Что такое ледники? Краткий обзор

Ледники — это не просто статические блоки льда. Это динамичные, медленно движущиеся реки льда, которые текут под собственным весом, реагируя на гравитацию, подстилающую местность и региональный климат. По мере того, как они текут, они создают удивительный набор поверхностных и внутренних особенностей. Три из наиболее визуально поразительных и физически важных особенностей — это трещины, сераки и ледопады. Понимание этих образований имеет решающее значение для гляциологов, изучающих динамику льда, для альпинистов, плавающих по высокогорной местности, и для тех, кто стремится понять, как работают ледники. Эти особенности являются прямым выражением стресса, напряжения и неудачи во льду, и они рассказывают историю движения, которая в противном случае была бы невидимой.

Ледник течет, потому что лед глубоко внутри массы деформируется под давлением, в то время как верхний, более хрупкий слой ломается. Этот хрупкий пластичный переход является основной причиной большинства поверхностных особенностей. Баланс между накоплением (снегопадом) и абляцией (плавлением или отеком) также влияет на то, как эти особенности развиваются с течением времени. По сути, трещины, сыпи и ледопады являются видимым языком внутреннего состояния стресса ледника.

Оригинальное название: Crevasses: The Fracture Language of Ice

Креваши являются наиболее распространенными и видимыми проявлениями стресса на леднике. Это открытые трещины, которые могут варьироваться от перелома линии волос до пропасти шириной в десятки метров и длиной в сотни метров. Их образование регулируется растяжением и сдвигом напряжений, которые накапливаются, когда ледник течет по нерегулярной породе или за углами.

Лед у поверхности холодный и хрупкий, а более глубокий лед более теплый и пластичный. Когда растягивающее напряжение превышает прочность хрупкого поверхностного льда, он ломается. Получившаяся трещина может распространяться вниз, пока не достигнет более пластичного льда ниже, где трещина закрывается. Эта глубина обычно составляет около 30-40 метров, хотя некоторые трещины могут быть глубже при определенных условиях.

Типы трещин

Не все расщелины одинаковы.Глациологи классифицируют их по ориентации и стрессу, который их создал.

  • Поперечные трещины: Эти формы перпендикулярны направлению течения. Они распространены там, где ледник ускоряется по крутому склону или где долина расширяется, создавая продольное напряжение. Они слегка изгибаются вверх по течению по мере приближения к краям.
  • Длинно-продольные трещины: Они проходят параллельно направлению потока. Они образуются там, где ледник распространяется боком, например, где расширяется долина или где лед выливается из ограниченного канала. Распределяющий стресс открывает трещины, выровненные с потоком.
  • Маргинальные трещины: Найденные вблизи краев ледника, они образуются под углом около 45 градусов к направлению потока. Они возникают из-за напряжения сдвига, когда более быстро движущийся центр протягивается мимо более медленных полей, создавая диагональный рисунок перелома.
  • Девронные трещины: Это V-образные узоры, которые указывают вверх по течению, часто наблюдаемые, когда лед течет вокруг препятствия или через сужение. Они фиксируют сложное поле напряжения в турбулентных зонах потока.
  • Бергшрундс: Особый тип трещины, образующейся во главе ледника, где движущийся лед оттягивается от неподвижного льда и скалы горной стены. Они могут быть очень глубокими и представлять значительную опасность для альпинистов.

Геометрия сети трещин рассказывает гляциологам об истории стресса льда. Путем картирования трещин со спутниковых снимков исследователи могут сделать вывод о скоростях потока, скорости деформации и даже изменениях баланса массы ледника. Кревасы также служат путями для талой воды, чтобы достичь ледникового дна, что может ускорить скольжение и повлиять на общую динамику потока. Эта связь между поверхностными трещинами и подледниковыми процессами является ключевой областью исследований в современной гляциологии.

