Оригинальное название: The Sculpting Power of Ice

Ледниковые формы рельефа являются одними из самых драматических и показательных особенностей на Земле. Вырезанные медленным, неустанным движением льда на протяжении тысяч и миллионов лет, эти ландшафты сохраняют подробную запись прошлых климатических условий, тектонических сил и фундаментальной геоморфической силы замерзшей воды. От крутых стен фьордов Норвегии до холмов американского Среднего Запада, ледниковые формы рельефа непосредственно формируют экосистемы, водные ресурсы и модели поселений человека. Понимание того, как ледники создают эрозионные и осажденные особенности, имеет важное значение для интерпретации истории Земли и предвидения того, как покрытые льдом регионы будут реагировать на продолжающееся изменение климата.

Современная гляциология использует спутниковые снимки, проникающий в землю радар и численное моделирование для декодирования процессов, лежащих в основе этих форм рельефа. Тем не менее, основные принципы остаются укорененными в физических взаимодействиях между льдом, скалой и талой водой. Эта статья обеспечивает всестороннее изучение ледниковых форм рельефа, охватывая их формирование, классификацию и идеи, которые они предлагают как в прошлом, так и в будущем изменения окружающей среды.

Основы ледниковых форм рельефа

Прежде чем углубляться в конкретные формы рельефа, важно понять, как формируются и движутся ледники. Ледники возникают, когда снег накапливается в течение многих лет, сжимаясь в плотную пряжу и в конечном итоге превращаясь в кристаллический лед. Как только масса льда достигает достаточной толщины - обычно от десятков до сотен метров - он начинает течь под собственным весом. Этот поток происходит через два основных механизма: внутренняя деформация, известная как ползучесть, и базальное скольжение по основной породе или осадку. Это движение оказывает огромное напряжение сдвига на подложку, что приводит к эрозии, транспортировке и осаждению материала.

Ледники в целом классифицируются на две категории:

  • Альпийские (долины) ледники: Эти ледники занимают горные долины, часто происходящие из кругов и текущие вниз, ограниченные топографией.
  • Континентальные ледяные щиты: Огромные ледяные массы, покрывающие большие площади, такие как те, которые найдены в Гренландии и Антарктиде, часто простираются на тысячи квадратных километров.

Образцы суши, производимые каждым типом, отличаются по масштабу, но имеют общие фундаментальные генетические процессы. Эрозия доминирует в верховьях, где лед ускоряется, в то время как осаждение преобладает в нижних зонах, где таяние превышает накопление. Нежный баланс между этими процессами формирует ландшафт, оставленный после отступления ледника.

Для получения дополнительной информации Национальный центр данных о снеге и льде предлагает подробные объяснения динамики ледников и их роли в системе Земли.

Эрозионные ледниковые формы

Эрозионные формы рельефа развиваются путем механического удаления горных пород и осадочных пород ледниками.

  • Истины: Как фрагменты породы, встроенные в основание льда, измельчают о скалу, они полируют и вырезают полосы на поверхности.
  • Удаление (карьеризация): Мелководье проникает в трещины в породе, замерзает и тянет блоки свободно, как ледник движется.

Эти процессы создают набор отличительных особенностей, которые сохраняются долго после исчезновения льда, что является убедительным доказательством прошлых оледенений.

U-образные долины

Возможно, самая знаковая ледниковая особенность, U-образная долина, образуется, когда ранее существовавшая V-образная речная долина расширяется и углубляется ледниковой эрозией. В отличие от узкой, крутой V-образной формы, вырезанной реками, ледники разрушают как пол долины, так и стены, создавая широкое, плоское дно и крутые, часто перегруженные стороны.

Классические примеры включают долину Йосемити в Калифорнии и долины швейцарских Альп. Постледниковые потоки обычно занимают эти долины, но их поперечные профили остаются отчетливо неживыми. Висячие притоки - меньшие долины, оставшиеся «висящими» над главной долиной - часто создают впечатляющие водопады, такие как те, которые найдены в Национальном парке Йосемити.

Цирковые и тарны

Цирковые — чашеобразные, амфитеатральные впадины, выкопанные в горных склонах во главе ледника, эти впадины образуются путём сочетания заморозков, выщипывания и истирания, образуя крутые наголовники и вогнутый бассейн.

После таяния ледника небольшое озеро, называемое тарном, часто занимает дно цирка. Морфология цирков отражает интенсивность и продолжительность ледниковой эрозии: глубокие, хорошо определенные цирки указывают на длительное или повторное оледенение. Цирки служат ценными показателями прошлых равновесных высот линий (ELAs), которые имеют решающее значение для реконструкции палеоклимата. Многие цирки в Скалистых горах, Шотландском нагорье и Скандинавских горах теперь содержат тарны, которые поддерживают уникальные водные экосистемы, адаптированные к холодным альпийским условиям.

