Ледники являются одними из самых мощных скульпторов поверхности Земли. Эти медленно движущиеся реки льда, найденные в полярных регионах и высоких горных хребтах, измельчают, выщипывают и откладывают материал по мере продвижения и отступления, оставляя после себя драматический и часто совершенно красивый ландшафт. Процессы, которые управляют оледенением, являются не только окном в прошлые ледниковые периоды, но и критической линзой, через которую можно увидеть современные изменения окружающей среды. Понимание ледниковой динамики имеет важное значение для студентов геологии, физической географии и климатологии, а также для всех, кто очарован сырыми силами, которые формируют наш естественный мир. В этой статье рассматриваются механика ледникового движения, двойные действия эрозии и осаждения, и отличительные формы рельефа, которые приводят к тому, как эти процессы реагируют на потепление климата.

Что такое ледниковые процессы?

Ледниковые процессы охватывают физические, химические и механические действия, которые ледники оказывают на подстилающую местность. В основе лежат две фундаментальные силы: эрозия, которая измельчает и уносит материал, и осаждение, которое оставляет осадок позади, когда тает лед. Эти процессы обусловлены движением льда - ледники текут под своим собственным огромным весом, часто всего несколько метров в год, но иногда поднимаются на десятки метров ежедневно. Поведение ледника зависит от таких факторов, как температура, базальное давление и присутствие талой воды в его основании. Поскольку ледники чрезвычайно чувствительны к изменениям климата, изучение их процессов обеспечивает архив прошлых атмосферных условий и прогностический инструмент для будущих экологических сдвигов.

Механика ледникового движения

Ледники движутся по двум первичным механизмам: внутренняя деформация (ползучесть) и базальное скольжение. Внутренняя деформация происходит при сдвиге кристаллов льда и перестраивается под напряжением, позволяя леднику течь как очень толстая жидкость. Базальное скольжение происходит, когда жидкая вода у основания ледника уменьшает трение, позволяя ледяной массе скользить по коренной породе. Этот смазочный эффект особенно важен в умеренных ледниках, где сезонное таяние производит обильные подледниковые воды. Сочетание этих типов движения определяет эрозию ледника и скорость осаждения. Климатические изменения температуры и осадков непосредственно изменяют баланс базального расплава и внутреннего потока, ускоряя или замедляя ледниковое движение.

Для более глубокого погружения в физику ледникового потока Геологическая служба США предлагает отличный учебник о том, как ледники движутся .

Эрозия ледников

Ледниковая эрозия гораздо мощнее ветровой или водной эрозии из-за огромного давления и абразивных инструментов, встроенных в лед.Два доминирующих механизма — выщипывание и истирание, но выветривание при замерзании-оттепели также играет вспомогательную роль.

Плюк (скачок)

Смыв происходит, когда талая вода проникает в трещины в породе под ледником и затем вновь замерзает.По мере того, как ледник продолжает двигаться, замерзшая вода действует как рычаг, отрывая куски породы и встраивая их в лед. Этот процесс преимущественно удаляет стыковые блоки, создавая грубые, неровные поверхности. Скопленные из породы обломки породы встраиваются в основание и бока ледника, превращая лед в естественный шлифовальный пояс.

ссадина

Как только фрагменты породы встраиваются в ледник, они действуют как грубая наждачная бумага, соскабливая о скалу по мере движения льда. Эта истирание измельчает породу в тонкую каменную муку (ледниковую муку) и полирует открытые поверхности, часто оставляя параллельные царапины, называемые полосками. Ориентация этих полос дает подсказки о направлении ледникового движения, ключевое доказательство для реконструкции древнего ледяного потока. Истирание наиболее эффективно, когда ледник скользит по твердой, устойчивой скале; более мягкие подложки, как правило, выщипываются легче.

