Ледники являются одними из самых динамичных и древних природных явлений Земли. Эти массивные тела плотного льда, которые формируются на протяжении веков из уплотненного снега, медленно движутся под собственным весом, меняя ландшафты и действуя как критические индикаторы глобальных климатических моделей. Хотя часто их считают отдаленными, замороженными пустоши, ледники являются яркими, живыми системами с уникальными особенностями, такими как синий лед, скрытые пещеры и драматические трещины. Эта статья исследует увлекательный мир ледников - от того, как они формируются до тайн, которые они хранят - и объясняет, почему они имеют значение для каждого человека на планете.

Как формируются и растут ледники

Ледники начинаются как снег, который накапливается год за годом в регионах, где зимой выпадает больше снега, чем тает летом. Со временем вес новых снежных слоев сжимает старый снег под ним, вытесняя воздушные карманы и превращая его в пряжу — гранулированную, промежуточную стадию между снегом и ледниковым льдом. При продолжающемся сжатии в течение десятилетий или столетий пряник становится плотным, кристаллическим льдом. Этот процесс требует как низких температур, так и постоянных снегопадов, поэтому ледники встречаются в основном в полярных регионах (таких как Гренландия и Антарктида) и высоких горных хребтах, таких как Гималаи, Анды и Альпы.

По мере роста и утолщения ледяной массы гравитация заставляет его течь наружу и вниз по склону. Это движение отличает ледник от простых ледяных пластов. Скорость течения варьируется: некоторые ледники ползут всего несколько сантиметров в день, в то время как другие, такие как ледники с нарастающим типом, могут продвинуться на десятки метров за один день. Внутренняя деформация кристаллов льда и базальное скольжение (где талая вода смазывает основание ледника) приводят к этому движению.

Типы ледников

Глациологи классифицируют ледники на два основных типа, основываясь на их географическом положении:

  • Альпийские ледники образуются в высоких горах и стекают вниз по долинам. Они включают в себя цирковые ледники, ледники долины и ледники Пьемонта. Известные примеры включают ледник Мер-де-Глейс во французских Альпах и ледник Атабаска в Канаде.
  • Лёдные щиты представляют собой массы континентального масштаба, охватывающие обширные территории, такие как Гренландский ледяной щит и Антарктический ледяной щит.99% ледникового льда в мире.

Небольшие ледяные шапки, ледяные поля и отводные ледники также являются важными вариациями. Понимание этих типов помогает ученым моделировать, как различные ледниковые системы реагируют на изменение климата.

Наука, стоящая за голубым льдом

Одной из наиболее визуально поразительных особенностей ледников является их интенсивный синий цвет, особенно заметный в глубоких расщелинах, ледяных пещерах и лицах айсбергов. Это явление часто неправильно понимают. Синий цвет вызван не примесями или минералами; скорее, он является результатом того, как лед взаимодействует со светом.

Свежий снег белый, потому что в нем содержится много пузырьков воздуха и кристаллических граней, которые одинаково рассеивают все длины волн видимого света. Но по мере того, как снег сжимается в ледник, пузырьки выдавливаются, и лед становится плотнее и прозрачнее. В плотном льду более длинные длины волн (красный и желтый) поглощаются легче, чем более короткие длины волн (синий). Когда свет проникает в лед, красные и желтые фотоны поглощаются, и только синий свет рассеивается обратно к нашим глазам. Чем чище и плотнее лед, тем глубже появляется синий.

Голубой лед часто встречается в самых глубоких частях ледника или во льду, который был подвержен эрозии. Например, районы синего льда Антарктиды являются ветровыми зонами, где был удален снег, раскрывая древние, сильно сжатые льды ниже. Эти зоны ценны для климатологов, потому что они содержат лед, который может быть сотни тысяч лет, сохраняя захваченные пузырьки воздуха, которые показывают прошлый состав атмосферы. Чтобы узнать больше о науке о ледяном ядре, посетите портал NOAA Ice Core Data .

Пещеры ледников: скрытые миры льда

Под поверхностью многих ледников талая вода вырезает сложные пещерные системы. Эти ледниковые пещеры, также называемые ледяными пещерами, образуются, когда талая вода на поверхности или геотермальное тепло тают туннели через лед. Некоторые пещеры сезонны, появляются летом и разрушаются зимой; другие стабильны в течение многих лет и могут простираться на километры.

Вход в пещеру ледника — сюрреалистический опыт: стены светятся полупрозрачным синим светом, а звук капающей воды эхом разносится по камерам, которые ощущаются как древними, так и живыми, — эти пещеры обеспечивают прямое окно во внутреннюю структуру ледника, открывая слои льда разных лет, полосы вулканического пепла и даже сохранившиеся обломки.

