Ледники являются одной из самых мощных сил, формирующих поверхность Земли, вырезающих и меняющих ландшафты на протяжении тысячелетий. Эти массивные ледяные тела покрывают около 10% площади суши планеты сегодня и когда-то покрывали гораздо больше во время ледниковых периодов. Понимание ледниковых ландшафтов имеет важное значение не только для понимания геологической истории Земли, но и для прогнозирования будущих изменений, поскольку изменение климата ускоряет отступление ледников. В этой статье исследуются формирование, движение и эрозивная сила ледников, отличительные формы рельефа, которые они создают, отложения, которые они оставляют, и их критическая роль в глобальной климатической системе.

Что такое ледники?

Ледники представляют собой устойчивые тела плотного льда, которые образуются, когда накопление снега превышает абляцию в течение многих лет. По мере того, как снег сжимается в пряжу, а затем в лед, масса становится достаточно плотной, чтобы течь под собственным весом. Ключевое требование - это климат, достаточно холодный, чтобы снег мог выживать круглый год, что приводит к накоплению сети. Ледники движутся медленно - обычно сантиметры до метров в день - движимые гравитацией и внутренней деформацией.

Континентальные ледники

Континентальные ледники, или ледяные щиты, покрывают обширные участки суши. Двумя основными ледяными щитами сегодня являются Антарктида и Гренландия. Эти массивные тела могут быть толщиной в тысячи метров и вытекать наружу из их центров. Только Антарктида содержит около 90% пресной воды в мире. Континентальные ледники оказывают глубокое влияние на глобальный уровень моря; если гренландский ледяной щит полностью растаял, уровень моря поднимется примерно на 7 метров.

Альпийские ледники

Альпийские ледники образуются в высоких горных хребтах, таких как Гималаи, Альпы и Анды. Они ограничены долинами и стекают вниз по склону, часто вырезают глубокие впадины. Эти ледники меньше ледяных щитов, но очень активны в формировании горной местности. Они быстро реагируют на изменения климата, продвигаясь в прохладные периоды и отступая в более теплые фазы.

Движение ледника происходит через два механизма: внутренняя деформация (кристаллы льда скользят друг над другом) и базальный скольжение (ледник скользит по тонкому слою талой воды в его основании). Скорость движения зависит от таких факторов, как наклон, толщина льда и температура. Теплые ледники (те, которые находятся в точке плавления под давлением в их основании) могут двигаться быстрее и разрушаться более эффективно, чем ледники на холоде, замороженные до основания.

Процесс ледниковой эрозии

Ледниковая эрозия преобразует ландшафты посредством двух основных процессов: истирания и выщипывания. Эти процессы работают вместе, часто усиливаясь от чистого веса и движения льда. Скорость эрозии зависит от скорости льда, типа породы и наличия мусора, встроенного в лед.

ссадина

Истирание происходит, когда камни и осадок, переносимые у основания ледника, соскребают о скалу, как наждачную бумагу. Это измельчение полирует поверхность породы и оставляет царапины, называемые ледниковыми полосами, которые фиксируют направление ледяного потока. Более крупные обломки могут вырезать глубокие канавки и даже полировать поверхности до гладкой, блестящей отделки. Более мелкие частицы, образующиеся при истирании, создают тонкую каменную муку, которая часто придает ледниковой талой воде молочный вид.

блевать

Смывка (или карьерирование) происходит, когда талая вода входит в трещины в породе, затем замерзает и расширяется. По мере движения ледника он оказывает тяговую силу, которая ослабляет и поднимает фрагменты породы. Эти породы встраиваются в лед и действуют как инструменты для дальнейшего истирания вниз по течению. Смывка создает грубые, зубчатые поверхности и может вырезать большие блоки, оставляя позади крутые наголовники. Сочетание выщипывания и истирания наиболее эффективно на хорошо соединенных породах, таких как гранит или гнейс.

Другие эрозивные процессы

В дополнение к истиранию и выщипыванию ледники вызывают эрозию через дробление (напор льда над коренной породой) и гидрофрактурирование (нагружающие расщелины давления талой воды). Подледниковый поток воды также может разрушаться посредством гидравлического действия, особенно в каналах подо льдом. Эти процессы вместе делают ледники одними из самых эффективных эрозионных агентов на Земле, способных опускать горные хребты на километры в течение миллионов лет.

Формы, созданные ледниковой эрозией

Эрозионная сила ледников производит набор отличительных рельефов, которые узнаваемы даже после таяния льда. Эти особенности обеспечивают ключевые доказательства прошлого оледенения и помогают ученым реконструировать древний ледяной покров.

