Книга: Ледники в горах

Ледники и человек

Ледники и человек

Последняя крупная эпоха в развитии оледенения Земли — позднекайнозойская — совпала со становлением и развитием человека. Есть основания предполагать, что ледниковые процессы существенно ускорили его эволюцию. Вероятно, ухудшение климата стимулировало такие важные события, как овладение огнем, изготовление одежды и постройка жилищ, защищавших от стужи и влаги.

Освоение горных стран началось еще на заре каменного века. Межгорные котловины субтропического пояса с их благодатным климатом и обильными пищевыми ресурсами издавна привлекали человека. Он находил в горах подходящий материал для изготовления орудий. Так, в центральных областях Кавказского перешейка, в Осетии, Джавахетии и Армении, где распространены вулканогенные породы, многочисленные мастерские по выработке орудий из андезитов, базальтов, обсидианов существовали еще в нижнем и среднем палеолите — ашеле и мустье. Таковы мастерские в Сатани, Джрабере, Фонтане в Араратской долине, у северных подножий Мокрых гор в Джавахетии и др. К западу и востоку от зоны лавовых пород орудия изготовляли из кремния, кремнистых сланцев, известняков и других осадочных пород, а также из ледниковых валунов.

Следы пребывания ашельских и мустьерских людей в полосе средних и высоких гор из-за сильной эрозии плохо сохранились. Например, скудные ранне- и среднепалеолитические находки на Центральном Кавказе имеются только в нескольких пунктах, на южном макросклоне — до высот 1600—2100 м, на северном — не более 1000 м. Эти различия в масштабах проникновения древних людей в глубь гор, несомненно, объяснялись гляциологическим фактором. На северном макросклоне, особенно в его центральной части, плейстоценовые оледенения проявлялись наиболее мощно: ледниковые языки прорывались через ущелья скалистого хребта и местами выходили на предгорные равнины. Во время оледенений сильно понижались высотные растительные пояса и резко уменьшалась площадь территорий, пригодных для жизни человека.

Горно-ледниковый барьер Большого Кавказа был непреодолим для древнего человека, и это обстоятельство предопределяло различия каменных индустрий Северного Кавказа и Закавказья. Ледники, покрывавшие вершины вулканических нагорий и приподнятые части хребтов Малого Кавказа, тоже служили барьерами в расселении людей каменного века.

По-видимому, только в позднем палеолите, когда мобильные группы охотников стали промышлять в горах нестадных животных, состоялось настоящее знакомство человека с горными ледниками. Во всяком случае, поблизости от ледников, несомненно, обитали такие специфические животные, как пещерный медведь или пещерный лев, фигурирующие в списках охотничьих трофеев, обнаруженных на стоянках позднего палеолита. Представления о природе горно-ледниковых областей значительно расширилось в бронзовом и железном веках в связи с развитием отгонного скотоводства. Тем не менее широкое освоение высокогорных пастбищ на Кавказе произошло совсем недавно, в течение последних столетий, и этот процесс сопровождался значительным истреблением лесов. Лишь в немногих долинах северного макросклона Большого Кавказа концы ледников непосредственно заходят в лесной пояс (яркий пример — ледник Караугом). На южном макросклоне, где леса лучше сохранились, это наблюдается гораздо чаще.

В связи с выпасом скота в горно-ледниковых районах возникли первые сезонные поселения. Люди постепенно перестали страшиться ледников и часто хижины и загоны для скота ставили на камнях под защитой моренных гряд. Тропы, соединяющие разбросанные в горах селения, часто проходят вдоль краев ледниковых языков и иногда даже пересекают ледники. В современных условиях растущего хозяйственного и рекреационного освоения высокогорий расширяются контакты человека с ледниками, хотя последние по вполне понятным причинам остаются в числе немногих незаселенных местностей нашей планеты.

Пребывание человека в горах нередко сопряжено с риском, особенно в случаях проявления стихийных нивально-гляциальных процессов. Анализ динамики и прогнозирование их находятся в числе первоочередных задач научного поиска в гляциологии. Не менее актуальны проблемы практического использования ресурсов снега и льда. Особенно высоко оценивается способность ледников сохранять влагу в твердом состоянии в течение очень долгого времени.