Ученые изучают ледниковые пещеры по нескольким причинам:

  • Чтобы понять внутренние дренажные системы и то, как вода течет через ледники, что влияет на скорость ледника и отечность.
  • Пробы древнего льда, который может быть менее загрязнен, чем поверхностный лед.
  • Для мониторинга изменения климата: пещеры часто расширяются в теплые периоды, обеспечивая видимый показатель ускоренного таяния.

Одна из самых известных систем ледниковых пещер существует под ледником Менденхолл на Аляске, где каждое лето возле конца ледника открывается большая ледяная пещера. Аналогично, ледяная шапка Ватнайёкюдль в Исландии содержит замечательные пещеры, которые привлекают фотографов и гляциологов. Однако эти пещеры по своей природе опасны из-за риска коллапса, наводнения или падения льда — только опытные гиды должны вести посещения.

Особенности поверхности: Crevasses, Seracs и Ogives

Поверхность ледника далеко не гладкая.По мере того, как лед течет по неровной коренной породе или через суженные долины, напряжение и сжатие создают драматические особенности, которые делают ледники похожими на замерзшие реки в суматохе.

крещение

Полосы — это глубокие трещины, которые образуются, когда ледник растягивается, а хрупкий верхний слой не может идти в ногу с потоком под ними. Они могут быть глубиной в десятки метров и длиной в сотни метров. Полосы часто скрыты снежными мостами, что делает их серьезной опасностью для альпинистов и исследователей. Существует несколько типов: продольные трещины (параллельные потоку), поперечные трещины (перпендикулярные потоку) и маргинальные трещины (около краев ледника). Понимание трещин помогает гляциологам измерять скорость и распределение напряжения ледника.

Серакс

Сераки — это возвышающиеся, зазубренные глыбы или столбы льда, образующиеся там, где ледник течет по крутой капле, например, ледопаду. Эти вершины могут быть неустойчивыми и склонными к внезапному коллапсу. Ледопад Кхумбу на горе Эверест — одна из самых печально известных сераковых зон, ответственных за многие скалолазания. Сераки также распространены на выходных ледниках, которые заканчиваются ледяными скалами.

огайвы

Огивы, также называемые полосами Форбса, представляют собой чередующиеся темные и светлые полосы, которые появляются на поверхности некоторых ледников ниже ледника. Они образуются ежегодно, когда лед из верхнего ледника течет над падением и сжимается и деформируется, создавая волнообразные узоры. Каждая пара полос представляет собой один год потока, что делает огивы естественным календарем для ледникового движения.

Ледниковая эрозия и осаждение: скульптура ландшафта

Ледники являются мощными агентами эрозии. По мере движения они вырывают камни из породы и измельчают их на подстилающей поверхности, эффективно осыпая землю наждачной бумагой. Этот процесс создает отличительные формы рельефа, которые сохраняются долго после таяния ледника.

Эрозионные особенности

  • U-образные долины: В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледники расширяют и углубляют долины в широкую U-образную форму. Йосемитская долина в Калифорнии является классическим примером.
  • Цирки: Чашеобразные впадины высоко на склонах гор, где возникают альпийские ледники.После отступления ледников цирки часто заполняются водой, образуя тарновые озера.
  • Ареты и рога: Острые хребты (arêtes) и пирамидоподобные вершины (horns) образуются, когда несколько ледников разрушают гору с нескольких сторон, как в Маттерхорне.
  • Стриации: Кровы и царапины, оставленные на скалах, заложенных в основании ледника. Стриации указывают направление ледникового движения.

Депозиционные особенности

Когда ледники тают, они оставляют после себя мусор, который они несли, называемый ледниковой дроби. Эта несортированная смесь глины, песка, гравия и валунов образует различные отложения:

  • Морены: Крепости, сложенные вдоль сторон ледника (боковой), передней (терминальной) или центральной (медиальной). Терминальные морены отмечают самое далекое продвижение ледника.
  • Драмлины: Под льдом образовались холмы в форме подката, крутым концом которых обращено направление ледового потока.
  • Эрратика: Крупные валуны, перевозимые далеко от источника и оставленные после отступления льда.Например, гранитные валуны, найденные на равнинах Среднего Запада, переносились ледниками из Канады.

Эти формы рельефа не только живописны, но и помогают геологам реконструировать прошлые ледниковые периоды и предсказать, как нынешние ледники могут формировать будущие ландшафты.