Опасность и навигация Crevasse

Для любого, путешествующего по леднику, расщелины представляют собой первичную опасность. Они могут быть скрыты под тонким слоем свежего снега, образуя смертельную ловушку, называемую снежным мостом. Эти мосты могут однажды удерживать вес человека и обрушиться на следующий, особенно в более теплых условиях. Профессиональные альпинистские вечеринки используют веревочные команды и зондирующие столбы для обнаружения скрытых расщелин. Тем не менее, водопады в трещинах остаются ведущей причиной аварий в ледяной местности. Риск наиболее высок в зонах, где напряжение напряжения быстро меняется, таких как ледопады и изгибы долин.

Серакс: Нестабильные башни льда

Сераки — одна из самых драматических и неустойчивых черт ледника. Это возвышающиеся блоки, колонны или вершины льда, образующиеся при пересечении расщелин, изолируют участок ледника. Сераки могут иметь размеры от нескольких метров до более 50 метров в высоту, а их формы могут быть эффектными, часто напоминающими замерзшие водопады, замки или наклонные башни.

Образование сераков тесно связано с динамикой ледопадов и сильно раздробленных зон. Когда ледник течет по крутому обрыву или через узкое сужение, лед подвергается интенсивным сжимающим и растягивающим напряжениям. Кревассы пересекают лед, и там, где они пересекаются, они могут изолировать большие блоки. Со временем дифференциальное плавление и сублимация могут ваять эти блоки в отличительные формы башни. Синий цвет многих сераков обусловлен плотностью и чистотой льда, который поглощает красный свет и рассеивает синий, признак очень старого, уплотненного льда.

Почему серакс опасен

Сераки по своей природе неустойчивы. Они удерживаются на месте ледяными мостами и собственным весом, но могут рухнуть без предупреждения. Коллапс может быть спровоцирован потеплением температур, сейсмической активностью или простым продолжающимся движением ледника. Один коллапс серака может высвободить сотни тысяч кубических метров льда, создав массивную лавину, которая может преодолевать большие расстояния. Исторические катастрофы, связанные с коллапсами серака, включают катастрофу 1895 года в Альпах Швейцарии и лавину Уаскаран в Перу 1970 года, которая была спровоцирована землетрясением, но включала массовые провалы серака.

Горцы, планирующие маршруты по ледопадной местности, должны внимательно следить за стабильностью сераков. Классический маршрут вверх по ледопаду Кхумбу на горе Эверест печально известен своей опасностью сераков. Альпинисты обычно проходят через этот участок ночью, когда лед холоднее и стабильнее, но обрушения все еще происходят регулярно. Опытные гиды ищут признаки нестабильности, такие как наклон, свежие трещины и капающая вода, что указывает на внутренний стресс. Несмотря на меры предосторожности, зона сераков остается одной из самых опасных частей любого высотного подъема.

Ледопады: Каскад разбитого льда

Ледопад — это участок ледника, где лед течет по крутому утесу или резкому падению подстилающей породы. Результатом является хаотичный, разбитый ландшафт сычей, глубоких трещин и перемешанных ледяных блоков. Ледопады по существу являются ледниковым эквивалентом водопада, но в гораздо более медленном масштабе времени. Лед может спускаться десятилетиями, но движение неустанно.

Поток льда через ледопад сложен. Скорость поверхности может резко возрастать по мере того, как лед ускоряется над падением. Это ускорение в сочетании с крутым склоном порождает огромные напряжения, которые разбивают лед на мозаику блоков. Ледопад — зона как сжатия, так и удлинения, а поверхность находится в постоянном потоке. Форма сераков, топпл и реформа. Кревасы открываются и закрываются. Вся зона — динамическая система ледяного сбоя и реконсолидации.

Знаменитые ледники

Некоторые ледопады стали легендарными в альпинизме и гляциологии.