Только в горных ледниках СССР заключено около 2500 км³ воды. Эти запасы расходуются очень медленно, причем максимальный возраст льда в горах не превышает 1000 лет. Годовой ледниковый сток только в нашей стране составляет 25—30 км³ воды, или 1% от водных запасов в ледниках. Ежегодное таяние ледников обеспечивает влагой многие аридные районы земного шара и объясняет существование подлинных чудес природы — полноводных рек, пересекающих раскаленные от зноя пустыни. Высоко в горах от ледников начинаются такие крупные реки, как Амударья, Сырдарья, Ганг, Инд, Брахмапутра, Хуанхе, Янцзыцзян и др. Талые ледниковые воды, являясь наиболее существенным элементом водного баланса засушливых предгорных равнин в Евразии и Америке, вносят значительный вклад в развитие их экономики, особенно гидроэнергетики и сельского хозяйства.

Для рационального использования водных ресурсов горно-ледниковых областей необходимы учет ледников и выяснение закономерностей режима рек, питающихся талыми ледниковыми водами. Дело в том, что по режиму эти реки существенно отличаются от равнинных. Прежде всего в горных районах выпадает больше осадков и преимущественно в виде снега. Расходы же на испарение сравнительно невелики, и в итоге показатели стока на единицу поверхности в горах значительно выше, чем на равнинах. Модуль годового стока с горно-ледниковых бассейнов обычно в 5—6 раз выше его средней величины по территории страны.

Паводки на горных реках с ледниковым питанием следуют за периодами увеличения абляции, т. е. в летние месяцы, когда потребность в воде в засушливых районах особенно возрастает. Кроме того, ледники — важные регуляторы стока в его многолетнем ходе. В годы, когда в горах выпадает много осадков, сток с ледников уменьшается, так как масса свежевыпавшего снега обладает высокой отражающей способностью и таяние соответственно замедляется. Напротив, в малоснежные годы, когда потребность в водоснабжении на окружающих равнинах возрастает, сток с ледников увеличивается. В самой общей форме можно констатировать, что ледники реагируют на климатические изменения в направлении, благоприятном для хозяйственной деятельности человека.

В настоящее время ученые многих стран пришли к выводу о важности создания международного каталога ледников. В Советском Союзе такой каталог уже составлен. В его 108 выпусках содержатся разнообразные сведения по морфологии и режиму отдельных ледников и групп ледников любого речного бассейна или района оледенения в целом. Кроме того, по инициативе видного советского гляциолога В. М. Котлякова в нашей стране в 1984 г. был составлен «Атлас снежно-ледовых ресурсов мира», где всесторонне освещена роль ледников как источников воды.

Работы по учету ледников имеют большое значение, поскольку уже сейчас во многих районах следует активно воздействовать на водно-ледниковый баланс и режим жидкого стока с ледников, чтобы получить дополнительное количество воды. К настоящему времени принципиально выяснены пути искусственной трансформации водно-ледникового баланса за счет усиления таяния льда с использованием солнечной и антропогеновой энергии. Кроме перераспределения запасов льда, в перспективе можно осуществлять направленную концентрацию метелевого и лавинного снега.

Усилить таяние ледников можно, зачернив их разными порошкообразными материалами, которые увеличивают поглощение солнечной радиации, а следовательно, и сток с ледников. Этот метод применялся еще в далеком прошлом. В долинах Памира издавна местные жители, чтобы ускорить весеннее снеготаяние, посыпали поля золой и землей. На эту мысль натолкнула человека сама природа. В разных горных странах люди обращали внимание, что вулканические извержения, сопровождающиеся выбросом значительного количества пепла, вызывают сильное таяние ледников. К аналогичному эффекту приводят и сильные пыльные бури.

Искусственное зачернение поверхности ледников, предпринятое по инициативе академика Г. А. Авсюка, фактически дает несравненно больший эффект. Чисто теоретически можно предположить, что дополнительное стаивание льда должно быстро восстановиться в многоснежные годы, и режим ледников, таким образом, придет в соответствие с климатическими условиями. Однако для внедрения этого метода еще требуются многолетние исследования на ледниках и обоснованные представления о возможных физико-географических последствиях.

