Введение в ледниковую геоморфологию

Ледники являются одними из самых мощных геоморфических агентов на Земле, способных изменять целые горные хребты и континентальные окраины на протяжении тысячелетий. Формы, которые они оставляют после себя - от острых острых аретов до обширных, плодородных равнин, - служат прямыми архивами прошлых климатических условий и динамической механики движения льда. Понимание этих ледниковых форм рельефа имеет важное значение не только для реконструкции палеоклиматической истории Земли в течение четвертичного периода, но и для управления критическими водными ресурсами, оценки геоопасностей, таких как наводнения ледниковых озер (GLOFs), и прогнозирования долгосрочных экологических изменений в таких оледеневших регионах, как Гималаи и Гренландия.

Изучение ледниковой геоморфологии даёт глубокое понимание силы льда. Анализируя оставленные ландшафты, учёные могут определить толщину, направление и скорость древних ледяных щитов, а также тепловые режимы, которые управляли их поведением.Глубокое понимание этих процессов является основополагающим для гидрологии, гражданского строительства в высокоширотных регионах и моделирования климата.

Природа и динамика ледников

Определить ледник

Ледник представляет собой стойкое тело плотного льда, которое постоянно движется под собственным весом. Он образуется там, где накопление снега превышает его абляцию (плавление и сублимация) в течение многих лет, часто столетий. Ледники не являются статическими; они являются динамическими системами, которые текут вниз по склону или распространяются наружу под действием силы тяжести. Они широко классифицируются на две категории: альпийские (долины) ледники, которые текут вниз по склонам гор и континентальные (ледяные листы) ледники, которые покрывают обширные ландшафты и вытекают наружу из центрального купола. Гренландский и антарктический ледяные щиты являются двумя основными континентальными ледяными щитами на Земле сегодня, представляющие более 99% ледникового льда в мире.

Баланс ледниковой массы

Здоровье и поведение ледника диктуется его массовым балансом, который представляет собой чистую прибыль или потерю льда в течение определенного периода (обычно в год).

  • Зона накопления: Область на более высоких высотах, где снегопад превышает таяние. Снег сохраняется круглый год, сжимаясь в пряжу и в конечном итоге ледниковый лед. Это основной источник массы ледника.
  • Зона абляции: Область на более низких высотах, где таяние, сублимация и откалывание (отрыв айсбергов) превышают накопление снега. Именно в этой зоне часто создаются наиболее драматические эрозионные и осажденные особенности.

равновесная высота линии (ELA) разделяет эти две зоны. Если накопление ледника превышает абляцию в течение длительного периода, ледник продвигается. Если абляция доминирует, ледник отступает. Понимание этого бюджета имеет решающее значение для интерпретации того, как рельефы земли относятся к конкретным климатическим периодам.

Механика ледникового движения

Ледники движутся через комбинацию внутренней деформации и базального скольжения. Специфический механизм во многом зависит от того, является ли ледник «холодным» (замороженным до постели) или «теплым» (в точке плавления под давлением у основания).

  • Внутренний поток (Creep): Лед является кристаллическим твердым веществом, но под огромным давлением он ведет себя пластически. Кристаллы льда деформируются и выравниваются, позволяя леднику медленно течь *в массовом порядке * в течение периодов от лет до десятилетий.
  • Базальное скольжение: Это происходит, когда талая вода у основания ледника смазывает дно, позволяя всей ледяной массе скользить по коренной породе.
    • Скольжение от откидной поверхности: Лед тает под высоким давлением на верхнем слое коренного препятствия, течет вокруг него в виде воды и замораживается на нижнем слое, где давление ниже. Это позволяет леднику скользить по бугоркам.
  • Деформация мягкой кровати: В районах, лежащих под неконсолидированным осадком (например, под Лаврентидовым ледяным щитом), ледник может сдвигаться через мягкое ложе, эффективно «раскачивая» осадок вдоль. Этот процесс отвечает за многие формы осаждения.

Пейзажи ледниковой эрозии

Ледниковая эрозия — это мощная сила, действующая как гигантский, медленно движущийся пояс наждачной бумаги и одновременно разрушающий шар. Основными процессами являются истирание (шлифовка) и выщипывание (карьеризация) .

  • Утечка: Мелтвотер проникает в суставы и трещины в породе.По мере того, как вода замораживается, она «захватывает» или выщипывает из кровати блоки скалы, включая их в основание ледника.
  • Истирание: Фрагменты породы, вложенные в основание ледника, действуют как грубая наждачная бумага, прочесывая и полируя коренную породу по мере движения льда. Этот процесс создает ледниковые полосы (поцарапанные метки) и борозды, которые указывают направление потока льда.

