Оригинальное название: The Sculpting Power of Ice

Немногие природные силы так резко и настойчиво меняют поверхность Земли, как ледники. Эти медленно движущиеся реки льда вырезали некоторые из самых знаковых горных хребтов, углубили долины и оставили после себя наследие рельефов, которые определяют целые регионы. В течение миллионов лет ледниковые процессы чередовались между продвижением и отступлением, разведывая коренную породу и откладывая отложения, которые создают сложную мозаику топографии. Понимание того, как ледники формируют землю, является не только вопросом геологического любопытства; это также дает критическое понимание прошлых климатических условий, будущих изменений окружающей среды и самой структуры многих ландшафтов, которые мы населяем сегодня.

Влияние ледников на топографию видно на каждом континенте, от U-образных долин Альп до фьордов Норвегии и моренистых равнин Северной Америки. Ледниковая эрозия и осаждение действуют в огромных временных масштабах, но их последствия часто суровы и безошибочны. В этой статье исследуются фундаментальные процессы, с помощью которых ледники изменяют местность, исследуются основные формы рельефа, которые они создают, и рассматриваются более широкие последствия ледниковой активности в контексте современного изменения климата.

Формирование и типы ледников

Ледники начинаются как снег, который накапливается в течение многих лет, сжимаясь в пряжу и в конечном итоге в плотный, кристаллический лед. Для формирования ледника ежегодный снегопад должен превышать таяние, позволяя льду утолщаться и начинать течь под собственным весом. Этот поток отличает ледник от статических ледяных масс, таких как ледяные щиты или замерзшие озера.

Альпийские ледники

Альпийские ледники, также известные как горные ледники, образуются в высокогорных долинах и текут вниз через ранее существовавшие речные долины. Они, как правило, ограничены окружающими скальными стенами, что усиливает их эрозионную силу вдоль полов и боков долины. Эти ледники ответственны за многие классические формы рельефа, такие как цирки, ареты и рога. Известные примеры включают ледник Роны в Швейцарии и ледник Колумбии на Аляске.

Континентальные ледники

Континентальные ледники, или ледяные щиты, представляют собой массивные ледяные массы, которые покрывают большие площади суши, распространяясь наружу во всех направлениях. Сегодня только Антарктида и Гренландия содержат настоящие ледяные щиты, но во время плейстоценовых ледников континентальные ледники покрывали большую часть Северной Америки, Европы и частей Азии. Их огромный вес и медленный, устойчивый поток вырезал обширные ландшафты, выскабливая почву и скалу, чтобы создать равнины с низким рельефом и прочесывая бассейны, которые позже стали Великими озерами.

Скорость движения ледника зависит от таких факторов, как толщина льда, наклон, температура и наличие талой воды у его основания.Эти динамики напрямую влияют на типы образующихся рельефов.

Ледниковая эрозия: истирание и удача

Ледники разрушают основную породу с помощью двух основных механизмов: истирание и выщипывание . Оба процесса работают одновременно, но их относительный вклад зависит от твердости породы, температурного режима ледника и наличия мусора в льду.

ссадина

По мере того, как ледник течет, лед тащит вложенные камни и осадок по цокольной породе, действуя как грубая наждачная бумага. Эта истирание полирует поверхность породы и часто оставляет параллельные царапины, известные как полосы . Стриации фиксируют направление движения ледника и являются ключевым инструментом для реконструкции прошлых структур ледового потока. Более тонкий материал может создавать гладкую, полированную поверхность на обнажениях пород, в то время как более грубый мусор выбивает более глубокие канавки. Истирание наиболее эффективно, когда ледник скользит по цокольной породе, что происходит, когда основание находится в точке плавления и пленка воды уменьшает трение.

блевать

Скапливание (также называемое карьерированием) происходит, когда талая вода просачивается в трещины и суставы в породе, замерзает, а затем оттягивает куски скалы по мере движения ледника. Этот процесс особенно эффективен в породе с ранее существовавшими переломами, такими как гранит или гнейс. Полученные фрагменты породы встраиваются в основание ледника, еще больше увеличивая его абразивную способность. Скапливание отвечает за крутые, зубчатые наголовники кругов и угловые профили рогов. Он имеет тенденцию доминировать в более холодных ледниках, где лед сильно замерзает до постели.

Вместе истирание и выщипывание могут опускать поверхность породы на несколько миллиметров в год, но в течение десятков тысяч лет это составляет десятки или даже сотни метров эрозии. Эта интенсивная скульптура — то, что придает ледниковым ландшафтам их отличительную прочность.

Эрозионные формы суши: долины, ридджесы и пики

Эрозивная работа ледников производит набор рельефов, которые почти безошибочно ледникового происхождения.Эти особенности наиболее очевидны в горной местности, которая испытала повторяющиеся оледенения.

