Ледниковая активность как основной агент геоморфических изменений

Оледенение было одной из самых мощных сил, формирующих поверхность Земли за последние несколько миллионов лет. Повторяющееся продвижение и отступление ледяных щитов и альпийских ледников имеют резные ландшафты, которые являются одновременно драматическими и научно раскрывающими. Для студентов и преподавателей, изучающих геологию и географию, понимание того, как оледенение влияет на развитие рельефа, имеет важное значение не только для интерпретации современной топографии, но и для реконструкции прошлого климата. Эта статья обеспечивает всеобъемлющий взгляд на вовлеченные процессы, создаваемые разнообразные формы рельефа и более широкие экологические и климатологические последствия ледниковой деятельности.

Природа оледенения: виды и условия

Оледенение относится к процессу, посредством которого большие массы льда, известные как ледники, накапливаются, компактны и текут под собственным весом. Ледники образуются в регионах, где накопление снега превышает абляцию в течение многих лет, что приводит к чистому приросту льда. Двумя основными типами оледенения являются континентальное оледенение и альпийское оледенение.

  • Континентальное оледенение происходит, когда большие ледяные щиты покрывают обширные участки суши, такие как антарктический и гренландский ледяные щиты сегодня.В эпоху плейстоцена континентальные ледяные щиты покрывали большую часть Северной Америки, Европы и Азии, достигая толщины в несколько километров.
  • Альпийское оледенение происходит в горных районах, где лед накапливается в высокогорных долинах и течет вниз по склону. Альпийские ледники встречаются в таких хребтах, как Гималаи, Альпы, Анды и Скалистые горы, и они производят некоторые из самых прочных и живописных топографий на Земле.

Оба типа оледенения обусловлены схожими термодинамическими и механическими принципами, но их масштаб и влияние на развитие рельефа значительно различаются.Континентальные ледяные щиты меняют целые ландшафты на протяжении тысяч километров, в то время как альпийские ледники утончивают и вырезают отдельные горные особенности.

Механизмы развития ледниковой формы суши

Ледники изменяют землю с помощью трех фундаментальных механизмов: эрозии, транспортировки и осаждения. Каждый процесс работает в разных масштабах и производит отличительные формы рельефа. Понимание этих механизмов является ключом к интерпретации ледникового наследия, видимого во многих частях мира.

Ледниковая эрозия: истирание и удача

Эрозия ледниками происходит прежде всего через два процесса: истирание и выщипывание. По мере того, как ледник течет по льду, обломки горных пород, застрявшие в льду, действуют как наждачная бумага, измельчение и полировка подстилающей поверхности. Эта истирание производит гладкие, поперечные поверхности, характерные для ледяной породы. Направление полосок обеспечивает критические свидетельства направления прошлых ледовых потоков. Выщипывание происходит, когда талая вода просачивается в трещины в цокольном покрове, замерзает и расширяется; по мере движения льда она оттягивает блоки скалы. Вместе, истирание и выщипывание скульптурных долин, утолщает склоны и создает бассейны, которые позже заполняются водой.

Транспортировка и осадочная нагрузка

Ледники являются эффективными переносчиками осадка. Материал, переносимый ледником, варьируется от мелкой каменной муки (частицы размером с иллюзию) до массивных валунов. Осадок транспортируется надледниково (на поверхности льда), ледниково (в пределах льда) и подледниково (подо льдом). Состав и распределение этого мусора имеют решающее значение для понимания среды осаждения. По мере движения ледников они переносят огромное количество горных пород и почвы на сотни или даже тысячи километров, перераспределяя земные материалы далеко от их источника.

Депозиционные процессы и до формирования

Когда ледник тает или застаивается, он высвобождает свою осадочную нагрузку, создавая отложения, известные как до тех пор, пока не станет несортированной, нестратифицированной смесью глины, ила, песка, гравия и валунов. В отличие от флювиальных отложений, до тех пор, пока не будет отсутствовать сортировка и наслоение, типичные для водонаполненных отложений. Ледниковое осаждение также включает стратифицированный дрейф, который отсортирован талыми потоками. Взаимодействие между прямым ледниковым таянием и флювиальной активностью во время оледенения приводит к сложным осаждениям рельефов, таких как морены, эскизы, камы и вымывные равнины.

Формы, созданные ледниковой эрозией

Эрозионные формы рельефа являются одними из наиболее визуально поразительных результатов оледенения. Они обеспечивают прямое свидетельство размера, формы и поведения ледника. Следующие формы рельефа иллюстрируют диапазон эрозионных особенностей, создаваемых альпийским и континентальным оледенением.