Ареты и рога

Когда два цирка эродируют друг к другу с противоположных сторон хребта, оставшийся острый хребет известен как arête.Эти узкие, острые хребты могут простираться на несколько километров и часто вылеплены в яркие, зубчатые гребни.

Там, где три или более цирка разрушают одну гору с разных сторон, они вырезают пирамидальную вершину, называемую рогом. Маттерхорн, расположенный на швейцарско-итальянской границе, представляет собой архетипический рог, образованный пересечением нескольких цирков. Оба арета и рога по своей природе неустойчивы, и как только ледниковая опора удалена, они становятся склонными к массовому истощению, такому как скальные водопады и оползни. Эти особенности отмечают зоны интенсивной ледниковой эрозии в альпийских условиях и ценятся за их драматические альпийские пейзажи.

Ледниковые полосы и Рош Мутонне

В более тонком масштабе ледниковые полосы представляют собой линейные царапины и канавки, вырезанные в породе скалами, затянутыми под движущимся льдом.Ориентация этих полос записывает направление ледового потока и широко используется геологами для реконструкции динамики прошлых ледников.

Более сложные, ручки рош-мутонны являются асимметричными коренных ручек, сформированных ледниковой эрозией. Верхняя сторона сглажена и поперечно срезана, в то время как нисходящая сторона крутая и сломана из-за выщипывания. Эта асимметрия обеспечивает четкий индикатор поля направления потока льда. Рош-мутонны широко распространены в ранее оледеневших ландшафтах по всему миру, от Канадского щита до Патагонии, и часто влияют на местные дренажные узоры.

Для тщательного обзора процессов ледниковой эрозии Геологическая служба США предоставляет актуальные данные и исследования как современных ледников, так и древних ледниковых щитов.

Депозиционные ледниковые формы суши

Ледники переносят огромные объемы мусора - от мелкой каменной муки до массивных валунов - и оседают, когда тает лед или замедляется поток. Депозиционные формы суши классифицируются на основе их положения относительно ледника и окружающей среды, в которой происходит осаждение, включая прямой контакт со льдом, действие талой воды или процессы вымывания.

Морейн

Морейны представляют собой скопления несортированных ледников, пока не отметят прежнюю степень или положение ледника. Существует несколько типов, каждый из которых отражает различные параметры осаждения:

  • Последние морены: Они образуются по бокам ледника, когда мусор падает с прилегающих стен долины и транспортируется на ледяной покров.
  • Медиальные морены:] Встречаются там, где сливаются два ледника, объединяя их боковые морены в один поезд мусора на поверхности слитого льда.
  • Терминальные морены: Забеги до тех пор, пока это не отметить самый дальний прогресс ледника, сформированный, когда обломки накапливаются на передней части льда, как таяние балансирует вперед поток.
  • Наземная морена: Широко распространенный волнистый слой дождевой кости, оштукатуренный под ледником, часто приводящий к пейзажу низких холмов и плохо осушенных впадин.

Морейнские последовательности фиксируют подробные хронологии ледниковых наступлений и отступлений.Например, на американском Среднем Западе терминальные морены из Лаврентийского ледяного щита образуют видные хребты, которые влияют на местные дренажные узоры, развитие почвы и даже современные сельскохозяйственные практики.

Драмлины

Барабаны — обтекаемые, вытянутые холмы в форме перевернутых лодок или капель, с более крутым концом, обращенным к направлению, из которого выдвигался лед.Обычно встречающиеся в скоплениях, известных как барабанные поля, эти рельефы часто появляются в роях, насчитывающих сотни или тысячи.

Внутренний состав барабанных осадков варьируется от несортированных до стратифицированных осадков, что указывает на образование под активно текущим льдом. Их точный генезис остается предметом дискуссий; некоторые теории предполагают осаждение в подледниковых полости, в то время как другие предлагают эрозию ранее существовавших осадков. Несмотря на это, их выравнивание обеспечивает надежный прокси для направления потока льда.

Некоторые из наиболее изученных полей барабанов находятся в Висконсине и на севере Нью-Йорка, где они повлияли на местное землепользование и схемы поселений.

Промывные равнины и котлеты

Тяготные потоки, идущие от ледников, откладывают большое количество отсортированного песка и гравия в широкие, мягко наклонные равнины, которые часто расчленяются плетеными потоками, которые непрерывно смещают каналы из-за переменных нагрузок на осадки и потока воды.