U-Shaped Valleys

В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледниковые долины широкие и округлые с крутыми прямыми сторонами и плоским полом. Эта форма является результатом ледника, занимающего всю долину и расширяющего ее через боковую эрозию. По мере движения ледника он также углубляет пол долины. После отступления льда эти долины часто содержат висящие притоковые долины, где более мелкие ледники когда-то присоединялись к основному потоку. Известные примеры включают долину Йосемити в Калифорнии и многие долины в швейцарских Альпах.

Цирк

Цирк представляет собой чашеобразную, амфитеатрическую депрессию, обнаруженную во главе ледниковой долины. Он образуется путем сочетания выщипывания и заморозки в стенке и истирания на полу. Многие цирки содержат небольшое озеро под названием тарн после таяния ледника. Цирки часто встречаются в скоплениях и распространены в горных хребтах, таких как Скалистые горы и Гималаи.

Арет

Когда два соседних цирка разъезжаются друг к другу, они оставляют узкий, острый хребет, называемый arête. Arêtes крутые и часто обеспечивают сложные маршруты для альпинистов. Некоторые ареты имеют острый, зубчатый верх, в то время как другие имеют более округлый профиль в зависимости от истории породы и эрозии.

Рога

Рог — крутая пирамидальная вершина, образующаяся, когда три или более кругов размывают гору с разных сторон. Маттерхорн на швейцарско-итальянской границе — классический пример. Рога являются одними из самых ярких ледниковых рельефов и распространены в районах с обширным альпийским оледенением.

Фьорды

Фьорды — длинные, узкие, глубокие впадины моря, занимающие U-образные долины, вырезанные ледниками, простирающимися до побережья. Когда ледник отступает, морская вода затопляет долину. Фьорды распространены в Норвегии, Чили, Новой Зеландии и Аляске. У них часто есть неглубокий подоконник у рта, где ледник отложил осадок перед отступлением.

Рош Мутонне

Это асимметричные горбы породы, сформированные ледниковой эрозией. Верхняя сторона сглажена и истирается, показывая полосы, в то время как нисходящая сторона крутая и грубая, где выщипывание удаленных пород. Форма напоминает овечью спину, придавая черте ее французское название. Roches moutonnées обеспечивают четкое свидетельство направления льда и распространены в ранее оледеневших районах, таких как Шотландия и Новая Англия.

Ледниковое осаждение

В то время как эрозия вырезает ландшафт, ледники также откладывают огромное количество осадка, когда они тают и отступают. Этот материал, называемый ледниковым до ледникового периода, несортирован и может варьироваться от тонкой глины до массивных валунов. Депозиционные формы рельефа дают ключи к размаху и динамике древних ледников.

Морейн

Морена представляет собой скопление осаждаемых ледником обломков. Существует несколько различных типов, основанных на положении и образовании:

  • Терминальная морена:Хребт до тех пор, пока это не знаменует собой самое дальнее продвижение ледника.
  • Современная морена: Параллельные хребты по бокам ледника долины, построенные из обломков, падающих на лед со стен долины.
  • Медиальная морена: Образовалась там, где сливаются два ледника, объединяя их боковые морены в единую полосу обломков вдоль центра слитого ледника.
  • Наземная морена: Широко распространенное тонкое одеяло до тех пор, пока ледник не отступит, часто образуя мягко волнистую равнину.
  • Рецессионная морена: Меньшие хребты, образующиеся во время временных остановок или сдвига во время общего отступления ледника.

Драмлины

Барабаны обтекаемые, вытянутые холмы, сделанные из троллей. Они обычно имеют форму перевернутой ложки, с крутой ствой (вверхледниковой) стороны и суженной ли (вниз ледниковой) стороны. Их форма отражает направление потока льда и обычно встречается в группах, называемых барабанными полями. Происхождение барабанных полей все еще обсуждается; они, как полагают, образуются под активным льдом, где ледник формирует мягкий осадок. Знаменитый район Озер Фингера в Нью-Йорке имеет обширные барабанные поля.

Щепки

Шепки — длинные извилистые хребты, состоящие из песка и гравия, образованные талыми потоками воды, которые текли внутри или под ледником. По мере таяния ледника отложения каналов оставляют в виде извилистого хребта. Шепки являются важными источниками агрегата для строительства, а также дают подсказки о подледниковой гидрологии.

Камес и Кеттлс

Камес — это небольшие конусообразные холмы из стратифицированного песка и гравия, отложенные талой водой в углублениях или вдоль ледяного поля. Котлы образуются, когда блок льда зарывается осадком и позже тает, оставляя углубление, которое часто становится озером. Кетловые озера распространены в молодых ледниковых ландшафтах, таких как северные Соединенные Штаты и Канада. Сочетание камеса и чайников создает нерегулярную, гуммовую топографию, известную как каме и чайник .