  • Ледопад Хумбу на горе Эверест, пожалуй, самый известный. Это массивный каскад льда, который течет от Западного Cwm вниз к долине ниже. Он постоянно смещается, с блоками льда размером зданий, разрушающихся и реформирующихся. Он считается самым опасным участком стандартного маршрута Южный коль. Глациологические исследования ледопада Хумбу предоставили ключевые идеи в ледовой реологии и механике переломов в экстремальных условиях.
  • Ледопад Ледяной залив на Аляске является одним из самых активных ледопадов в мире, скорость потока которого может превышать несколько метров в день. Это лаборатория для изучения того, как ледопады реагируют на изменение климата и как они способствуют отеку на ледниках приливной воды.
  • Ледопад Ледник Фокс (FLT:0) Ледопад Ледник Фокс (FLT:1) в Новой Зеландии является популярной туристической достопримечательностью, но он также является местом активных исследований. Ледопад отступает и истончается, и меняющаяся динамика видна в смещающейся структуре трещин и сычков.

Ледопады являются не просто препятствиями для альпинистов. Они являются ключевыми особенностями в массовом балансе ледника. Лед, который течет через ледопад, часто транспортируется из зоны накопления в зону абляции быстрее, чем через другие части ледника. Этот быстрый транспорт может повлиять на реакцию ледника на климатические воздействия. Некоторые ледопады настолько активны, что генерируют сейсмические сигналы, обнаруживаемые чувствительными инструментами, обеспечивая окно в динамику льда в режиме реального времени.

Как эти особенности взаимодействуют

Половые трещины, сераки и ледопады не являются изолированными чертами. Они связаны физикой ледового потока. Ледопад — это двигатель, который производит самые драматические сераки и самые обширные поля трещин. Равнины, которые образуются в ледопаде, изолируют сераки, а коллапс сераков может создавать новые трещины или изменять поле напряжения в окружающем льду.

Рассмотрим путешествие куска льда через ледник. Он начинается в зоне накопления, зарыт под слоями снегопада. По мере движения вниз по течению он входит в зону протяженного потока, где открываются поперечные трещины. Если ледник затем входит в ледопад, режим напряжения резко сдвигается. Лед разрывается трещинами, сжимается потоком и в конечном итоге изолируется в сераки. У основания ледопада лед может переформироваться в более сплоченную массу, но шрамы его прохождения остаются как трещинные следы и полосы листвы.

Это взаимодействие имеет важные последствия для гидрологии ледников. Мельтвотер с поверхности стекает в трещины, и в ледопаде эта вода может быстро достичь ледникового дна. Вода может смазывать основание, ускоряя поток и потенциально вызывая дальнейший разрыв. Эта обратная связь между поверхностным таянием, расщеплением и базальным скольжением является горячей темой в науке о климате. По мере потепления климата больше талой воды достигает дна, и реакция ледопадов на этот повышенный вход воды не полностью понята, но может оказать значительное влияние на стабильность ледника и повышение уровня моря.

Исследователи используют проникающий в землю радар, спутниковую интерферометрию и временную фотографию для мониторинга того, как развиваются эти особенности. Отслеживая движение отдельных сычков или открытие конкретных трещин, они могут строить модели, которые предсказывают будущее поведение. Например, внезапное увеличение числа трещин в ранее стабильной области может указывать на изменение динамики потока, возможно, из-за истончения льда или повышенного давления воды у кровати.

Роль этих особенностей в динамике ледника и исследованиях климата

Эти особенности не просто любопытны. Они необходимы для понимания того, как ледники реагируют на изменение климата. Образование и эволюция трещин, сераков и ледников непосредственно влияют на баланс массы ледника, скорость потока и вклад в повышение уровня моря.

Например, скорость потока льда через ледопад может быть чувствительным показателем общего состояния ледника. Потепление климата может ускорить таяние, что, в свою очередь, может ускорить поток через ледопад, что приводит к более быстрому транспортировке льда к более низким высотам, где он тает быстрее. Эта положительная обратная связь может разжижать ледник и ускорять его отступление. И наоборот, если ледник утолщается в своей зоне накопления, ледопад может стать более активным, поскольку больше льда проталкивается через сужение.