Советский гляциоклиматолог А. Н. Кренке предпринял количественную оценку реальных ресурсов и интенсивности массообмена в ледниковых системах на территории СССР. Был определен потенциальный объем воды, который можно дополнительно израсходовать при искусственном воздействии на режим ледников путем зачернения их поверхности. Расчеты показали, что в Средней Азии, где проблемы регулирования местных ресурсов воды стоят наиболее остро, сток ледников можно изменить не более чем на 6 км³. Конечно, этого количества недостаточно для решения крупных региональных водно-балансовых проблем, но в отдельные годы использование ледников для орошения хлопковых полей, безусловно, способно дать немалый эффект.

Существуют и другие технические проекты усиления водоотдачи ледников. Прежде всего это — увеличение таяния за счет механической очистки ледниковых языков от моренного чехла. Известно, что сплошной слой поверхностной морены снижает таяние примерно вдвое. Если учесть площадь ледников, забронированных камнями, которая только в Средней Азии составляет около 1700 км², получается, что в результате снятия моренного чехла в этом районе в принципе можно «выжать» из ледников еще около 5 км³ воды в год.

Более реально использование внутриледниковых вод в качестве местных источников водоснабжения. Для этого сейчас разрабатываются геофизические методы поисков воды в ледниках и буровые методы ее добычи. При этом решается и вопрос транспортировки воды и ее откачки из внутриледниковых полостей. Уникальный опыт такого рода накоплен гляциологами при водоснабжении советского рудника Пирамида на Шпицбергене.

Если обычно при использовании ледниковых вод для хозяйственных целей принимается в расчет талая ледниковая составляющая речного стока, доминирующая в летние месяцы, то в полярных районах, наоборот, значительная нехватка воды ощущается в холодное время года. В поселке Пирамида водозабор производится из озера Голубого, но воды в нем не хватает. Поэтому важным источником становится ледник Бертиль. Летом вода забирается с его поверхности, а зимой — из внутренних водоносных горизонтов. Специальные исследования позволили установить, что вода поступает по естественному туннелю в теле ледника, и основная часть зимнего стока связана с водоотдачей из подледникового талика, который каждое лето пополняет свой запас воды. Этот поток перехватывается внутриледниковым штреком, откуда вода подается непосредственно в бойлерную поселка через трубопровод длиной 1 км.

Рассматривая ледники как источники влаги, не следует упускать из виду такое важное обстоятельство, как чистоту ледникового льда. Минерализация его очень мала, а нередко даже меньше, чем атмосферных осадков. Геохимические анализы проб льда, отобранных на кавказских ледниках Марух, Гергети, Халде и др., показали, что в среднем минерализация льда не превышает 15 мг/л, тогда как нормальная минерализация речных вод на один-два порядка выше. Полученные для ледникового льда величины оказались даже меньше минерализации осадков в высокогорных районах Кавказа (20 мг/л). Как ни удивительно, но ледники обладают способностью самоочищаться. Деминерализация льда происходит в результате фазовых переходов и миграции рассолов в направлении температурного градиента.

Интенсивность и механизмы этих процессов раскрыты еще далеко не полно, а ледниковый лед в некоторых странах приобретает товарную стоимость. Например, в Японию, где проблема чистой воды стоит особенно остро, ежегодно доставляется из Гренландии 15—20 т льда. Не исключено, что некоторые ледники могут быть в недалеком будущем растащены по кускам. Во всяком случае, в стадии технических разработок находятся проекты транспортировки айсбергов из полярных районов к побережьям страдающих от засухи областей Австралии, Южной Америки и Азии.

Рассматривая качество ледниковых вод, нельзя упускать из виду и тот факт, что они практически лишены тепловых загрязнений: вытекающая из-под ледников вода всегда имеет температуру около 0° С.