Вымыть поляны

За пределами конца ледника талая вода уносит мелкие осадки, образуя широкие, мягко наклонные равнины, которые состоят из хорошо отсортированного песка и гравия, а когда вода замедляется, она сначала откладывается самые большие частицы, создавая градуированную последовательность размеров осадков от ледяного фронта, а также очистные равнины часто являются плодородными сельскохозяйственными угодьями.

Влияние ледников на климат и экосистемы

Ледники — это не просто пассивные реликвии, они активно взаимодействуют с климатической системой и поддерживают уникальные экосистемы, их влияние простирается от глобального уровня моря до местной гидрологии и биоразнообразия.

Повышение уровня моря

Таяние ледников и ледяных щитов в настоящее время является крупнейшим фактором повышения уровня моря после теплового расширения морской воды. Согласно программе НАСА «Климат» , ледяные щиты Гренландии и Антарктики потеряли триллионы тонн льда в последние десятилетия. Если бы весь сухопутный лед таял, уровень моря поднялся бы примерно на 70 метров, хотя этот сценарий занял бы столетия. Даже метр подъема вытеснил бы миллионы людей, живущих в прибрежных зонах.

Пресноводные ресурсы

Многие популяции зависят от ледниковой талой воды для питья, орошения и гидроэнергетики.В Андах, Гималаях и Альпах ледники выступают в качестве природных водохранилищ, которые выделяют воду в сухие летние месяцы.По мере сокращения ледников за первоначальным увеличением талой воды может последовать резкое снижение по мере уменьшения массы льда.Это явление «пиковой воды» угрожает водной безопасности миллионам людей в таких регионах, как бассейны Инда, Ганга и Брахмапутры.

Эффект Альбедо и обратная связь с климатом

Ледники и ледяные щиты имеют высокое альбедо — они отражают большую часть солнечного излучения обратно в космос. По мере таяния льда более темные поверхности, такие как скала или океан, подвергаются воздействию, поглощая больше тепла и ускоряя таяние. Эта положительная обратная связь является основным фактором усиления Арктики и может вызвать быстрое региональное потепление. Данные Геологической службы США показывают, что площадь арктического морского льда резко сократилась с 1970-х годов, с каскадным воздействием на глобальные погодные условия.

Ледниковые экосистемы

Ледники поддерживают удивительное биоразнообразие. Криоконитовые дыры — талые карманы на поверхности льда — приютили микробные сообщества. Подледниковые озера, такие как озеро Восток в Антарктиде, содержат уникальные экстремофилы. Богатые отложения из ледниковых талых вод также оплодотворяют прибрежные воды, поддерживая цветение фитопланктона и рыболовство. Однако изменение климата угрожает этим хрупким экосистемам.

Изучение ледников: методы и значение

Глациология — научное исследование ледников — связана с полевыми наблюдениями, дистанционным зондированием и анализом ледяного ядра. Понимание прошлых оледенений помогает нам интерпретировать историю климата Земли и прогнозировать будущие изменения.

Ледяные коры как климатические архивы

Ледяные керны, пробуренные из ледяных щитов, сохраняют ежегодные слои снега, которые содержат захваченные пузырьки воздуха, пыль и химические изотопы. Эти записи простираются на сотни тысяч лет, предоставляя подробные данные о прошлых температурах, атмосферном составе и извержениях вулканов. Программа NAA Paleoclimatology хранит данные о ледяных кернах, используемые для реконструкции изменчивости климата в ледниковые периоды. Новые данные из ледяных кернов подтвердили беспрецедентный уровень современного потепления.

Дистанционное зондирование и моделирование

Спутники, подобные ICESat-2 НАСА, используют лазеры для измерения высоты ледника и изменения объема ледяного покрова с замечательной точностью. Наземные радиолокационные и GPS-исследования отслеживают поток и толщину льда. Компьютерные модели имитируют динамику ледника и предсказывают будущее отступление при различных сценариях выбросов. Эти инструменты необходимы для управления водными ресурсами и оценки риска уровня моря.

Заключение

Ледниковые ландшафты являются динамическими записями истории климата Земли и мощными агентами геологических изменений. От глубоких фьордов Норвегии до резных вершин Гималаев лед создал некоторые из самых потрясающих и узнаваемых особенностей планеты. Сегодня, когда мир нагревается, ледники отступают с беспрецедентной скоростью, изменяя экосистемы, уровень моря и запасы воды. Понимание того, как лед формирует Землю, - это не просто геологическое любопытство - это критический инструмент для прогнозирования будущего. Продолжение исследований и мониторинга имеет важное значение для смягчения последствий ледниковых изменений для обществ во всем мире.