Как ледники формируют нашу планету: процессы эрозии и осаждения ледников

Ледники являются одной из самых мощных сил, меняющих поверхность Земли. Эти огромные ледяные тела, медленно текущие под собственным весом, действуют как естественные бульдозеры, конвейерные ленты и скульпторы. Они трансформируют целые горные хребты, вырезают глубокие долины и откладывают огромные количества осадков на континентах. Понимание двойных процессов ледниковой эрозии и осаждения имеет важное значение для геологов, климатологов и всех, кто интересуется тем, как ландшафты развиваются с течением времени.

Что такое ледниковая эрозия?

Ледниковая эрозия — это удаление и транспортировка породы и осадка путем перемещения льда. В отличие от рек, которые в основном разрушаются гидравлическим действием и истиранием, ледники используют вес и движение льда, чтобы разбить скалу. Два доминирующих механизма управляют этим процессом: выщипывание и истирание .

Плюк (скачок)

По мере продвижения ледника талая вода просачивается в трещины и соединения в породе подо льдом. Когда вода замерзает, она расширяется, отрывая фрагменты скалы. Ледник затем встраивает эти фрагменты породы в свое основание и оттягивает их по мере движения. Этот процесс особенно эффективен, когда порода хорошо соединена или сломана. Результатом является грубое, неправильное ледниковое ложе, и удаленный мусор становится частью нагрузки льда.

ссадина

Как только фрагменты породы замораживаются в основание ледника, они действуют как песчаная наждачка. По мере того, как лед скользит по цокольной породе, эти частицы измельчают и царапают поверхность, полируя ее гладко в некоторых областях и оставляя глубокие полосы (параллельные царапины) в других. Истирание наиболее эффективно, когда ледник быстро движется, а обломки на его основании состоят из твердых, угловых материалов, таких как кварц или гранит. Направление царапин может выявить прежнее направление потока ледника.

Дополнительные механизмы эрозии

Два менее часто обсуждаемых эрозионных процесса также способствуют: выдавливанию и подледниковой речной эрозии. Сдавливание происходит, когда мягкие, заболоченные осадки под ледником вытесняются в трещины и удаляются. Подледниковая речная эрозия происходит, когда талая вода течет под высоким давлением под ледяными туннелями и каналами, часто углубляя долины быстрее, чем сам лед.

Формы, созданные ледниковой эрозией

Ледниковая эрозия производит некоторые из самых драматических и легко узнаваемых особенностей на Земле.Эти формы рельефа часто встречаются в высоких горных хребтах и регионах, когда-то покрытых ледяными щитами.

  • U-образные долины: В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледники расширяют и углубляют существующие долины ручья в широкие плоские впадины с крутыми сторонами. Классическим примером является долина Йосемити в Калифорнии.
  • Цирки: Это чашеобразные, амфитеатрообразные углубления во главе ледниковой долины. Они образуются, когда ледник размывается на склоне горы (обратно) и часто заполняются небольшим озером (туанем) после таяния льда.
  • Ареты: Когда два цирка разрушают соседние горные стороны, между ними остаётся острый, острый хребет.
  • Рога: Если три или более кругов стерли одну горную вершину с разных направлений, то за спиной остаётся крутая пирамидальная вершина, называемая рогом. Маттерхорн на швейцарско-итальянской границе — самый известный пример.
  • Roche moutonnée: Это асимметричные коренных ручек, образованных ледниковой истирание на верхнем (стосс) стороне, которая гладкая и полированная, и выщипывание на нижнем (ли) стороне, которая грубая и крутая. Они указывают направление потока льда.
  • Фьорды: Когда U-образная долина, образованная ледником, позже затопляется морем, она становится фьордом.Глубокие, узкие заливы Норвегии, Аляски и Чили являются впечатляющим свидетельством ледниковой эрозии ниже уровня моря.

Что такое ледниковое осаждение?

Когда ледник теряет свою энергию — обычно из-за таяния или уменьшенной скорости потока — он больше не может нести свою нагрузку обломков горных пород. Затем материалы оседают либо непосредственно из льда, либо потоками талой воды. Этот процесс известен как ледниковое осаждение. Сам осадок называется до тех пор, пока , если оседает непосредственно льдом, и , если оседает талой водой.

Виды ледниковых отложений

Ледниковые отложения в целом делятся на две категории: несортированный мусор (дождь) и сортированный мусор (стратифицированный дрейф).Тилл — смесь глины, ила, песка, гравия и валунов без постельного белья.Стратифицированный дрейф сортируется водой по слоям частиц аналогичного размера.

