Леонид Серебрянный - Ледники в горах
Большинство из нас знают лед только как хрупкое кристаллическое тело, поскольку мы привыкли видеть его в небольших количествах. В ледниках, где мощность льда измеряется многими десятками и сотнями метров, нижние слои льда, находящиеся под нагрузкой, приобретают пластические свойства, верхние же их части сохраняют хрупкость. В этой закономерности не раз приходилось убеждаться при прокладке туннелей сквозь ледники: нижние части туннелей через некоторое время смыкались и их приходилось периодически расширять.
В любом леднике, как и в земной коре, можно различить две зоны: нижнюю, более пластичную, и верхнюю, более жесткую, подверженную образованию разрывов и трещин. Верхний хрупкий лед, вероятно, не обладает мобильностью, а вовлекается в поступательное движение льдом более глубоких горизонтов.
На основе представлений о пластическом течении льда можно объяснить многие закономерности движения ледников. Этот процесс неоднократно моделировался на различных пластичных материалах. Известный русский геолог, профессор Петербургского университета А. А. Иностранцев еще в конце XIX в. создал такую модель ледника. Из гипса была приготовлена горка с несколькими цирками и расходящимися от них тщательно пронивелированными долинами. Наполнив цирки кусочками обычного сапожного вара, удалось обнаружить, что через несколько дней они слежались в плотную массу, которая растекалась потоками по долинам. Причем и здесь, как в настоящем леднике, осевые части двигались быстрее, чем края. Переходя к крутым участкам долин, вар двигался некоторое время с прежней скоростью и, наоборот, на пологих участках сначала сохранял повышенную скорость.
Моделирование пластического движения льда имеет важное научно-теоретическое значение, поскольку в тектонике ледников можно усмотреть определенную аналогию с процессами, происходящими в недрах Земли. Многие тектонические структуры, наблюдаемые в толщах горных пород, встречаются также в стенках трещин, туннелей и гротов на ледниках. Соответственно структурно-гляциологические исследования помогают выяснить, как образуются складки, сбросы, сдвиги и другие деформации горных пород.
Пластическое течение является единственным только в истоках ледников. Несовершенство текучести льда, отличающее его от текучести жидкостей, порождает движение нового типа — глыбовое скольжение по ложу, которое вследствие малой прочности льда переходит в скольжение серии пластин по внутренним плоскостям разрывов. Такие внутренние сколы часто образуются по контакту хрупкого и пластичного льда. На круто наклоненных ледниковых языках может произойти отслоение крупных масс хрупкого льда. Ледяные обвалы иногда сопровождаются катастрофическими выбросами льда. Во многих горно-ледниковых районах подобные бедствия не раз приводили к исчезновению подо льдом целых селений.
На участках ледников с преобладающим течением сжатия внутренние сколы ориентированы тангенциально вверх от ложа, совпадая с направлением движения ледника. На участках, где преобладает течение растяжения, сколы, наоборот, направлены к ложу противоположно направлению движения ледника.
Заметим, что впервые на этот важный тип движения указывал О. Соссюр в 1760 г. Все три механизма существуют в леднике одновременно, но относительная роль каждого из них в разных частях ледников и на разных ледниках меняется.
Многочисленные искусственные туннели, пробитые через толщу ледников в последние годы, позволили провести. непрерывные наблюдения за донным скольжением. Основная роль здесь принадлежит двум процессам. Первый — способность придонных слоев льда обтекать мелкие неровности ложа. Второй — лед, находящийся при температуре плавления, тает под влиянием избыточного давления, а образующаяся водная пленка выполняет роль смазки, обеспечивающей скольжение ледника. Сходный процесс облегчает скольжение на коньках и даже на лыжах.
В ходе донного скольжения выступы на ложе протаивают сквозь лед. После прохождения льда через эти выступы давление снижается и часть растаявшего льда снова замерзает. Этот процесс называется режеляционным льдообразованием. Он поддерживается тем, что скрытая теплота плавления частично переносится через сам выступ на сторону, обращенную вверх по течению, где и происходит дополнительное таяние. Другим механизмом, стимулирующим скольжение ледников, является усиление пластического течения около крупных выступов ложа. По современным представлениям, природа донного скольжения связана с периодическим чередованием процессов таяния—замерзания в условиях меняющегося давления. В пользу правомочности этих взглядов свидетельствует толчкообразный характер движения льда в ледниках. С позиций скольжения ледников легко объясняется процесс донного таяния льда. Скорость донного скольжения варьирует в широких пределах, составляя от 0 до 90% поверхностной скорости льда. При расчетах скорость донного скольжения принимают за 50% от точно измеренной поверхностной скорости движения льда. Отмеченный выше механизм надежно установлен лишь для умеренных и субполярных ледников. По холодным ледникам, у которых основание приморожено к ложу, конкретная информация пока отсутствует.
