Table of Contents

Введение: ледники как архитекторы поверхности Земли

Ледники стоят как некоторые из самых грозных скульпторов поверхности Земли, меняя ландшафты с помощью огромных сил, действующих в течение тысяч и миллионов лет. Эти массивные тела льда не только вырезают горные хребты и углубляют долины, но и откладывают огромное количество осадочных пород, фундаментально изменяя экосистемы и окружающую среду человека. Изучая ледники с геоморфологической точки зрения, мы получаем представление о сложных взаимодействиях между климатом, динамикой льда и земной геологией, которые продолжают влиять на поверхность планеты сегодня. Иконические особенности, такие как U-образные долины европейских Альп и глубокие фьорды Скандинавии, свидетельствуют о преобразующей силе ледников. Эта статья углубляется в процессы ледниковой эрозии, транспортировки и осаждения, характерные рельефы ледников создают, и как современное изменение климата резко меняет эти замороженные гиганты и ландшафты, в которых они доминируют.

Формирование ледников

Ледники берут начало в регионах, где снегопад накапливается в течение последовательных лет без полного таяния в течение летнего сезона.Это постоянное накопление и уплотнение снега постепенно превращается в плотный ледниковый лед, создавая динамическую массу, способную к пластическому потоку.Формирование ледников — сложный процесс, на который влияют климатические условия, топография и время.

  • Снег накапливается в топографической депрессии или плато, часто в высоких горах или полярных широтах, где температура остается достаточно низкой, чтобы предотвратить полное таяние в летние месяцы.
  • Разработка пряжи: Со временем накопленный снег сжимается под собственным весом, вытесняя воздух и превращаясь в пряжу, гранулированное промежуточное состояние между снегом и льдом. Это уплотнение может занять несколько лет в зависимости от температуры и условий снежного покрова.
  • Образование льда: Продолжающееся давление от накапливающихся слоев заставляет пряные зерна перекристаллизоваться в взаимосвязанные кристаллы льда, образуя твердый ледниковый лед. На глубинах примерно от 50 до 100 метров лед становится достаточно пластичным, чтобы деформироваться и течь под гравитационным напряжением.

Баланс массы ледника — разница между накоплением (ввод снега) и абляцией (потеря через таяние, сублимацию и отечность) — является ключевым фактором, контролирующим его рост или отступление. Положительный баланс массы приводит к продвижению ледника, в то время как отрицательный баланс приводит к усадке и истончению.

Ключевые факторы, влияющие на формирование ледников

  • Климат: Стойкие холодные температуры и адекватные снегопады имеют важное значение. Регионы с длинными, холодными зимами и короткими, прохладными летами благоприятствуют развитию ледников.
  • Топография: Высотные горные бассейны, затененные долины и континентальные полярные плато обеспечивают естественные зоны накопления, укрывая снег от воздействия ветра и солнца.
  • Время: Трансформация от снега до ледникового льда может охватывать десятилетия и столетия, требуя длительных периодов благоприятных климатических условий для значительного образования ледников.

Для авторитетного обзора формирования ледников посетите Национальный обзор ледникового центра данных о снеге и льде .

Типы ледников

Ледники классифицируются по их размеру, морфологии и географическому расположению, каждый тип оказывает различное влияние на ландшафт через их модели движения и эрозии.

Альпийские (горные) ледники

Альпийские ледники развиваются в горных районах, ограниченных топографией для стекания вниз по долинам. Они образуют несколько подтипов:

  • Цирковые ледники: Маленькие ледники, занимающие амфитеатральные полости вблизи горных вершин.
  • Долинные ледники: Длинные, плавные языки льда, которые простираются вниз по горным долинам, часто питаются несколькими цирками.
  • Висящие ледники:] Ледяные массы цепляются за крутые склоны над главными долинами, иногда питая лавины или ледопады.

Эти ледники отвечают за резьбу характерных альпийских рельефов, включая глубокие U-образные долины и острые хребты.

Континентальные ледяные щиты

Континентальные ледяные щиты представляют собой огромные куполообразные массы льда, покрывающие площади более 50 000 кв. км. Антарктические и гренландские ледяные щиты являются яркими примерами, достигая толщины до нескольких километров. Эти ледяные щиты не только меняют целые ландшафты благодаря мощному ледниковому промыслу, но и влияют на глобальный климат и уровень моря. Их медленный поток наружу разрушает коренную породу и переносит осадок на огромные расстояния.