Морейн

Морейны - это хребты или курганы, которые образуются на окраинах ледников. Существует несколько типов:

  • Терминальная морена: Хребет до тех пор, пока не будет отмечен самый дальний подъем ледника, образуется там, где лед тает так же быстро, как и течет, оставляя груду обломков у морды.
  • Морена: Найдена по сторонам ледника долины, состоящего из камнепада и обломков от стен долины.
  • Медиальная морена: Образуется, когда два ледника сливаются и их боковые морены объединяются, создавая темную полосу обломков вниз по центру слитого ледника.
  • Наземная морена: Слой до тех пор, пока не распространится по ландшафту, когда ледник отступает, часто образуя мягко волнистую равнину.

Драмлины

Барабаны обтекаются, каплевидные холмы до тех пор, пока они не образуются под движущимся льдом. Они вытянуты в направлении потока льда, с крутой стороной кисточки и суженной стороной ли. Барабаны часто встречаются в кластерах, называемых дармлиновые поля , такие как в северной части штата Нью-Йорк и южной Финляндии. Их форма указывает на направление ледникового движения.

Щепки

Шепки - длинные, извилистые гряды песка и гравия, образовавшиеся в подледниковых талых водоемах. При таянии льда заливка канала остается извилистым хребтом. Шепки - важные источники агрегата для строительства и могут простираться на сотни километров.

Камес и Кеттлс

Камес — это крутые насыпи отсортированных осадков, осажденных талой водой в углублениях на или вблизи застойного льда. Кеттлы — это углубления, оставленные позади, когда блок льда, похороненный в вымывных таяниях, часто образует чайники. Вместе Камес и чайники создают горбатый ландшафт, известный как топография Каме и чайника .

Вымыть поляны

По мере того, как талые потоки воды утекают от ледника, они распространяют осадок по промывной равнине. Эти равнины плоские, широкие и состоят из хорошо разноцветных песка и гравия. Плетенные потоки, которые пересекают их, постоянно смещают каналы, осаждая слои осадка, которые сгущаются вниз по течению.

Неправильные валуны

Ледники могут транспортировать огромные валуны далеко от их источника. Когда их оставляют после отступления льда, эти неподвижности покоятся на совершенно другой коренной породе. Например, гранитные валуны, найденные на известняковых равнинах на Среднем Западе, были перенесены на сотни миль Лаврентийским ледяным щитом.

Факторы, влияющие на эрозию и осаждение ледников

Эффективность эрозии ледников и характер осаждения зависят от нескольких взаимодействующих переменных:

  • Климат:]Температура и осадки контролируют баланс массы ледника. Ледник, который получает больше снега, чем теряет (положительный баланс массы), продвигается и разрушается более агрессивно. Более теплые температуры увеличивают талую воду в основании, которая может смазывать ледник и ускорять поток, усиливая как выщипывание, так и истирание.
  • Топография: Густая местность гонит лед в узкие долины, увеличивая скорость потока и эрозионную силу. Широкие, мягкие склоны позволяют льду распространяться и откладывать осадок более равномерно.
  • Толщина и скорость льда: Толстый лед оказывает большее давление на кровать, способствуя более сильной выщипыванию и истиранию. Более быстро движущийся лед разрушается быстрее, потому что мусор перетаскивается по скале с более высокой энергией.
  • Композиция породы: Мягкая, трещина или стыковая порода (например, известняк или сланец) легче выщипываются, чем твердая, массивная порода (например, гранит). Истирание также более эффективно, когда порода относительно мягкая.
  • Содержание мусора: Ледник, несущий большую нагрузку угловой породы у основания, обладает большей абразивной силой. И наоборот, чистый (без мусора) ледник может скользить легче, но разрушаться менее эффективно.
  • Подледниковая гидрология: Количество и давление талой воды под ледником влияют на базальное скольжение и выщипывание. Высокое давление воды может поднять ледник с его дна, уменьшая трение и увеличивая скорость — явление, наблюдаемое в растущих ледниках.

Тематические исследования ледниковой эрозии и осаждения

Примеры из реального мира помогают проиллюстрировать масштаб и влияние ледниковых процессов.

Долина Йосемити, США

Долина Йосемити в калифорнийской Сьерра-Неваде представляет собой учебник U-образной долины, вырезанной повторяющимися оледенениями. Река Мерсед теперь течет вдоль дна долины, но крутые гранитные стены, включая Эль-Капитан и Полукупол, были сформированы ледниковой выщипыванием и истиранием. Висящие долины долины (такие как Бридалвейл-Крик) производят впечатляющие водопады, где притоковые ледники не смогли углубить свои каналы так же, как главный ледник ствола.