Котлы образуются, когда блоки застойного льда закапываются в вымывных отложениях и впоследствии тают, оставляя углубления. Многие чайники заполняются водой, создавая чайниковые озера и водно-болотные угодья, которые являются общими чертами вымывных ландшафтов, таких как в регионе Великих озер. Узоры сортировки осадков на вымывных равнинах - более грубый материал вблизи ледяного поля, превращающегося в более мелкие отложения вниз по течению - позволяют геологам реконструировать древние системы талых вод и ледниковую гидрологию.

Щепки

Шепки — извилистые хребты, состоящие из песка и гравия, осаждаемые талыми потоками, протекающими внутри или под ледниками, которые могут простираться на десятки километров и подниматься на несколько десятков метров над окружающей местностью.

Эксеры служат важными водоносными горизонтами и являются ценными источниками агрегата для строительства. Их форма и ориентация дают подсказки о подледниковых дренажных сетях и тепловых условиях ледяного покрова.Эскиры особенно распространены в Канаде, Финляндии и Ирландии, где они часто образуют естественные коридоры для транспортных маршрутов и поставляют качественные грунтовые воды.

Для получения дополнительной информации о процессах осаждения и примерах формы рельефа, обратитесь к статье Энциклопедия Британника о ледниковых формах рельефа , которая предлагает исчерпывающую ссылку.

Ледниковые формы и исследования климата

Ледниковые формы рельефа обеспечивают некоторые из наиболее надежных показателей прошлых климатических условий. Терминальные морены отмечают максимальную степень прошлых оледенений, что позволяет ученым реконструировать объемы ледяного покрова и их эквивалентное воздействие на глобальные уровни моря. Геометрия цирка и высота равновесных линий (ELA) служат индикаторами прошлых температур и режимов осадков.

Абсолютные хронологии ледниковых наступлений и отступлений за последние десятки тысяч лет устанавливаются посредством радиоуглеродного датирования органического материала, сохранившегося в чайниковых озерах или на моренных поверхностях.Помимо датировки, эрозионные сигнатуры, такие как U-образные долины и фьорды, указывают на области, когда-то покрытые толстым льдом, помогая проверить численные модели ледяных листов.

Современные исследования все чаще объединяют детальные полевые наблюдения с данными дистанционного зондирования, включая спутниковые снимки и бортовой лидар, для уточнения этих реконструкций. Это особенно важно в отдаленных регионах, таких как Антарктида и Гренландия, где прямой доступ ограничен. Одной из примечательных методик является космогенная нуклидная датировка, которая измеряет возрасты воздействия ледниково-полированной породы, обеспечивая точные временные рамки для отступления льда со времен последнего ледникового максимума.

Эти достижения существенно улучшили наше понимание динамики ледяного покрова, темпов коллапса и последствий для будущего повышения уровня моря в условиях продолжающегося изменения климата.

Ледниковые формы в условиях меняющегося климата

Сегодня большинство ледников за пределами полярных ледниковых щитов отступают, что является прямым следствием глобального потепления. По мере таяния льда вновь возникают ранее погребенные формы суши, и появляются новые осадочные особенности, когда высвобождаются осадочные породы. Образование проледниковых озер - озер, которые образуются на краю ледника - и дестабилизация морских склонов представляют значительные геоопасности в горных хребтах по всему миру, включая Анды, Гималаи и Альпы.

Остекление подвергает выветриванию свежие поверхности пород и инициирует новые циклы экологической последовательности.В ранее оледеневших районах наследие ледниковых рельефов продолжает влиять на гидрологию, развитие почв и растительные узоры.Плодородные дожди и вымывные отложения поддерживают сельское хозяйство, в то время как барабанные перепонки и эскизы создают естественные коридоры для дорог, железных дорог и поселений.

По мере сокращения криосферы понимание этих рельефов становится все более актуальным. Они являются не только отчетами о прошлых изменениях, но и шаблонами для будущей эволюции ландшафта в более теплых условиях. Например, наводнения в проледниковых озерах (GLOFs), вызванные провалами морских плотин, угрожают общинам вниз по течению, что требует усилий по мониторингу и смягчению последствий.

Заключение

Ледниковые формы рельефа являются мощным свидетельством динамического взаимодействия между льдом, скалами и климатом. Их разнообразные формы - от обширных U-образных долин и острых аретов до сложных эскеров и барабанных камней - раскрывают огромную геоморфическую силу ледников. Помимо их эстетической и научной ценности, эти формы рельефа играют решающую роль в формировании экосистем, влияя на деятельность человека и предоставляя представление о климатическом прошлом и будущем Земли.

Продолжение исследований, интегрирующих традиционные полевые работы с передовыми методами дистанционного зондирования и геохронологическими методами, обещает углубить наше понимание ледниковых процессов и их воздействия на окружающую среду.В эпоху быстрого изменения климата такие знания имеют жизненно важное значение для управления водными ресурсами, прогнозирования ландшафтных опасностей и сохранения хрупких сред, сформированных ледниками.