Ледники Пьемонта

Когда альпийские ледники выходят из своих ограничительных долин и распространяются на прилегающие равнины низменности, они образуют ледники пьемонта — широкие ледяные массы лобата, которые откладывают обширные вентиляторы осадка. Ледник Маласпина на Аляске является классическим и хорошо изученным примером ледника пьемонта, демонстрируя сложные взаимодействия между динамикой льда и осадочными породами.

Другие известные типы ледников

  • Приливные ледники:] Эти ледники заканчиваются в океане, часто откалывая айсберги и активно разрушая глубокие фьордные стены. На их динамику сильно влияют температуры океана и приливы.
  • Ледяные шапки: Купольные ледяные массы меньше ледяных щитов, часто покрывающие высокогорные плато и питающие несколько отводящих ледников (например, Ватнайёкюдль в Исландии).
  • Ледяные поля: Обширные ледяные массы, ограниченные окружающей горной топографией, но не имеющие куполообразной морфологии ледяных шапок.

Процессы ледниковой эрозии

Ледниковая эрозия является мощным процессом, который изнашивает породу и изменяет землю под движущимся льдом. Основные механизмы включают в себя выщипывание и истирание , часто усиливаемые циклами замерзания-оттаивания и активность подледниковых талых вод.

Плюк (скачок)

Смыв происходит, когда талая вода проникает в трещины и трещины в породе под ледником. При повторном замораживании вода расширяется, рыхляя блоки породы. Эти фрагменты затем «вырывают» из слоя и затягивают в базальный лед. Этот процесс особенно эффективен на лие стороне препятствий породы, где более низкое давление льда облегчает образование полости, позволяя льду вырывать породу. Смывка вносит значительный вклад в зубчатую и пересеченную местность, связанную с ледяными ландшафтами.

ссадина

Истирание - это измельчение, производимое, когда обломки породы, встроенные в основание ледника, царапают и полируют основную породу, сродни наждачной бумаге на дереве. Этот процесс создает характерные ледниковые полосы - линейные борозды или царапины, которые указывают направление потока льда. Более крупные класты могут вырезать более глубокие борозды или полумесяцы, известные как следы болтовни. Интенсивность истирания зависит от таких факторов, как скорость льда, количество и размер мусора и твердость породы.

Погода в холодном климате

В периглациальных средах, прилегающих к ледникам, повторное замораживание и оттаивание воды в трещинах пород механически ослабляет коренную породу. Это выветривание при замораживании способствует образованию обломков пород, которые в конечном итоге включаются в ледники, что приводит к дальнейшим эрозионным процессам. Это также дестабилизирует склоны, увеличивая частоту камнепадов и снабжение осадками.

Подледниковая эрозия талой воды

Таяные воды высокого давления под ледниками могут разрушать породу посредством гидравлического воздействия, когда давление воды вытесняет частицы, и кавитации, которая создает пузырьки пара, которые взрываются и разрушают поверхности горных пород. Эти каналы талой воды могут вырезать такие особенности, как подледниковые туннели , , выбоины из таянной воды и обширные туннельные долины. Такая эрозия может значительно изменить базальную топографию и влиять на пути потока ледников.

Для получения подробной информации о механизмах ледниковой эрозии обратитесь к USGS Glacier FAQ.

Формы, созданные ледниковой эрозией

Неустанная эрозия ледников создает уникальный набор рельефов, которые сохраняются долго после таяния льда, обеспечивая длительный отчет о прошлых оледенениях.

U-Shaped Valleys

В отличие от речных долин, которые обычно имеют V-образные поперечные сечения, ледниковые долины характерно U-образные, с широкими плоскими полами и крутыми прямыми сторонами. Эта форма возникает из-за способности ледника разрушать как дно долины, так и стены, поскольку он течет вниз по склону, углубляя и расширяя ранее существовавшие долины. Притоковые долины, которые присоединяются к главной ледниковой долине, часто становятся висящими долинами из-за дифференциальной эрозии, создавая драматические водопады, такие как те, которые видны в Йосемитском национальном парке.

Цирк, Арет и Рога

  • Цирк: Это амфитеатрические полости или бассейны, вырезанные ледниковой эрозией у голов альпийских ледников. Цирковые образования образуются в результате сочетания выщипывания и выветривания при замерзании и часто содержат небольшие озера, называемые тарны после отступления льда.
  • Арет: Узкий, острый хребет, образовавшийся, когда два соседних цирка размываются спиной к спине, заточкивая хребет между ними.
  • Горн: Пирамидальный пик, созданный, когда три или более кругов разъезжаются друг к другу на одной горе, в результате чего резко заостряется вершина.Маттерхорн в швейцарских Альпах — знаковый пример.