Микромасштабные эрозионные особенности

В меньшем масштабе истирание производит тонкие полосы и гужевые метки в форме полумесяца, называемые , которые могут выявить точное направление и скорость бывшего ледового потока. Поверхности польской породы, часто наблюдаемые в оледенелых регионах, таких как Национальный парк Йосемити, являются результатом мелкозернистого осадка, полирующего скалу.

Макро-масштабные эрозионные особенности

Наиболее узнаваемые ледниковые формы рельефа являются результатом крупномасштабной эрозии в течение тысяч лет.

U-Shaped Valleys (Ледниковые впадины)

Возможно, самая знаковая ледниковая эрозионная особенность, U-образные долины представляют собой преобразование ранее существовавших V-образных речных долин. Когда ледник течет по долине, он расширяется, углубляется и выпрямляет его через выщипывание и истирание на стенах и полу долины. Результатом является отчетливый плоский пол и крутые, часто похожие на скалы, стороны. Йосемитская долина в Калифорнии является классическим примером, вырезанным повторяющимися ледниковыми достижениями во время плейстоцена.

Висячие долины

Это притоковые долины, которые остаются высоко над главным ледниковым желобом. Меньшие притоковые ледники не могли размыться так глубоко, как более крупный главный ледник. После отступления льда притоковая долина «висит» над главной долиной, часто производя драматические водопады. Водопады в Йосемити (Бридальвейл-Фолл) и многие водопады швейцарских Альп являются яркими примерами вывесных выпадений долины.

Цирк, Арет и Рога

Эти особенности представляют собой изолированную, но интенсивную эрозию во главе ледника.

  • Цирки (Corries/Cwms): Это чашеобразные, амфитеатральные углубления во главе ледниковой долины. Они образуются ледниковым выщипыванием и морозным сваром на головной стенке в сочетании с вращательным скольжением льда в бассейне. Цирку часто содержит небольшое озеро, называемое тарном.
  • Arêtes: Когда два соседних цирка размывают свои наголовники назад друг к другу, образуется острый, обрезанный ножом хребет. Страйдинг Эдж на Гельвеллине в английском Озерном районе является известным примером.
  • Рога: Когда три или более кругов разрушают один горный пик с нескольких сторон, создается острый, пирамидальный пик, называемый рогом. Маттерхорн на границе Швейцарии и Италии является типичным примером ледникового рога.

Рош Мутонне

Это асимметричные коренных ручек, которые обеспечивают прямое свидетельство направления потока льда. Они имеют гладкую, мягко наклонную, истираемую поверхность на верхнем (стосс) стороне и крутой, зубчатый, выщипанный лицо на нижнем (ли) стороне. Эта асимметрия четко указывает направление движения ледника.

Пейзажи ледникового осаждения

Ледники являются отличными транспортерами осадка, начиная от глиняной каменной муки до массивных валунов. Когда лед тает, он оставляет эту нагрузку позади, создавая набор осаждений рельефа. Этот материал коллективно называется ледниковый дрейф , который разделен на два основных типа: до (непосредственно осажденный льдом) и стратифицированный дрейф (депонируется талой водой).

Морейн

Морейны - это хребты или курганы несортированного ледника, сложенные вдоль краев ледника.

  • Последние Морейны: Завалы обломков, скопившиеся по бокам ледника долины, составленные из камнепадов со стен долины.
  • Медиальные Морейны: Образуются при слиянии двух притоковых ледников.Соседние боковые морены объединяются в единую полосу обломков, которая проходит по центру более крупного ледника.
  • Терминал Морейнс: Большой хребет до самого дальнего продвижения ледника. Они имеют решающее значение для реконструкции прежней протяженности ледяных щитов.
  • Рецессионные морейны:] Похожие на терминальные морены, но образовавшиеся во время временных стоянок ледяного фронта, когда ледник отступает в целом.
  • Наземный Морейн: Широко распространенное, относительно плоское одеяло до тех пор, пока оно не оштукатурено по всему ландшафту, когда ледяной покров или ледник тают на месте.

Драмлины

Это обтекаемые, вытянутые холмы, которые выглядят как перевернутая ложка или спина кита. Они сформированы из до и иногда содержат коренное ядро. Драмлины являются отличными индикаторами направления потока льда; крутые (сточные) конечные точки вверх-лед, в то время как конические (ли) конечные точки вниз-лед. Они часто встречаются в группах, известных как барабанные поля, производящие топографию «корзины яиц». Классические барабанные поля найдены в северной части штата Нью-Йорк, Висконсин и Ирландия. Точный механизм образования барабанов все еще обсуждается, но тесно связан с быстротекущими ледяными потоками.