Важный аспект регулирования ледникового стока — прогнозирование и защита населенных пунктов в горах от прорывов ледниково-подпрудных озер. Эти озера, ванны которых целиком или частично выработаны ледниковым льдом, являются характерной особенностью ледниковых ландшафтов. Выделяются озера на поверхности ледников, внутриледниковые и озера в речных долинах, подпруженные ледниками.

Главная особенность гидрологического режима рассматриваемых озер состоит в периодических прорывах их вод, которые, судя по исследованиям в горах Тянь-Шаня, Памира, Аляски, в Альпах, Норвегии, Исландии, Британской Колумбии и других районах, происходят раз в один-два года. Сам механизм прорыва был рассмотрен на примере озера Мерцбахера на Тянь-Шане. Расчет и прогноз паводков, сопровождающих прорывы ледниково-подпрудных озер, относятся к важным практическим задачам гляциологов. Первый опыт такого расчета выполнен в нашей стране для пульсирующего ледника Колка на Северном Кавказе.

Для предотвращения катастрофических последствий ледниковых паводков в наиболее населенных районах предполагается строительство плотин, отводных каналов и даже туннелей в горах. С прорывами ледниково-подпрудных и моренных озер связано возникновение грозных селевых потоков. В селеопасной зоне расположена столица Казахской ССР — Алма-Ата. Только в 1921 г. сель выплеснул на город около 3 млн. м³ камней и грязи. Для защиты Алма-Аты в долинах горных рек возведены могучие плотины, проводятся профилактические спуски воды из наиболее опасных озер и другие инженерно-технические мероприятия. Под защитой плотины находится всемирно известный спортивный комплекс Медео.

Нередко стихия льда соседствует с огненной стихией. Наглядный пример такого соседства — ледниковые шапки Исландии. В некоторых местах крупнейшей шапки — Ватнайёкудля — возвышаются вулканические вершины, увенчанные ослепительно белым снегом. В ледяной пустыне крутые иссиня-черные склоны вулканов выделяются особенно резко. Подножия вулканов иногда окаймлены подковообразными озерами, возникшими в результате таяния льда.

Но большинство вулканов Ватнайёкудля полностью или частично перекрыты льдом. Вершины этих громадных ледниковых куполов нередко поднимаются до 2000 м над уровнем моря и почти постоянно скрыты в густой пелене облаков. Во время подледниковых извержений под влиянием выделяющегося тепла масса льда вокруг вулканического очага начинает таять. При этом из ледниковых трещин сильно выделяются водяной пар и ядовитые газы. Бурные потоки талых вод по многочисленным туннелям прорываются к краю ледника и устремляются к океану, вызывая катастрофические паводки на реках. Такой паводок в Исландии называют «йекудльхлёуп» (в переводе — поток, ринувшийся от края ледника).

Приближение йекудльхлёупа иногда удается установить за несколько дней по быстрому повышению уровня воды в реках. Поток может переносить до 50 тыс. м³/с воды, что сопоставимо с расходом воды в устье крупнейшей реки мира Амазонки. Под напором огромного количества воды от края Ватнайёкудля иногда отрываются глыбы льда высотой до 20—30 м, которые переносятся на большие расстояния. Нередко они пересекают всю прибрежную низменность и уносятся в океан в виде айсбергов.

Самый активный центр подледниковых извержений — Гримсвётн — находится в западной части Ватнайёкудля. Кальдера этого вулкана выражена в рельефе ледниковой поверхности в виде овального углубления площадью 35 км² и глубиной более 500 м. Извержения здесь происходят примерно раз в 7—10 лет и сопровождаются обильными излияниями лавы. В периоды между извержениями впадина заполняется талыми водами, образующимися в результате деятельности подледниковых сольфатар, зимой озеро замерзает, а летом на прозрачной глади вод плавают льдины.

Другая ледниковая шапка — Мирдальсйёкудль на юге Исландии — приобрела известность благодаря многократным извержениям подледникового вулкана Катла. В книге известного исландского гляциолога С. Тоураринссона «Тысячелетняя борьба со льдом и снегом» отмечается, что во время извержения вулкана в 1918 г. максимальный расход воды в 3 раза превышал расход воды в устье Амазонки. После прохождения паводка на прилегающей к леднику обширной прибрежной равнине, которую люди осваивали в течение многих сотен лет, не осталось никаких признаков жизни. Не менее мощное извержение Катлы в 1955 г. вновь опустошило эту местность.