Ледники как индикаторы климата

Ледники часто называют «канарейками в угольной шахте» для изменения климата. Поскольку они относительно быстро реагируют на изменения температуры и осадков, они являются прямым свидетельством глобального потепления. Подавляющее большинство ледников во всем мире отступают с конца Малого ледникового периода (около 1850 года), и скорость отступления резко ускорилась в последние десятилетия.

Ученые измеряют баланс массы ледника — разницу между накоплением снега зимой и таянием льда летом — для оценки их здоровья. Отрицательный баланс массы означает, что ледник теряет больше льда, чем он получает, способствуя повышению уровня моря. Согласно Геологической службе США, ледники за пределами Гренландии и Антарктиды теряют сотни миллиардов тонн льда каждый год с 2000 года.

В дополнение к повышению уровня моря, ледниковый таяние влияет на запасы пресной воды для миллионов людей, которые зависят от сезонного ледникового стока для питьевой воды, сельского хозяйства и гидроэлектроэнергии. Такие регионы, как Анды, Гималаи и Скалистые горы сталкиваются с серьезной нехваткой воды, поскольку ледники сокращаются. Таяние также подвергает темной породе и мусору, который поглощает больше солнечной радиации и ускоряет потепление - петля обратной связи, которую будет трудно разорвать.

Интересные факты о ледниках

Помимо науки, ледники содержат множество интересных фактов, которые подчеркивают их важность и уникальность.

  • Хранилище сточных вод: Ледники хранят около 69% пресной воды в мире. Если бы весь наземный лед растаял, глобальный уровень моря поднялся бы примерно на 70 метров (230 футов), потопив многие прибрежные города.
  • Экстремальные размеры: Ледник Ламберта в Антарктиде — самый большой ледник в мире, длиной более 400 км и шириной 100 км. На другом конце самые маленькие ледники могут быть всего в нескольких сотнях метров в поперечнике.
  • Возраст: Некоторые из самых старых ледниковых льдов на Земле найдены в Антарктиде Аллан Хиллз, возраст которых составляет 2,7 млн лет.Самый старый непрерывный рекорд ледяного ядра длится около 800 000 лет.
  • Скорость движения: Большинство ледников движутся менее 1 метра в день, но некоторые ледники типа всплеска могут мчаться вперед со скоростью 30 метров в день. Ледник Хаббарда на Аляске в прошлом веке несколько раз поднимался, угрожая заблокировать Рассела Фьорда.
  • Пузырчатый лед: Когда ледниковый лед тает, пойманные пузырьки воздуха иногда лопаются, создавая издаваемый звук, называемый «пузырчатым льдом».Это явление можно наблюдать в стакане воды с ледником.
  • Холодная адаптированная жизнь: Несмотря на экстремальную окружающую среду, ледники являются хозяевами жизни. Криоконитовые дыры (маленькие талые воды на поверхности) содержат микробные сообщества, а некоторые ледники в Антарктиде содержат уникальные виды ледяных червей и водорослей, которые питаются питательными веществами во льду.
  • Морские озера, затопленные : Когда ледники отступают, они часто оставляют нестабильные озера, удерживаемые стенами морен. Вспышки наводнений из этих озер (jökulhlaups) могут опустошить общины вниз по течению. Одно из таких событий в 1941 году недалеко от Уараза, Перу, убило более 5000 человек.
  • Синий против белого: Не весь ледниковый лед синий.Если лед содержит много примесей, таких как каменная мука или водоросли, он может казаться серым, коричневым или даже розовым (из-за «арбузного снега», вызванного водорослями Chlamydomonas nivalis).

Будущее ледников

Исследование 2019 года, опубликованное в Science, прогнозировало, что к 2100 году более половины ледников мира могут исчезнуть при сценариях с высоким уровнем выбросов, даже если потепление будет ограничено 2 ° C. Это не только резко повысит уровень моря, но и устранит уникальные экосистемы и стереет бесценные климатические записи, хранящиеся во льдах.

Однако есть причины для действий и осведомленности. Усилия по сохранению сосредоточены на сокращении выбросов парниковых газов, мониторинге здоровья ледников со спутников и изучении того, как ледниковая талая вода питает региональные водные системы. Сообщества в бассейнах рек, питаемых ледниками, адаптируются, строя плотины и диверсифицируя источники воды. И для каждого человека понимание фундаментальной роли ледников - от голубого льда до скрытых пещер - помогает создать глобальную мотивацию, необходимую для защиты этих замороженных гигантов.

Для дальнейшего чтения, изучите страницу Национального центра данных о снеге и льде (National Snow and Ice Data Center) на странице ледника (FLT: 1) или Всемирный ледниковый узел (World Glacier Hub) (FLT: 3) для данных и новостей в реальном времени.