Погода в холодном климате

Хотя это не прямо ледниковый эрозионный процесс, морозо-оттепельное выветривание (также называемое разбиением мороза) готовит скалу к выщипыванию и истиранию. Вода неоднократно просачивается в трещины, замерзает и расширяется, ослабляя скалу. Этот процесс особенно активен в периглациальных областях и на стенах долины над поверхностью ледника, производя большие угловые блоки, которые падают на лед.

Эрозионные формы земель

Эрозивная сила ледников вырезает набор отличительных рельефов, многие из которых сохраняются долго после исчезновения льда.Эти особенности часто считаются классическими признаками оледеневших ландшафтов.

U-Shaped Valleys (Ледниковые впадины)

В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледники вырезают широкие плоские долины с крутыми прямыми сторонами — характерная U-образная форма. Когда ледник движется по ранее существовавшей речной долине, он углубляет, расширяет и выпрямляет канал. Огромный вес и боковая сила льда разрушают стены долины, создавая профиль корыта. После отступления ледника долина часто содержит реку, которая намного меньше, чем масштаб долины, явление, называемое несоответствующим или недостаточным потоком. Висячие долины — приточные долины, усеченные главным ледниковым корытом, часто имеют водопады, которые погружаются в главную долину.

Cirques (Corries/Cwms)

Цирк представляет собой чашеобразную, амфитеатрическую впадину, вырезанную в стороне горы, часто во главе ледниковой долины. Цирковые формы, где снег накапливается в естественной полости и сжимается в ледниковый лед. Вращательное движение ледника углубляет впадину, а замораживание-оттаивание и выщипывание крученых стенок. После таяния льда небольшое озеро под названием туча может занимать круговой пол. Известные примеры включают Цирк Башен в Вайоминге, США, и корри Лейк-Крайона в Англии.

Артем

Арет — острый, острый хребет, образующийся, когда два ледника разрушают параллельные долины на противоположных сторонах горы. Хребет — это остаток первоначальной горной массы, которая не была разрушена. Ареты часто узкие и сложные для альпинистов; классическим примером является хребет Гардинер на Маттерхорне, хотя сама гора — это рог.

Рога

Рог — это отдельная пирамидальная вершина, образованная, где три или более кругов разрушают гору с разных сторон. Маттерхорн на швейцарско-итальянской границе — это пример из учебника. Каждый круг вырезается обратно в гору, оставляя крутой, граненый пик, который возвышается над окружающими ледниками. Рога являются одним из самых драматических свидетельств ледниковой эрозии.

Рош Мутонне

Эти асимметричные коренных ручек создаются, когда ледник движется по устойчивой обнажению. Верхняя сторона (стосная сторона) сглаживается и полируется истиранием, в то время как нисходящая сторона (лежная сторона) является крутой и грубой из-за выщипывания. Форма рош мутоне указывает направление потока льда. Они распространены в ранее оледенелых районах, таких как Канадский щит и части Скандинавии.

Ледниковые полосы

Как уже упоминалось, полосы представляют собой царапины и выпуклости на поверхности пород, вызванные камнями и обломками, протянутыми вдоль основания ледника. Они варьируются от тонких линий до глубоких канавок и используются геологами для реконструкции направлений ледового потока. Ориентация полос иногда может быть связана с конкретными достижениями ледового листа, как это документально подтверждено Национальным центром данных о снеге и льде.

Для визуальной галереи этих форм рельефа посетите ресурс National Geographic по ледникам и формам рельефа (примечание: доступна английская версия).

Опускание ледников

Когда ледники тают - будь то через климатическое потепление или природные циклы - они откладывают осадок, который они перенесли. Этот материал, коллективно называемый ледниковым дрейфом, можно разделить на две категории: до (несортированный мусор, осажденный непосредственно льдом) и промывание (сортированный осадок, заложенный талыми потоками воды). Полученные рельефы обеспечивают богатую запись ледниковой истории.