Конечно, упомянутые ледниковые катастрофы не исчерпывают списка этих грозных явлений природы, с которыми сталкивалось человечество. Приведенные примеры иллюстрируют лишь масштабы бедствия.

Теперь кратко остановимся еще на одной проблеме. Ледниковые воды, как мы уже отмечали, обладают наибольшим содержанием взвеси по сравнению с другими водными источниками горных рек. Например, в реках, вытекающих из-под ледников Средней Азии, по подсчетам гидролога О. П. Щегловой, мутность исчисляется десятками килограммов на кубический литр воды, а в периоды схода гляциальных селей — сотнями килограммов. Высокий уровень взвешенных наносов сохраняется в реках и на значительном удалении от концов ледников.

С проблемой ледниковой муки в этом регионе вплотную столкнулись лишь в конце 50-х годов нашего столетия, когда для освоения земельных фондов потребовалось создание значительных регулирующих емкостей — водохранилищ. Эти водохранилища стали очень быстро заиливаться.

Беспрепятственный перенос продуктов ледниковой эрозии к чашам водохранилищ происходит из-за малого размера взвеси, в которой преобладают частицы менее 0,01 мм, по весу составляющие в среднем 30—45% взвешенных наносов.

В Нурекском водохранилище на реке Вахш в пределах его верхних 20 км наносы с размером частиц менее 0,35 мм являются главным источником формирования так называемых мутьевых, или плотностных, придонных потоков. Плотность потоков примерно в 1,5 раза превышает плотность вышележащей воды, а их образование объясняется поступлением в водохранилище в теплое время года холодных, сильно насыщенных взвесью ледниковых вод. Именно эти мутьевые потоки определяют режим заиления Нурекского гидроузла. Средний на 20-километровом участке слой образованных этими потоками отложений составляет около 7 м в год, а максимальные его величины достигают 22 м. Основной вынос мелкозема, конечно, дают крупные долинные ледники, а не многочисленные мелкие ледниковые тела. Поступление взвесей в водохранилища колеблется от года к году, что определяет режим заиления и соответственно график эксплуатации водохранилищ: сроки промывки верхних бьефов, съемки мутности, промерные работы. О масштабах проблем, связанных с заилением, можно судить по следующим цифрам: только в бассейнах Сырдарьи и Амударьи эксплуатируется, строится и проектируется несколько десятков водохранилищ емкостью свыше 50 км³.

Одной из пассивных форм борьбы с заилением является создание больших «мертвых» объемов водохранилищ. При этом по мере заиления мертвого объема нормальная эксплуатация водохранилищ становится невозможной, и регулирующую роль должна выполнять новая расположенная выше емкость.

Выше мы рассматривали лишь аспекты прикладной гляциогидрологии. Но этим не исчерпывается практическая значимость гляциологии. Ледники являются не только компонентами гидросферы, но и занимают вполне определенное место в литосфере. Недаром многие классики естествознания справедливо рассматривали ледники как особый тип осадочных горных пород, что и определило методологический подход к изучению всех природных льдов. По мнению академика А. Н. Заварицкого, у геологов не возникает никаких сомнений в том. что ледниковый лед является настоящей горной породой. Об этом говорится и в фундаментальном труде П. А. Шумского «Основы структурного ледоведения».

Расширенная трактовка места гляциологии в системе наук о Земле согласуется с представлениями выдающегося советского естествоиспытателя академика В. И. Вернадского о криосфере Земли. Учет специфического положения ледников на контакте гидросферы, атмосферы и литосферы открывает новые перспективы научного поиска в гляциологии и отвечает современным задачам глубоких междисциплинарных исследований. Одновременно возрастает практическая ориентация гляциологических работ.