U-образные долины

Квинтэссенция ледниковой долины является U-образной , в отличие от V-образных долин, вырезанных реками. Ледник, будучи гораздо шире и толще, чем поток, не просто срезается вниз; он также расширяет и углубляет пол долины, измельчая по бокам. Это создает плоскую долину с крутыми прямыми стенами. Многие такие долины также демонстрируют висящие долины — меньшие притоки долины, которые входят в главную долину на более высоком уровне, часто создавая драматические водопады. Долина Йосемити в Калифорнии является классическим примером, с ее чистыми гранитными скалами и висящими притоками, такими как водопад Бридалвейл.

Цирк

цирк представляет собой амфитеатрическую впадину, образующуюся во главе ледниковой долины. Она создается комбинацией выщипывания и заморозки в зоне накопления ледника. Задняя стенка цирка крутая и часто называется головной стенкой, а пол — бассейновой. При отступлении ледника цирк может заполняться водой для создания тарны — небольшого горного озера. Цирки обычно встречаются в скоплениях на противоположных сторонах горного хребта, постепенно размывая хребет в арет или рог.

Ареты и рога

arête — острый, острый хребет, образующийся там, где два ледника вырезали параллельные долины, размывая промежуточную скалу с обеих сторон. Эти хребты могут быть чрезвычайно узкими и часто являются маршрутами для высотных альпинистских троп. Когда три или более кругов разрушают горный пик с разных сторон, результатом является рог — заостренный, пирамидальный пик. Маттерхорн на швейцарско-итальянской границе является самым знаменитым рогом на Земле, его знаковая форма является прямым продуктом ледниковой эрозии с нескольких направлений.

Фьорды

Фьорды — это особый тип ледниковой долины, которая была погружена морской водой. Они образуются, когда ледниковая долина вырезается ниже уровня моря, а затем затоплена, когда уровень моря поднимается после отступления ледника. Фьорды обычно имеют крутые стены, глубокие воды и неглубокий подоконник возле устья, вызванный терминальной мореной. Норвегия, Новая Зеландия, Чили и Аляска известны своими фьордными пейзажами, которые дают драматическое свидетельство эрозивного охвата льда.

Депозиционные формы рельефа: Moraines, Drumlins и другие

В то время как эрозия доминирует в верхнем течении ледника, осаждение является основным процессом в нижних зонах и за пределами конечной точки ледника. Материал, транспортируемый и осажденный ледниками, называется до — несортированная смесь глины, песка, гравия и валунов.

Морейн

Морены представляют собой скопления ледниковых обломков, которые образуют хребты или курганы.

  • Терминальные морены отмечают самое дальнее продвижение ледника.
  • Последние морены
  • Наземные морены
  • являются одеялами, пока не оставят позади, поскольку лед тает.
  • ]Медиальные мореныСливаются, когда два ледника сливаются, объединяя свои боковые морены в единую полосу обломков, протекающую по центру комбинированного льда.
Морейнские хребты могут быть несколько сотен метров в высоту и обеспечивать ценные записи о прошлых ледников

Драмлины

Драмлины — удлиненные, обтекаемые холмы, которые образуются под текущим льдом. Их форма напоминает перевернутую ложку, с крутым, тупым концом, обращенным в направлении, откуда пришел лед, и нежным, сужающимся хвостом, указывающим на лед. Драмлины обычно встречаются в больших группах, называемых барабанными полями, и их выравнивание указывает на направление потока льда. Их происхождение все еще обсуждается, но считается, что они формируются, когда тиль формируется под давлением и движением перекрывающегося льда. Отличные барабанные поля можно увидеть в северной части штата Нью-Йорк и центральном Висконсине.

Кеттлз и эсккерс

Котел образуется, когда тает зарытый блок льда, оставляя углубление, которое часто заполняет воду для создания пруда или озера. Озера котлов распространены в ранее оледеневших регионах, таких как Миннесота и Адирондакс. Эскеры , напротив, представляют собой извилистые хребты песка и гравия, которые образовались в туннелях под или внутри льда. По мере таяния льда отложения потока оставлялись в виде извилистых хребтов, которые иногда растягиваются на десятки километров. Эскеры являются важными источниками агрегата для строительства, и их ориентация может помочь реконструировать внутреннюю дренажную систему ледника.

Вымыть поляны

Когда талые воды уносят осадок от тающего ледника, они откладывают слои отсортированного песка и гравия в широких плоских областях, известных как , вымывные равнины . Эти равнины обычно встречаются перед терминальными моренами. Они часто содержат эскизы и чайники, создавая смешанный ландшафт плоских террас и нерегулярных впадин. Вымывные равнины распространены в Исландии и на верхнем Среднем Западе Соединенных Штатов.

Ледниковый изостаз: долгосрочная топографическая корректировка

Помимо прямой эрозии и осаждения, ледники влияют на топографию через ледниковый изостаз — вертикальное движение земной коры в ответ на вес льда. Когда большой ледяной щит растет, его огромный вес угнетает континентальную кору в подстилающую мантию. При оледенении кора медленно отскакивает вверх в процессе, называемом ледниковый отскок . Этот отскок продолжается в течение тысяч лет после таяния льда и все еще может быть измерен сегодня в таких регионах, как Скандинавия и Канада, где земля растет со скоростью до 10 мм в год. Эта изостатическая корректировка изменяет местную топографию, меняя речные курсы, поднимая пляжи и влияя на измерения уровня моря.