Великие озера, США/Канада

Великие озера являются прямым продуктом ледниковой эрозии и осаждения. Во время последнего ледникового максимума Лаврентийский ледяной щит вычищал слабую осадочную породу, создавая огромные бассейны. По мере отступления льда эти бассейны заполнялись талой водой, покидая современные озера. Окружающие регионы покрыты терминальными моренами (например, Дубовые ридгесские морены в Онтарио) и обширными равнинами. Размеры и формы озер все еще приспосабливаются к изостатическому отскоку.

Швейцарские Альпы

Альпийские ледники, такие как ледник Алеч, ваяли Альпы в ландшафте аретов, рогов и U-образных долин. Маттерхорн - классический рог, который возвышается над Церматтом. Морейны из Малого ледникового периода (1550-1850 гг. н.э.) видны вблизи многих ледниковых морд, что свидетельствует о недавних достижениях и отступлениях. Исследования этих морен помогают ученым понять прошлые изменения климата.

Патагонский ледяной покров, Чили/Аргентина

В Южной Америке Южные и Северные Патагонские ледяные поля являются крупнейшими умеренными ледяными массами в Южном полушарии. Ледники, такие как Перито Морено, известны своими динамичными достижениями и отступлениями. Массивные U-образные долины, фьорды и бесчисленные озера (например, озеро Буэнос-Айрес и озеро Сан-Мартин) являются продуктами интенсивной ледниковой эрозии. В этом районе также есть видные барабанные поля и эскизы.

Гималайские ледники

Гималайский хребет содержит тысячи ледников, питающих крупные реки, такие как Ганга, Инд и Брахмапутра. Ледниковая эрозия здесь быстрая из-за крутых склонов и частых оползней, которые снабжают обломками. Многие ледники сильно покрыты обломками, что изолирует лед и замедляет таяние. Получающиеся рельефы включают массивные боковые морены, горбатую топографию и надледниковые озера.

Значение ледников в современном мире

Ледники — это гораздо больше, чем просто геологические курьезы, они являются важнейшими компонентами системы Земли.

  • Ледники хранят около 69% пресной воды в мире. Во многих регионах, включая Анды, Гималаи и Тихоокеанский Северо-Запад, летняя талая вода из ледников снабжает реки, которые поддерживают сельское хозяйство, питьевую воду и гидроэнергетику. По мере сокращения ледников эти запасы воды становятся менее надежными.
  • Изменение уровня моря: Таяние ледников и ледяных щитов является крупнейшим фактором глобального повышения уровня моря. Только ледяные щиты Гренландии и Антарктики содержат достаточно льда, чтобы поднять уровень моря более чем на 60 метров. Даже небольшие потери от горных ледников влияют на прибрежные сообщества во всем мире.
  • Регулирование климата:] Ледники имеют высокое альбедо, отражающее большую часть поступающего солнечного излучения обратно в космос. По мере их таяния, более темные породы и вода подвергаются воздействию, поглощая больше тепла и создавая петлю обратной связи, которая ускоряет потепление.
  • Экосистемы:] Ледниковая талая вода создает уникальные среды обитания, в том числе холодноводные потоки и фьорды, поддерживающие специализированную флору и фауну. Например, ледяной червь (Mesenchytraeus solifugus) обитает исключительно в североамериканских ледниках. Цветки планктона процветают в ледниковых талых плюмах.
  • Геологические данные: Ледниковые отложения, известные как тиллит, сохраняют свидетельства прошлых ледниковых периодов, которые произошли сотни миллионов лет назад. Изучение древних ледниковых отложений помогает ученым реконструировать климатическую историю Земли и предсказать будущие изменения.

Современные исследования все больше фокусируются на том, как быстро отступают ледники и что это означает для человеческих обществ. Например, Геологическая служба США отслеживает ледники в национальных парках для отслеживания наличия воды и опасностей, таких как наводнения ледниковых озер (GLOFs). Международные программы, такие как Глобальные измерения наземного льда из космоса (GLIMS) [FLT: 3], используют спутниковые снимки для документирования изменений в ледниковой протяженности во всем мире.

Заключение

Ледниковая эрозия и осаждение являются фундаментальными процессами, которые сформировали большую часть поверхности Земли, особенно в высоких широтах и горных регионах. Через выщипывание и истирание ледники вырезают U-образные долины, цирки, фьорды и пики рогов. Через осаждение они оставляют после себя морены, барабанные перепонки, эскизы и обширные равнины. Взаимодействие климата, топографии и ледниковой динамики определяет интенсивность и стиль этих процессов. Поскольку ледники продолжают отступать в нашем мире потепления, понимание того, как они формируют ландшафт, является более актуальным, чем когда-либо - не только для реконструкции прошлого, но и для прогнозирования будущих изменений в водных ресурсах, уровне моря и экосистемах. Наследие ледников написано на континентах, и эта история все еще разворачивается.