Морейн

Морейны - это хребты, которые накапливаются вдоль полей ледника. Они классифицируются по положению:

  • Терминальная морена: Насыпь обломков, отмечающая наиболее дальний наступление ледника.
  • Последние морены:] Замки обломков по бокам ледника, часто полученные из камнепадов со стен долины.
  • Медиальные морены: Образовались там, где сливаются два ледника, объединяя их боковые морены в единый линейный хребет, идущий по слитому леднику.
  • Рецессионные морены: Меньшие хребты, образовавшиеся во время временных пауз в отступление ледника.

Морейны являются ключевыми индикаторами протяженности ледников и часто используются для реконструкции прошлых ледяных границ.

Драмлины

Барабаны обтекаются, вытянутые холмы в форме перевернутой ложки. Они обычно состоят из троллей и выровнены в направлении потока льда, с крутым (бросовым) концом, обращенным к наступающему леднику, и нежным (ли) концом, тянущимся позади. Барабаны часто встречаются в полях или роях, и их образование все еще обсуждается - некоторые могут образовываться путем осаждения под быстро движущимся ледяным потоком, в то время как другие являются результатом эрозивной обтекаемости. Классическое барабанное поле проходит к югу от озера Онтарио в штате Нью-Йорк, охватывая тысячи форм холмов.

Кеттлз

Котлы — это углубления, оставшиеся, когда большой кусок льда, зарытый в промывку или в промывку, тает без слива. Получающееся отверстие часто заполняет водой, образуя чайниковое озеро. Эти особенности распространены на вымывных равнинах и бывших ледниковых полях. Кеттл Морейн в Висконсине, США, является хорошо известным примером ландшафта, сформированного чайником.

Вымыть поляны

По мере таяния ледников огромные объемы воды текут с ледяного фронта. Эта талая вода несет мелкие осадки - песок, ил и гравий - и откладывается в широких, мягко наклонных равнинах, называемых промывными равнинами. Осадки в промывке сортируются потоком воды, причем более грубые материалы откладываются ближе к леднику и более мелкие материалы дальше. Промывные равнины часто осушаются плетеными реками, которые часто сдвигают каналы.

Щепки

Шахты — извилистые гряды песка и гравия, образовавшиеся в подледниковых талых водоемах. По мере отступления льда отложения ручьев сваливались в гряды. Шахты могут быть длиной в много километров и являются важными источниками агрегата для строительства. Они распространены в ранее оледеневших регионах, таких как Финляндия и Канада.

Варве

Каждый из них состоит из грубого летнего слоя (песок/игла) и тонкого зимнего слоя (глина). Подсчет клапанов обеспечивает хронологию ледникового таяния и изменения климата с высоким разрешением. Этот метод, известный как хронология клапанов, является мощным инструментом в палеоклиматологии.

Ледниковые процессы и изменение климата

Изучение ледниковых процессов как никогда актуально, поскольку ледники являются одними из наиболее заметных показателей глобального потепления. С начала XX века большая часть ледников мира отступает ускоренными темпами. Последствия выходят далеко за рамки потери живописных ландшафтов.

Ускоренное отступление и массовые потери

Более высокие глобальные температуры увеличивают скорость таяния поверхности и уменьшают накопление снега в зоне накопления. Многие ледники сейчас испытывают отрицательный баланс массы, то есть теряют больше льда, чем получают каждый год. Например, ледники в Европейских Альпах потеряли примерно половину своего объема с 1850 года, и многие более мелкие ледники, по прогнозам, полностью исчезнут к концу этого века. Такое быстрое отступление обнажает новые формы рельефа и изменяет местные экосистемы, часто нестабильные морские склоны, которые могут быть склонны к оползням и потокам мусора.