  • U-образные долины: В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледниковые долины широкие, плоские и крутые с характерной формой корыта. Эта форма является результатом эрозивного действия ледника, который заполняет весь пол долины.
  • Цирки: Эти чашеобразные углубления отмечают голову ледниковой долины. Цирк обычно образуется при скоплении льда в дупле на склоне горы, с крутой стеной и вогнутым полом, который часто содержит кувшин (небольшое озеро) после отступления ледника.
  • Arêtes: Когда два соседних цирка разъезжаются друг к другу, они образуют острый, обрезанный ножом хребет, называемый arête. Эти хребты являются классическими чертами альпийского оледенения и являются популярными маршрутами для альпинистов.
  • Рога: Рог — пирамидальный пик, образовавшийся, когда несколько ледников с разных сторон размывают одну и ту же гору. Маттерхорн в Швейцарско-Итальянских Альпах — всемирно известный пример ледникового рога.
  • Ледяные полосы и канавки: На поверхности породы царапины и канавки, ориентированные параллельно направлению ледового потока, раскрывают историю движения прошлых ледников.Эти особенности часто сохраняются на открытой породе в оледеневших регионах.
  • Roche moutonnée: Это мелкомасштабный рельеф, состоящий из асимметричного цокольного холма.Вверхледная сторона сглажена и поперечно скошена истиранием, а нисходящая сторона более грубая и круче из-за выщипывания.

Формы, созданные ледниковым осаждением

Депозиционные формы рельефа одинаково важны для реконструкции ледниковой истории. Они фиксируют, где стоял ледник, как он таял и какие материалы он выпускал. Эти формы рельефа часто более тонкие, чем эрозионные особенности, но предоставляют существенные данные о динамике прошлых льдов.

  • Морены: Морены: Морены — это хребты, которые накапливаются вдоль краев ледников. Поздние морены образуются по бокам альпийских ледников; Медиальные морены образуются там, где сливаются два ледника; Конечные морены отмечают самое дальнее продвижение ледника; и грунтовые морены являются широкими, мягко катящимися листами, пока не уйдут, отступая от льда.
  • Драмлины: Это обтекаемые, вытянутые холмы ледникового периода до тех пор, пока они не образуются под движущимся льдом. Драмлины обычно ориентированы параллельно потоку льда, с более крутым концом каменистых (вверх-лед) и более конусообразным (вниз-лед) концом. Они часто встречаются в кластерах, называемых барабанными полями.
  • Лесочники:]Лесочники — длинные извилистые хребты, состоящие из стратифицированного песка и гравия. Они образуются в туннелях талой воды внутри или под ледником. По мере таяния льда осадок, оставленный позади, отмечает путь подледникового потока.
  • Камес и чайники: Камес — это насыпи стратифицированного дрейфа, которые накапливаются в углублениях на или вблизи ледника. Отверстия чайника образуются, когда блоки льда отделяются от ледника и закапываются осадком; когда лед тает, осадок разрушается, оставляя углубление, которое часто становится озером или прудом.
  • Поймы с льдом:] Потоки талой воды, выходящие из ледникового отложения, отсортировали осадок по широким, мягко наклонным равнинам, известным как равнины с льдом или песчаники. Эти отложения становятся более тонкими с расстоянием от ледяного фронта.
  • Эрратика: Ледниковые эрратики — это большие валуны, переносимые льдом и отложенные далеко от их исходной породы.Композиция эрратика может использоваться для отслеживания пути ледового потока.

Ледниковая и экосистемная динамика

Последствия оледенения выходят далеко за рамки развития рельефа; они глубоко влияют на экосистемы, почвообразование и биологические сообщества.Быстрые экологические изменения, связанные с ледниковым продвижением и отступлением, формировали распределение видов и эволюционные траектории на протяжении тысячелетий.

Развитие почв в ледяных ландшафтах

Ледниковая долина обеспечивает исходный материал для многих почв в умеренных и высокоширотных регионах. Физические и химические свойства этих почв зависят от состава дождевой кладки, степени выветривания и постледникового климата. В недавно оледеневших районах почвы имеют тенденцию быть тонкими, каменистыми и слабо развитыми. Со временем выветривание и биологическая активность превращаются до более зрелых почв. Хронопоследовательность развития почвы через ледниковые морены предлагает естественную лабораторию для изучения педогенеза.

Создание и изменение среды обитания

Ледники создают новые места обитания по мере их отступления. Например, отступающий ледник обнажает голые породы и до тех пор, пока не образует первичную зону преемственности, где устанавливаются первопроходцы, такие как лишайники, мхи и выносливые травы. По мере развития почвы следуют кустарники и деревья. В альпийских регионах ледниковые цирки становятся тусклыми озерами, которые поддерживают уникальные водные экосистемы. И наоборот, ледниковое продвижение может уничтожить существующие места обитания, заставляя виды мигрировать или адаптироваться. Динамичное взаимодействие между ледниковым расширением и отступлением было основным фактором изменения биоразнообразия в четвертичных временных масштабах.