Ледниковый изостаз также влияет на формирование ледниковых озер. Когда ледяные щиты блокировали дренажные системы, огромные озера образовывались вдоль их краев. По мере неравномерного отскока коры эти озера часто отскакивали катастрофически, вырезав глубокие каналы и создав то, что сейчас является «сухими» водопадами или заброшенными водосбросами. Каналированные скальные озера штата Вашингтон являются драматическим примером такой мегапотопной топографии, вызванной периодическим дренажем ледникового озера Миссула.

Ледники и изменение климата: динамическая связь

Ледники являются чувствительными индикаторами изменения климата, потому что их баланс массы — разница между накоплением и абляцией — напрямую реагирует на температуру и изменения осадков. За последнее столетие большинство ледников мира отступали беспрецедентными темпами, тенденция, тесно связанная с ростом глобальных температур.

Отступление и его топографическое воздействие

По мере отступления ледников они обнажают свежевычищенную породу и оставляют за собой неустойчивые склоны, подверженные оползням и скальным осадкам. Потеря льда также снижает подкрепляющее воздействие на стенки долины, приводя к усилению параледниковой активности. Там, где ледники истончаются, боковые морены могут стать неустойчивыми, вызывая потоки мусора. Изменение топографии из-за оледенения — это не просто вопрос эстетики; оно представляет реальную опасность для сообществ в горных районах.

Повышение уровня моря и гидрологические эффекты

Мельтвотер из ледников способствует повышению уровня моря, что изменяет береговую топографию за счёт эрозии, затопления и изменения в подаче осадков. Ледниковый таяние также питает многие крупные речные системы в засушливые месяцы, поэтому отступление ледников влияет на доступность воды для сельского хозяйства, гидроэнергетики и бытового использования. Потеря ледникового льда, таким образом, имеет каскадные топографические и экологические последствия далеко за пределами самого льда.

Такие организации, как Геологическая служба США и Глобальные измерения наземного льда из космоса (GLIMS), постоянно отслеживают изменения ледников, предоставляя необходимые данные для понимания будущей топографической эволюции.

Тематические исследования: ледниковые пейзажи

Изучение конкретных регионов помогает проиллюстрировать комбинированные эффекты ледниковой эрозии, осаждения и изостаза.

Национальный парк Йосемити, США

Долина Йосемити является учебником пример U-образной долины, вырезанной ледником Мерседа во время плейстоцена. В парке есть гранитные купола, висящие долины и многочисленные цирки. Полукупол и Эль-Капитан славятся своими ледниковыми полированными лицами. Ландшафт парка продолжает развиваться по мере того, как постледниковые процессы формируют открытую скалу.

Альпы, Европа

Европейские Альпы были сильно оледенели во время Ледникового периода, и их современная топография - включая Маттерхорн, Юнгфрау и ледник Алетш - в значительной степени продукт ледниковой скульптуры. Отступление альпийских ледников в последние десятилетия выявило новые формы рельефа и измененную гидрологию, влияя на горный туризм и управление рисками.

Гималаи, Азия

Гималаи содержат самую большую концентрацию ледников за пределами полярных регионов. Ледниковая эрозия в этом регионе привела к появлению некоторых из самых глубоких ущелий и самых высоких пиков на Земле. Взаимодействие между тектоническим подъемом и ледниковым разрезом является ключевой областью исследований. National Geographic задокументировало, как эти ледники меняются в ответ на изменение климата, что имеет последствия для водоснабжения миллиардов людей.

Фенноскандия и Балтийский щит

В Скандинавии и Финляндии повторяющиеся оледенения отрезали большую часть почвы, оставив ландшафт открытой породы, бесчисленных озер и тысяч барабанных окон и эскеров. Продолжающийся постледниковый отскок поднимает побережье Швеции примерно на 1 см в год, постепенно преобразуя береговую линию Балтийского моря. Это одно из лучших мест для наблюдения изостатической корректировки в действии.

Оригинальное название: A Dynamic Legacy

Влияние ледников на топографию глубокое, многогранное и продолжающееся. От возвышающихся рогов Альп до нежных барабанных оболочек Среднего Запада ледниковые процессы оставили неизгладимый след на поверхности Земли. По мере того, как мы сталкиваемся с потеплением климата, ледники отступают и меняют ландшафты ускоряющимися темпами, открывая новые ландшафты и создавая новые опасности. Понимание механизмов ледниковой эрозии, осаждения и изостатической корректировки имеет важное значение не только для интерпретации прошлого, но и для прогнозирования будущих изменений в горных и полярных регионах мира. История ледников и топографии является напоминанием о динамичной, постоянно меняющейся природе нашей планеты.