Книга: Ледники в горах

Этот разнообразный мир ледников

Этот разнообразный мир ледников

По сравнению с окружающими крутыми скалами поверхность ледников кажется более доступной и издали даже довольно ровной. На самом же деле она сильно расчленена и изобилует крутыми перепадами высот. Тот, кто хоть раз ступал на ледник, надолго запомнит сложную пластику его рельефа. Монотонные подъемы там чередуются с крутыми скользкими спусками, на которых бывает трудно удержать равновесие, а порой путь преграждают отвесные обрывы.

В форме ледниковой поверхности запечатлены особенности питания ледников, закономерности их движения и таяния, а также характер подледникового рельефа. Человек с фантазией на ледниках может увидеть неприступные средневековые замки и стройные античные колоннады, диковинных зверей и птиц. Наблюдательность людей, избравших своей специальностью работу на ледниках, отразилась и в названиях некоторых из ледяных образований: «снега кающихся», «ледниковые ворота», «мельницы», «цветы» и т. д.

Наиболее однообразны в морфологическом отношении верховья ледников, или фирновые бассейны, часто приуроченные к глубоким мульдообразным котловинам. Это настоящая снежная пустыня. Поверхность ледников здесь выположена и лишь местами осложнена чередованием снежных дюн и барханов.

На ледниках низких широт на снежных полях иногда встречаются «снега кающихся», издали действительно напоминающие коленопреклоненных в белых одеяниях, причем высота фигур может достигать 4—6 м. Их образование связано с особенностями таяния и испарения снега при сильной инсоляции. «Снега кающихся» многократно описывались на ледниках Южной Америки, на Килиманджаро в Восточной Африке. В нашей стране они встречаются на Памире и Тянь-Шане.

Поверхность фирновых и снежных полей нередко рассечена глубокими трещинами на отдельные блоки. Особенность трещин в фирновых бассейнах заключается в том, что они часто в результате оседания фирна расширяются книзу. Такие трещины называют ледниковыми погребами.

К другому типу трещин, очень характерных для фирновых бассейнов, относятся бергшрунды — дугообразные трещины, обрамляющие верхние края фирновых полей. Они отделяют подвижную часть ледника от снежно-ледяной облицовки его скального обрамления. Обычно внутренний край бергшрунда залегает значительно ниже внешнего, а сама трещина замаскирована снежными мостами, что представляет значительную опасность для путешественника.

Области питания горных ледников расположены на больших высотах и, как правило, труднодоступны, поэтому для большинства туристов знакомство с ледниками ограничивается маршрутами по их нижним частям.

При выходе из фирновых бассейнов почти у всех ледников наблюдается чередование крутых и пологих участков. При значительных мощностях льда, которые, например, сейчас наблюдаются в Антарктиде или Гренландии, подо льдом могут незаметно скрываться крупные возвышенности и целые хребты. В горах же даже незначительное изменение наклона ложа отражается на поверхности ледников. На более крутых участках ледники начинают двигаться быстрее, и здесь во льду часто происходят разрывные нарушения, которые на поверхности ледников выражены в виде трещин различной формы и размеров.

Образованию трещин предшествует треск, из чрева ледника периодически раздаются глухие раскаты, вызванные процессами разрыва льда, а протяжный звук, как при разрезании стекла алмазом, свидетельствует, что трещина продолжает расти. Между тем по окончании этого своеобразного ледового концерта приходится затратить немало времени, чтобы обнаружить только что наметившуюся узенькую, шириной с лезвие ножа, трещину. Пройдет еще несколько дней или даже недель, прежде чем она расширится и примет вид устрашающе глубокой бездны.

Трещины образуются, когда напряжения в леднике превысят предел прочности льда на разрыв. В зависимости от положения относительно направления движения ледника выделяются трещины: поперечные в центре ледника и перпендикулярные направлению его движения; располагающиеся вдоль бортов ледника и составляющие с направлением движения ледника угол 45°; косые или веерообразные, имеющие продольное направление в центре ледника и расходящиеся веером к бортам, где они также составляют угол 45° с направлением движения. Кроме того, по краям ледниковых языков встречаются еще трещины двух типов: прямые короткие, образующие угол 45° с краем ледника; кулисообразные, похожие на предыдущие, но составляющие с краем угол около 20—35°.