Биоразнообразие и ледниковая рефугия

Во время ледниковых максимумов обширные районы Северного полушария были покрыты льдом. Виды, которые не могли выжить на ледяных полях, отступили к рефугии — изолированным областям, которые оставались свободными ото льда, таким как южные Аппалачи, Средиземноморский бассейн и части Тихоокеанского Северо-Запада. Эти рефугии служили резервуарами генетического разнообразия, которые позже повторно заселили оледеневшие регионы. Распределение многих современных видов растений и животных все еще отражает эти ледниковые рефугии. Понимание роли оледенения в формировании биоразнообразия имеет решающее значение для прогнозирования того, как виды могут реагировать на продолжающееся изменение климата.

Региональные тематические исследования: оледенение в действии

Изучение конкретных регионов, которые испытали обширное оледенение, дает конкретные примеры того, как ледниковые процессы формируют формы суши на широких территориях. Следующие тематические исследования иллюстрируют разнообразие ледниковых ландшафтов и их продолжающуюся эволюцию.

Бассейн Великих озер

Североамериканские Великие озера — Верхние, Мичиган, Гурон, Эри и Онтарио — являются одними из самых выдающихся ледниковых рельефов на континенте. Они были вырезаны повторяющимися достижениями Лаврентийского ледяного щита во время плейстоцена. Сами бассейны озера эродированы в осадочные породы, в то время как окружающие особенности включают в себя барабанные поля, рецессионные морены и обширные равнины. Озера Фингер в Нью-Йорке аналогично обязаны своим длинным, узким формам ледниковому рысканию. Район Великих озер также содержит самую большую систему пресной воды в мире, которая поддерживает обширные экономические и экологические ресурсы. Ледники и ледяные щиты USGS ресурс предоставляет дополнительные подробности об истории Лаврентийского ледяного щита.

Швейцарские Альпы

Альпы - классический альпийский ледниковый ландшафт, в значительной степени вылепленный долинными ледниками в течение последних двух миллионов лет. Маттерхорн, самый знаковый пик, является хребтом. Многие U-образные долины, такие как Долина Лаутербруннен, отображают висящие долины с впечатляющими водопадами. Альпийские ледники все еще существуют на более высоких возвышениях, хотя они быстро отступают из-за потепления. Пейзаж продолжает приспосабливаться к удалению льда, с провалами склона и ледниковыми наводнениями, которые становятся все более частыми. Ресурс ледника National Geographic предлагает полезный обзор альпийской ледниковой динамики.

Скандинавские фьорды

Фьорды — длинные узкие впадины с крутыми сторонами, образованные погружением ледниковых долин. Норвежские фьорды, такие как Согнефьорд и Хардангерфьорд, являются классическими примерами. Они были вырезаны долинными ледниками, которые простирались ниже уровня моря; после оледенения морская вода затопила долины. Фьорды часто имеют порог — неглубокий порог в устье — созданный терминальной мореной ледника. Записи осадков в фьордах являются ценными архивами истории климата. Исследования из проекта Антарктических ледников включают подробные объяснения формирования фьорда.

Патагонский ледяной полей

Южно-Патагонский ледяной полей является одной из крупнейших ледяных масс за пределами Антарктиды и Гренландии. Его ледники текут из Анд в Тихоокеанский и Атлантический водоразделы. Ледниковые формы суши в Патагонии включают массивные морены, проледниковые озера и U-образные долины. Регион предлагает современный аналог для обширного альпийского оледенения и демонстрирует, как ледники взаимодействуют с вулканическими и тектоническими ландшафтами. Быстрое отступление патагонийских ледников обеспечивает видимые доказательства воздействия глобального потепления на ледовые системы.

Связь ледниковой истории с изменением климата

Взаимосвязь между оледенением и климатом является взаимной: климат стимулирует продвижение и отступление ледников, а ледники, в свою очередь, влияют на климат через обратную связь альбедо, приток пресной воды в океаны и модели атмосферной циркуляции. Изучение ледниковых рельефов помогает ученым реконструировать прошлые климаты и калибровать климатические модели. Например, степень терминальных морен говорит нам о максимальной протяженности льда во время последнего ледникового максимума (~ 20 000 лет назад). Сегодня горные ледники во всем мире сокращаются с ускоренной скоростью, угрожая водоснабжению во многих регионах. В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) Отчеты документируют наблюдаемые изменения баланса массы ледников и их последствия для повышения уровня моря и водных ресурсов.

Оригинальное название: The Enduring Legacy of Ice

Оледенение оставило неизгладимый след в рельефах и экосистемах Земли. От U-образных долин и фьордов до морен и барабанных перемычек отпечатки прошлого льда видны на каждом континенте. Процессы ледниковой эрозии и осаждения продолжают действовать сегодня в оставшихся покрытых льдом регионах, хотя и в темпе, который сейчас быстро уменьшается из-за антропогенного потепления. Для студентов и преподавателей понимание оледенения - это не просто академическое упражнение - оно обеспечивает окно в климатическую историю планеты и инструмент для прогнозирования будущих изменений. Изучая формы рельефа ледников создают, мы получаем представление об огромных силах, которые формируют нашу динамичную Землю.