Fluvial-Glacial (Outwash) депозиты

Мелтвотер является мощным и высокоэффективным сортирующим агентом.Стратифицированный дрейф осаждается водой, создавая различные особенности с слоистыми отложениями.

  • Вымывные равнины (Сандуры): Широкие, плоские, мягко наклонные равнины из песка и гравия, осажденные плетеными талыми реками вниз по течению ледника. Эти равнины часто связаны с терминальными моренами.
  • Лесочники:] Это длинные извилистые хребты из стратифицированного песка и гравия. Они представляют собой русло талой воды, текущее внутри или под застойным ледником или ледяным щитом. Когда лед тает, прежнее русло реки (полное осадка) опускается на ландшафт в виде извилистого хребта.
  • Камес: Курганы или нерегулярные холмы стратифицированного дрейфа образовались, когда талая вода откладывается осадком в отложениях или полости на или внутри растоптанного ледника.
  • Кеттлс: Депрессии (часто образующие озера), которые возникают в результате того, что блоки льда закапываются в ледниковой промывке или до тех пор, пока ледяной блок в конечном итоге не тает, он оставляет дыру в ландшафте. Десятки тысяч озер в Миннесоте, Висконсине и Манитобе в основном являются ледниковыми чайниками.

Ледниковая эратика

Это большие валуны, перевозимые ледником, имеющим иную литологию, чем скала, на которой они покоятся. Прослеживая эрекцию обратно к исходному обнажению, геологи могут определить направление движения льда. Известным примером является «Большая скала» в Альберте, Канада, представляющая собой массивный кварцитовый валун, перевозимый из Скалистых гор.

Проледниковые и постледниковые особенности

Оледенение не только влияет на площадь непосредственно подо льдом, но и на полях, а затем и на оледенелых ландшафтах, которые также имеют уникальные особенности.

Проледниковые озера

Эти озера образуются перед ледником, где талая вода блокируется терминальной мореной или ледяной плотиной. Они распространены в оледеневших регионах сегодня, таких как Патагония и Исландия. Их внезапный дренаж может вызвать катастрофические наводнения ледникового озера (GLOFs).

Фьорды

Фьорды — U-образные долины, затопленные морем. Они являются классическими чертами сильно оледеневших береговых линий, таких как Норвегия, Аляска, Новая Зеландия и Чили. Они часто чрезвычайно глубоки, так как ледниковая эрозия простирается значительно ниже уровня моря, и у них часто есть мелкая «залка» в их рту, сделанная из морских обломков.

Изостатический отскок

Огромный вес континентальных ледяных щитов (до 3 км толщиной местами) вдавливает земную кору в мантию. Когда лёд тает, кора начинает медленно подниматься обратно, процесс, называемый ледниковой изостатической регулировкой (GIA) . Этот процесс все еще происходит в таких регионах, как Скандинавия и регион Гудзонова залива Канады, в результате чего береговые линии выходят из моря со скоростью до 1 см в год.

Ледниковые формы и изменение климата

Ледниковые формы рельефа являются не только реликтами прошлого; они являются критическими инструментами для понимания современных изменений климата. Отступление альпийских ледников во всем мире является прямым следствием повышения глобальных температур. Изучая терминальные морены, оставленные ледниками Малого ледникового периода (с. 1800 г. н.э.), ученые могут количественно оценить масштабы современного отступления. Кроме того, потеря массы льда из Гренландии и Антарктиды является единственным крупнейшим компонентом нынешнего повышения уровня моря. Обнаруженные сегодня формы рельефа, такие как фьорды и барабанные перемычки, помогают гляциологам моделировать будущую стабильность этих массивных ледяных щитов в соответствии с сценариями непрерывного потепления.

Оригинальное название: The Enduring Legacy of Ice

Процессы оледенения, действующие на протяжении десятков тысяч лет, фундаментально сформировали ландшафты, где сегодня живут сотни миллионов людей. От плодородных ледниковых почв Североамериканских Великих равнин и сельскохозяйственных богатых равнин Европы до драматических, впечатляющих пейзажей национальных парков, таких как Йосемити и Швейцарские Альпы, рука льда неоспорима. Научившись читать рельефы - полосы, морены, барабанные перемычки и U-образные долины - мы открываем глубокую историю климатической системы нашей планеты и получаем решающее понимание траектории нашего быстро меняющегося современного мира. Понимание этих древних процессов является ключом к прогнозированию ландшафтов будущего.