Влияние на темпы эрозии

Более теплые условия могут увеличить базальное таяние, которое смазывает ледники и может временно ускорить их поток, потенциально увеличивая скорость эрозии. Однако, поскольку ледники тоньше и отступают, они теряют контакт с коренной породой, уменьшая площадь, над которой может произойти эрозия. Чистый эффект сложен и пространственно изменчив. Исследователи используют выход осадочных пород из проледниковых потоков для измерения того, как эрозия реагирует на быстрое изменение климата. Исследование 2021 года, опубликованное в Геология , показало, что некоторые ледники Аляски разрушаются со скоростью, в несколько раз превышающей во время Малого ледникового периода.

Новые формы рельефа и меняющаяся гидрология

По мере отступления льда, ранее заполненные льдом долины становятся доступными для новых процессов. Проледниковые озера формируются во многих оледеняющих районах, и эти озера могут хранить талую воду и изменять осаждение осадков. Осадок, который был захвачен в лед, теперь перераспределяется, создавая новые моренные комплексы, вентиляторы и дельты. Эти динамические ландшафты часто нестабильны - внезапное осушение ледникового озера (jökulhlaup) может вызвать массивные наводнения и изменить долины за несколько часов.

Глобальные последствия

Ледниковые процессы напрямую влияют на повышение уровня моря. Ледяные щиты в Гренландии и Антарктиде хранят огромные объемы воды, и их таяние вносит значительный вклад в глобальное повышение уровня моря. Кроме того, многие регионы, такие как Анды и Гималаи, полагаются на сезонные талые воды из ледников для питьевой воды, орошения и гидроэнергетики. По мере сокращения ледников достигается «пик воды», после чего летние потоки снижаются, угрожая водной безопасности миллиардам людей.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) сообщает, что потеря массы ледников будет продолжаться в течение десятилетий, даже если потепление стабилизируется. Для всеобъемлющих данных Всемирная служба мониторинга ледников (WGMS) поддерживает Глобальный бюллетень по изменению ледников , который является важным ресурсом для отслеживания этих изменений.

Почему важно понимать ледниковые процессы

От первой встречи студента с U-образной долиной до анализа климатологом ледяных рекордов, изучения ледниковых процессов, мостов геологии, географии и атмосферной науки. Эти процессы не просто исторические курьезности - они активны, динамичны и тесно связаны с климатической системой планеты. По мере того, как ледники сокращаются, они открывают новые ландшафты, вызывают новые опасности и высвобождают запасенную пресную воду, которая поддерживает экосистемы и общества.

Образовательные подходы

Для педагогов ледниковая геоморфология предлагает визуально привлекательный предмет, который можно преподавать с помощью полевых наблюдений, лабораторных экспериментов и цифрового моделирования. Практические занятия, такие как моделирование ледниковой эрозии с использованием песка и ледяных блоков, помогают студентам понять механику выщипывания и истирания. Виртуальные полевые поездки с использованием Google Earth позволяют учащимся исследовать великолепные рельефы таких районов, как Национальный парк Йосемити или фьорды Норвегии, не выходя из класса. Исследовательские проекты, которые отслеживают местное ледниковое отступление (с использованием исторических фотографий и данных ГИС), связывают абстрактные концепции с реальными изменениями.

Читать далее →

Для углубления вашего понимания, Британская геологическая служба предоставляет доступный обзор оледенений и рельефов. Для углубленных исследований учебник Глациальная геология: ледяные щиты и рельефы Беннетта и Глассера остается стандартной ссылкой.

Заключение

Ледниковые процессы — эрозия, осаждение и сложное взаимодействие льда, воды и скал — сформировали некоторые из самых захватывающих пейзажей на Земле. От суровой красоты пиков рогов и озер цирка до тихих линий барабанных полей эти рельефы рассказывают историю климатических колебаний, которая охватывает тысячелетия. В антропоцене эта история переписывается быстрым потеплением. Понимание механики и последствий ледниковых процессов является не только уроком в силе природы, но и жизненно важным инструментом для прогнозирования и адаптации к планете в переходный период. Будь то в классе, поле или лаборатории, изучение ледников остается убедительной и важной областью науки.