает фиксироваться медленное повышение уровня Мирового океана, причём происходит оно синхронно с повышением температуры воздуха. Палеогеографические исследования позволили сделать вывод, что увеличение температуры воздуха на 1 °С сопровождается повышением уровня океана на 7—8 м. При том, что общее количество воды в географической оболочке практически неизменно, такое увеличение объёма воды в океане может происходить только за счёт водных запасов суши. Дополнительная вода может поступать в океан только в результате таяния ледников Антарктиды, Гренландии (рис. 126), горных ледников, льдов многолетней мерзлоты и пр. Это и понятно, ведь лёд есть в первую очередь порождение климата. Поэтому льдообразование находится в теснейшей связи с климатом и его изменениями. Ледники медленно накапливают и медленно отдают накопленную воду, но при повышении общепланетарной температуры их таяние ускоряется.