Также в альбедо ледника играют роль трещины. Поля Кревасса грубые и могут улавливать больше солнечной радиации, чем гладкий лед, ускоряя таяние. Наличие обломков в расщелинах может дополнительно усилить этот эффект. Некоторые исследования показали, что расщепленные участки могут иметь поверхностный энергетический баланс, который существенно отличается от несгибаемых участков, влияя на локальные скорости таяния и общий массовый бюджет.

Более того, исследование нестабильности сывороток имеет практическое применение за пределами альпинизма. В регионах, где ледники нависают над населенными долинами, коллапсы сывороток могут вызвать ледяные лавины, угрожающие инфраструктуре и жизни. Мониторинг сывороточных зон с помощью радаров и сейсмических датчиков может обеспечить раннее предупреждение. Сколько-кармадонская горная ледяная горка 2002 года на Кавказе, хотя и не является чисто сывороточным коллапсом, подчеркнула катастрофический потенциал больших ледяных масс, терпящих неудачу. Понимание механики нестабильности сывороток является приоритетом для оценки опасности в высокогорных регионах.

Ссылки на дальнейшее чтение:

Вопросы безопасности для гляциологов и авантюристов

Работа или путешествие по местности с расщелинами, сераками и ледопадами требует серьёзной подготовки.Для гляциологов, проводящих полевые работы, протоколы безопасности включают в себя путешествие в канатных командах, перевозку спасательного оборудования и выполнение ежедневных оценок опасности. Использование наземного проникающего радара стало стандартом для картирования скрытых расщелин перед созданием полевых лагерей или приборных массивов.

Для альпинистов и треккеров совет прост, но критичен: никогда не путешествуйте по леднику без капель, если вы не уверены в своем маршруте и условиях. Самая опасная местность часто является самой красивой, и сераковые поля особенно требуют уважения. Многие службы гидов и национальные парки требуют, чтобы альпинисты имели специальную подготовку, прежде чем они смогут попытаться путешествовать по леднику. Мастерство спасения трещин, включая способность настроить систему Z-pulley для извлечения упавшего альпиниста, является основополагающим навыком для любого, кто работает в ледяной среде.

В последние годы потепление климата добавило новый уровень риска. Более тонкие ледяные мосты, более активные ледопады и более длительные сезоны таяния делают некоторые районы, которые когда-то считались безопасными, более опасными. Окно для безопасных путешествий сокращается во многих регионах, а традиционные маршруты меняются. Важно быть в курсе текущих условий и консультироваться с местными экспертами.

Заключение

Рейки, сераки и ледопады — это гораздо больше, чем зрелищные черты на леднике. Они являются физическим выражением сил, которые управляют потоком льда. Они говорят нам, где ледник ускоряется, где он находится под напряжением, и где он распадается. Их следует уважать, но они также являются окнами в скрытый мир стресса, напряжения и движения. По мере того, как изменения климата и ледники по всему миру тоньше и отступают, эти особенности тоже меняются. Кревасы открываются в местах, где их никогда не видели. Ледопады становятся более активными или полностью отступают. Сераки разрушаются чаще, когда лед нагревается.

Понимание этих особенностей — это не просто академическое упражнение. Это важно для прогнозирования поведения ледников, управления водными ресурсами, обеспечения безопасности в высокогорных регионах и оценки риска ледниковых опасностей. В следующий раз, когда вы увидите фотографию ледника с глубокими синими расщелинами и возвышающимися сераками, вы узнаете, что смотрите на динамическую систему в действии, систему, которая реагирует на силы как древние, так и непосредственные. Эти особенности являются языком ледника, и научиться читать их — это шаг к пониманию планеты, на которой мы живем.