Рош Мутонне

Рошские мютонны — гладкие, округлые коренных холмов, вылепленные ледниковой истиранием на их верхнем берегу и крутые, выщипанные лица на нижнем берегу, эти асимметричные особенности указывают на направление движения ледника и обычно встречаются в ранее оледеневших щитовых областях, таких как части Канады и Скандинавии.

Ледниковые полосы и канавки

Порезы - это тонкие, линейные царапины, выгравированные в породе обломками, встроенными в основание ледника. Кровы - это более глубокие, более широкие разрезы, сделанные более крупными кластами. Оба дают ценные подсказки для реконструкции направления и степени бывших оледенений и помогают геологам понять динамику льда и палеоклимат.

Ледниковый транспорт

Ледники выступают в качестве конвейеров осадочных пород, перевозя обломки пород, начиная от микроскопических частиц глины до массивных валунов. Этот перенос осадочных пород происходит в трех основных зонах внутри и под ледником, каждая из которых вносит уникальный вклад в ледниковую геоморфологию.

надледниковый транспорт

Материал, такой как обломки камнепадов или пыль, накапливается на поверхности ледника, часто доставляемый с окружающих склонов долины. Этот мусор транспортируется пассивно на вершине льда и может объединяться в линейные особенности, известные как , где боковые морены от сходящихся ледников сливаются. Суправедниковый мусор влияет на альбедо ледника (отражательность поверхности), влияя на скорость таяния.

Ледниковый транспорт

Некоторые обломки закапываются в недра ледника с помощью таких процессов, как захоронение снега и деформация льда. Ледниковый осадок движется вместе с потоком льда и может быть выпущен позже во время таяния. Этот осадок часто лучше отсортирован, чем надледниковый мусор из-за сортировки талой воды перед захоронением.

Подледниковый транспорт

Обломки на ледниковой базе тянутся вдоль кровати, подвергаясь интенсивному дроблению, измельчению и истиранию. Этот базальный осадок накапливается как до , несортированная смесь глины, песка, гравия и валунов, отложенных непосредственно льдом. Транспортный механизм включает в себя как базальный скольжение , где ледник скользит по смазанному ложу талой воды, так и внутреннюю деформацию , где кристаллы льда деформируются и текут. Вместе эти процессы позволяют ледникам транспортировать осадок на огромные расстояния, меняя целые регионы.

Ледниковое осаждение

Когда ледники отступают или тают, они откладывают нагрузку на осадок, которую они перенесли, создавая разнообразный массив осаждений, которые характеризуют ранее оледеневшие ландшафты.

Морейн

  • Современная морена: Замки несортированного мусора, которые накапливаются по бокам ледника, полученные в основном от эрозии стен долины.
  • Медиальная морена: Длинные, узкие гряды обломков образовались там, где встречаются два ледника и их боковые морены сливаются в центре комбинированного ледника.
  • Терминальная морена: Видный хребет, обозначающий самое дальнее продвижение ледника, состоящий из обломков, толкнутых или сброшенных на морду.
  • Рецессионная морена: Серия хребтов, оставленных во время временных остановок в общем отступлении ледника, фиксирует паузы в таянии.
  • Наземная морена: Широко распространенный, мягко волнистый слой дождевой кости, отложенный под ледником, часто образуя плодородные почвы.

Драмлины

Барабаны — обтекаемые, вытянутые холмы, состоящие в основном из дольки с характерной конической формой, указывающей в направлении прежнего ледяного потока. Они обычно встречаются в роях или полях, таких как обширные барабанные поля в районе Озер Фингера в Нью-Йорке. Их точные механизмы формирования остаются предметом исследований, но, как полагают, включают деформацию подледниковых отложений под текущим льдом.

Эскизы и Камес

  • Эскер: Узкие, извилистые хребты из стратифицированного песка и гравия, осаждаемые талыми реками, текущими в туннелях под или внутри ледников.Эскеры часто простираются на многие километры и могут быть высотой в несколько метров.
  • Каме: Нерегулярно сформированные холмы или холмы из стратифицированных осадков, осажденных талой водой в углублениях или на застойных ледяных поверхностях.

Промывные равнины и котлеты

Пойменные равнины — это широкие, плоские участки, образованные осадком, переносимым талой водой за пределы ледника, часто состоящие из хорошо отсортированных песков и гравий.В пределах этих равнин образуются углубления, известные как чайники, где блоки зарытого льда тают, оставляя позади заполненные водой чайники. Песчаные холмы Небраски и части канадских прерий являются примерами ландшафтов, сформированных осаждением из вымывных вод.