Здесь прежде всего следует иметь в виду, что ледники нередко занимают большие площади и являются важным элементом высокогорных ландшафтов, определяющим ход многих природных процессов. Отсюда ясно, что динамика ледниковых процессов и тем более их катастрофическое развитие существенно влияют на общую оценку окружающей среды. В этом плане возрастающее хозяйственное и рекреационное освоение гор ставит перед гляциологами принципиально новые задачи.

Гражданское, дорожное и промышленное строительство ведется на днищах трогов, выполненных ледниковыми отложениями. Соответственно при закладке фундамента здания, прокладке дорожного полотна или возведении мостов необходимо располагать конкретными характеристиками состава и строения поверхностных толщ, а это невозможно без познания закономерностей процессов моренонакопления. На первый взгляд, как будто формальные литологические показатели разнотипных морен для проектировщиков приобретают особую значимость, определяя стоимость строительства.

В случае необходимости гляциолог дает экспертную оценку устойчивости грунтов, особенно при наличии ледяных ядер в моренных субстратах, консультирует при поисках ценного строительного сырья. Например, грузинские гляциологи приняли участие в определении запасов мрамора в горно-ледниковых районах. Напомним также, что в ледниковых отложениях часто присутствуют рудные минералы, коренные источники которых скрыты под ледниками или приурочены к их скальному обрамлению. В связи с этим иногда возникает необходимость горнопроходческих работ в ледниках и даже под ними.

Важное значение имеют сведения о динамике ледников. Первые искусственные туннели строились главным образом для проведения научных исследований внутри ледников. В известном туннеле в леднике на горе Юнгфрау в Швейцарии, проложенном в 1951 г., до сих пор продолжаются систематические исследования физико-механических свойств льда и изучается термический режим ледникового тела. Непосредственное хозяйственное использование ледников связано с экспериментальными туннелями, проложенными в малоподвижных частях Гренландского ледникового покрова, которые использовались как гаражи для автомобильного транспорта, складские и даже отапливаемые жилые помещения. Один из туннелей достигал 330 м при ширине 5,4 м.

Признавая возможность эксплуатации ледниковых туннелей, следует все же заметить, что со временем происходят пластические деформации ледяных стенок и отслаивание льда. Наиболее долговечны туннели, заложенные в наименее подвижных периферических частях холодных ледников.

В последние годы возрос интерес и к возможности сооружения карьеров в ледниках для разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. Так, в Центральном Тянь-Шане обнаружено месторождение полиметаллов, частично перекрытое ледниками. На первый взгляд казалось, что наиболее рентабельным было бы удаление ледникового чехла. Однако для практической реализации такого предложения нужно не только определить мощность и скорость движения льда, но и оценить весь объем возможных последствий. Кроме того, сейчас еще нет однозначного инженерного решения проблемы. Напомним о неудачном опыте устранения части ледника Морено в Аргентине. Даже сбрасывание на ледник 500-килограммовых бомб не дало ожидаемого эффекта: пластичный лед довольно быстро залечивал свои раны.

Осевые части горных массивов и хребтов, где концентрируются ледники, таят в себе разнообразные минеральные богатства. Подступ к ним во многом связан с познанием закономерностей распределения ледников и ледниковых отложений. В этом плане большую помощь оказывают современные геофизические методы, помогающие оценить мощность льда и рыхлых отложений. В принципе на такой основе сейчас составляются карты подледникового рельефа горных районов. Такие карты могут реально помочь при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых.

В каждой горной стране имеются определенные высотные рубежи, связанные с рентабельностью эксплуатации минеральных богатств. Однако в связи с ростом потребностей в минеральном сырье эти рубежи поднимаются вверх, все ближе к ледникам. И уже теперь в некоторых местностях можно увидеть ледники в окружении буровых вышек. Понятно, что вовлечение ледников в хозяйственную деятельность человека неизбежно, однако, как говорил известный советский гляциолог М. В. Тронов, ледники дарят людям красоту. Ежегодно целые армии туристов и альпинистов отправляются в горы, чтобы окунуться в чарующий мир снега и льда. И перед человечеством стоит благородная задача сохранить для будущих поколений нетронутыми лучшие уголки этого мира.