Длина трещин измеряется десятками и даже сотнями метров. Некоторые из них бывают настолько длинными, что даже пересекают весь ледник. В ширину трещины обычно не превышают 20—30 м, гораздо чаще попадаются узкие расселины всего в 1—2 м. Главная опасность трещин заключается в том, что они сужаются книзу. Поэтому человек, угодивший в трещину, не достигает дна, а застревает даже между гладкими стенками. Как глубоко уходят трещины внутрь ледника? Оказывается, они рассекают только самую верхнюю часть ледников на глубину 30—70 м. Это связано с тем, что поверхностные слои льда в ледниках обладают повышенной хрупкостью, внутренние же более пластичны. Жесткий лед движется с большей скоростью и может раскалываться на куски. Действительно, мощность жесткого льда на разных ледниках не превышает 30—70 м, что и отвечает глубине большинства измеренных трещин.

Наиболее изобилуют трещинами крутые участки ледников — ледопады. В таких участках, нередко имеющих большую протяженность, поверхность ледника напоминает застывший водопад и распадается на узкие гребни, а нередко состоит из обособленных башен, пирамид и колонн. Лед тает, ледник движется, и вся ледяная архитектура постоянно меняется. На особо крутых участках лед дробится так сильно, что пространство, занятое узкими гребнями, оказывается значительно меньше площади трещин. В этом ледяном хаосе нелегко сориентироваться.

Ледопады придают ледникам необычайную живописность. Один из красивейших в нашей стране — ледопад ледника Адиши в Верхней Сванетии. Эта гигантская мозаика ледяных плит имеет общую протяженность 1,5 км, а уклон ее поверхности превышает 60°. На более крутых участках ледопада лед теряет свою связность и с огромной высоты периодически обрушивается вниз на ледниковый язык. Ледяные обвалы сопровождаются сильным грохотом и образованием облака из снежно-ледяной пыли.

В зарубежной литературе за ледопадами закрепилось название «серраки» (так называется особый вид швейцарского сыра, распадающегося на небольшие кубические кусочки). Известны своим капризным нравом огромные серраки ледника Кхумбу, охраняющие подступы к Эвересту. Обстановка там быстро меняется, и притом не только в деталях: вчера разведанный путь сегодня может быть совершенно непроходим.

Ниже ледопадов блоки льда, разбитые трещинами, подтаивают, закругляются и нередко приобретают вид громадных замерзших волн, а сами ледники становятся похожими на ледяное море. Ледяные волны четко выражены на ледниках Халде на Кавказе и Петрова на Тянь-Шане.

Одна из наиболее характерных особенностей горных ледников заключается в их сложном строении. На ледниковой поверхности полосчатость хорошо заметна вследствие разной окраски льда, которая зависит от концентрации пузырьков воздуха и минеральных включений, а также от формы и размеров ледяных кристаллов. Обычно в ледниках преобладают белые ленты льда, но часто встречаются прослои голубого, бурого и даже желтого цветов. В поперечном разрезе ледников слоистость имеет ложкообразное залегание и на поверхности ледниковых языков создает рисунок в виде дуг, обращенных выпуклостями вниз по течению ледника. В некоторых участках слоистость деформируется и возникают складки. В отличие от областей питания ледников, всегда остающихся холодными и безмолвными, облик ледниковых языков летом изменяется. Они словно оживают. Робким шепотом начинают переговариваться ручейки. Если днем становится чуть теплее, они набирают силу, объединяются и в полный голос заявляют о своем существовании.

Буйство ручьев и рек — верный признак таяния ледников. Потоки могут быть самыми разными, достигая 15—20 м в ширину и сотен метров в длину. Работая на ледниках, часто приходится тратить немало времени, чтобы найти удобные места для переправ через эти водные преграды, а иногда даже строить такие переправы из камней. Кроме того, рисунок сети водных потоков подвержен быстрым изменениям.

Русла потоков прорезают ледники на глубину более 10 м и имеют все признаки рек, включая даже меандры. На плоских участках ледников водотоки разливаются, образуя снежно-водяные болота. На крутых участках поверхности ледников скорости потоков возрастают. В течение суток расходы воды резко колеблются; утром водотоки совсем маломощны, зато во второй половине дня, особенно в ясную солнечную погоду, они несут огромные массы воды и переправа через них бывает сопряжена с риском.