Варве

В проледниковых озерах сезонная осадка создает варвы — годовые слои, состоящие из грубого ила, отложенного во время летнего притока талой воды и мелкого оседания глины во время зимнего ледяного покрова. Последовательности бархатных пород обеспечивают записи высокого разрешения о прошлой изменчивости климата и активности ледников.

Для дальнейшего изучения ледниковых осаждений, посетите статью Британика о ледниковых формах .

Геоморфологические системы и обратные связи в ледниковых ландшафтах

Ледниковые ландшафты представляют собой динамические системы, сформированные непрерывными взаимодействиями между потоком льда, топографией, осадочными отложениями и климатом. Эти взаимодействия часто создают петли обратной связи, которые влияют на эволюцию ландшафта на протяжении тысячелетий.

  • Эрозионная обратная связь: По мере того, как ледники углубляют долины через эрозию, стены долины становятся более крутыми и более склонными к камнепадам, поставляя дополнительный мусор на ледниковое дно. Этот дополнительный осадок усиливает истирание, ускоряя эрозию в цикле положительной обратной связи.
  • Изостатический отскок:] Огромный вес ледяных щитов угнетает земную кору. Когда лёд тает, кора постепенно поднимается в процессе, называемом изостатическим отскоком, изменяя дренажные структуры, речные течения и прибрежные ландшафты. Поднятые пляжи и террасы в ранее оледеневших регионах иллюстрируют это явление.
  • Параглазная корректировка:] После оледенения ландшафты испытывают период нестабильности, поскольку отложения и склоны приспосабливаются к отсутствию ледяной поддержки. Эта фаза характеризуется увеличением оползней, потоков мусора и разреза рек, часто длящихся тысячи лет и значительно меняющих местность.

Понимание этих механизмов обратной связи имеет решающее значение для геоморфологов, стремящихся предсказать, как текущее и будущее отступление ледников повлияет на ландшафты во всем мире.

Влияние изменения климата на ледники и их геоморфологию

Изменение климата в настоящее время приводит к быстрым и широко распространенным изменениям в балансе массы ледников во всем мире, что имеет значительные геоморфологические и экологические последствия.

Отступление и истончение ледников

С конца Малого ледникового периода (~ 1850), большинство альпийских ледников отступили, тенденция, которая заметно ускорилась с конца 20-го века. Регионы, такие как Гималаи, Анды, Европейские Альпы и Аляска, наблюдали значительную потерю массы льда. Гренландия и Антарктические ледяные щиты также истончаются и теряют массу с ускоряющимися темпами, внося существенный вклад в глобальное повышение уровня моря. Это отступление подвергает новую местность эрозионным и осажденным процессам, иногда выявляя ранее похороненные формы суши и отложения.

Повышенный эрозионный и осадочный поток

По мере того, как ледники тоньше и отступают, их базальные скорости скольжения могут временно увеличиваться, усиливая эрозию и транспортировку осадков. Недавно открытые склоны могут стать нестабильными, увеличивая количество камнепадов и мусора, поступающих в проледниковую среду. Реки, питаемые ледниковыми талыми водами, часто испытывают повышенные нагрузки осадков, влияя на водные среды обитания и инфраструктуру человека. Кроме того, дестабилизация вечной мерзлоты и богатых льдом осадков может вызвать массовые события, приводящие к дальнейшему изменению ландшафтов.

Формирование новых форм рельефа и опасностей

Отступление ледников создает новые проледниковые озера, которые могут представлять опасность из-за потенциальных вспышек наводнений (наводнений, вызванных вспышкой ледниковых озер, или ГЛОФов). Эти озера образуются в углублениях, оставленных льдом или заглушенных моренами, и могут быстро расширяться. Воздействие неконсолидированных отложений повышает восприимчивость к оползням и потокам мусора, создавая риски для сообществ ниже по течению. Одновременно продолжают развиваться новые формы рельефа, такие как камес, эсккеры и морены, динамически меняя рельеф местности.

Последствия для экосистем и человеческих обществ

Отступление ледников изменяет доступность пресной воды, влияя на сельское хозяйство, гидроэнергетику и биоразнообразие. Изменения в доставке осадков влияют на морфологию рек и водные экосистемы. Понимание геоморфологических преобразований, вызванных таянием ледников, имеет важное значение для управления водными ресурсами, смягчения природных опасностей и планирования устойчивого землепользования в горных и полярных регионах.

Текущие исследования, сочетающие дистанционное зондирование, полевые исследования и моделирование, имеют решающее значение для прогнозирования будущих изменений ландшафта и их более широких экологических и социальных последствий.