Бунтующие ледники
Спокойное и размеренное существование ледников временами уступает место резким подвижкам, или пульсациям. В такие периоды ледники набирают стремительную скорость, а их языки продвигаются далеко вниз по долинам, превосходя по своим масштабам обычные колебания ледников.
Примеры необычного поведения ледников, прямо не связанного с климатическими изменениями, известны уже давно. Ледник Фернагтфернер в Эцтальских Альпах за последние четыре века пульсировал 4 раза, причем каждая подвижка сопровождалась подпруживанием реки Рофон и образованием огромного подпрудного озера. Внезапный спуск воды из этого озера не раз приводил к катастрофическим наводнениям.
Пульсирующие ледники известны практически во всех крупных горно-ледниковых районах. Характерно, что пульсации происходят на фоне общего сокращения оледенения. Преобладают кратковременные, небольшие по размерам пульсации, однако иногда масштабы этих явлений весьма велики, что сопровождается полным преобразованием морфологии ледниковых языков.
В 1966 г. на Аляске пульсировало 12 крупных ледников, в том числе самый крупный в Северной Америке ледник Беринга. Его фронт шириной 42 км продвинулся за четыре года на 1200 м. Ледник Уолш, который был стационарен с 1918 г., в конце 60-х годов стал пульсировать, и за четыре года его центральная часть переместилась на 10 км. Одновременно в леднике произошло заметное перераспределение массы: поверхность фирнового бассейна понизилась на 150 м.
В Каракоруме в 1904—1905 гг. ледник Гассанабад продвинулся на 10 км за два с половиной месяца, т. е. за сутки подо льдом скрывался участок долины протяженностью 130 м. В том же районе в 1953 г. пульсировал ледник Кутьях, продвигавшийся за сутки на 113 м.
Рис. 4. Схема трещинной тектоники пульсировавшей части ледника Медвежьего во время подвижки 1963 г. (по: [Долгушин, Осипова, 1982])
1 — граница ледника; 2 — трещины; 3 — краевые зоны дробления; 4 — линии надвигов; 5 — линии ступенчатых сбросов; 6 — крупные продольные разломы; 7 — террасы оседания («прилавки»); 8 — береговые морены
Во время таких крупных пульсаций вниз по долинам перемещаются массы льда. П. Виссер подсчитал, что во время подвижки ледника Султан-Чуску в долине Хумдан в Каракоруме в 1930 г. объем перемещенного льда составил 300 млн. м3. При этом в области ледосбора в результате снижения поверхности ледника на 100 м обнажились древние лавинные конусы, а продвинувшийся конец ледника перекрыл древние морены.
На Памире широко известен своим беспокойным нравом ледник Медвежий. В 1963 г. он сместился вниз по долине Ванча почти на 2 км, а спустя 10 лет — на 1750 м, перегородив две боковые долины Абдукагор и Дустироз. В первой из них образовалось подпрудное озеро емкостью около 20 млн. м3. Советский ученый Л. Д. Долгушин, много лет занимавшийся изучением Медвежьего, выяснил периодичность пульсаций и на основе анализа эмпирической информации заблаговременно предсказал, что подвижка произойдет именно в 1973 г. И тогда гляциологи стали тщательно следить за поведением Медвежьего. Это был первый точный прогноз ледниковой пульсации, позволивший свести к минимуму ее катастрофические последствия, связанные с прорывом вод подпрудного озера и прохождением паводка по реке Ванч.
Другая не менее известная пульсация произошла в 1969 г. на Северном Кавказе: активно наступавший ледник Колка достиг языка ледника Майли, разрушил его, частично втянул в движение и продвинулся далеко вниз но долине реки Геналдон, перекрыв Верхнекармадонские минеральные источники.