Ближе к концу ледника реки все глубже вгрызаются в тело ледника, «пропиливая» причудливые лабиринты промоин и каньонов. Однако почти все они не достигают конца ледника. Куда же исчезают потоки? Ведь монолитный ледниковый лед практически водонепроницаем, хотя сам и содержит незначительное количество воды. Эту воду можно классифицировать на четыре группы. К первой относятся внутрикристаллические включения дисковидной формы, расположенные в базальной плоскости (это известные «цветы Тиндаля»). Вторую группу составляют очень плоские включения, расположенные на поверхности, разделяющей два кристалла. К третьей группе следует отнести водяную пленку, обволакивающую пузырьки воздуха в кристаллах льда. Четвертая группа охватывает водяные включения, находящиеся на стыках трех или четырех кристаллов льда.

Общее количество такой воды, называемой квазистатической, даже в умеренных ледниках составляет 1%. Следовательно, свойствами монолитного льда нельзя объяснить проникновение воды в толщу ледников и существование потоков, вытекающих из-под них.

Очевидно, проникновение воды внутрь ледников происходит в тех местах, где не сохраняются гидрологические условия, характерные для монолитного льда. Как правило, это зоны трещин, где поверхностный сток перехватывается. Гораздо труднее объяснить проникновение воды внутрь ледников на значительные глубины — ведь глубина трещин редко превышает 30—40 м. Сравним физические свойства воды и льда. Прежде всего обратим внимание на тот факт, что плотность воды больше плотности льда, что может приводить к возникновению избыточного давления воды по сравнению со льдом:

??_w : ??_i = ?_wgh_w — ?_igh_i,

где ?_w и ?_i — объемный вес воды и льда, g — ускорение силы тяжести, h_w и h_i — высота столба воды и льда. Соответственно при глубине трещины 30 м и глубине воды в ней 5 м у дна трещины возникает добавочное давление, равное 5?10⁴ Па. А как следует из степенного характера закона течения льда, даже незначительное увеличение напряжения вызывает существенное увеличение скорости деформации льда.

Таким образом, гидростатическое давление воды является немаловажным механизмом, способствующим проникновению воды внутрь ледников. Кроме того, даже незначительный поток энергии в направлении, перпендикулярном поверхности раздела лед—вода (где лед имеет температуру, равную температуре плавления), может вызвать фазовые переходы, приводящие к изменению водовмещающих емкостей.

Почти вся вода внутри ледников сконцентрирована в каналах стока, протягивающихся на многие километры. Диаметр таких каналов может превышать 2—2,5 м. Косвенным доказательством их существования служат фонтанирующие источники, которые обнаруживали на разных ледниках. Вода скапливается не только в каналах стока, но также в кавернах и линзах во льду.

Немаловажным источником воды, вытекающей из-под ледников, является донное таяние льда, которое происходит практически на всех ледниках, кроме тех, которые приморожены к ложу. Главный источник тепла в основании ледников — медленный геотермический подток тепла и небольшое количество тепла, выделяющегося в процессе движения льда при трении о ложе. X. Гесс в 1935 г. показал, что в среднем донное таяние на альпийских ледниках составляет менее 5,3 см/год, тогда как поверхностное таяние исчисляется несколькими метрами в год. На существование донного таяния указывают потоки воды, вытекающие из-под ледника даже зимой.

Значительные потоки талых вод, устремляясь внутрь ледника, часто высверливают глубокие колодцы и мельницы и в конечном итоге достигают дна ледника, где продолжают свой стремительный бег уже по каменному ложу. Полости мельниц и сухие русла на поверхности ледников отмечают прежние пути наледниковых потоков. Почти вся вода, образующаяся за счет таяния льда, бурными потоками вырывается наружу из ледниковых туннелей и гротов. Эти зияющие полости находятся на концах ледников. Нередко там образуются огромные арки высотой в несколько метров — «ледниковые ворота».

Чарующие оттенки голубого и зеленоватого льда в сочетании с грохочущей белопенной массой воды оставляют на всю жизнь неповторимые воспоминания о соприкосновении с миром льда. Ледниковые гроты и туннели привлекают пристальное внимание ученых, так как по этим полостям можно проникнуть в глубь ледника и провести там важные исследования. Но быстрое таяние ледяных сводов обусловливает недолговечность этих природных лабораторий. О подстерегающей опасности красноречиво предупреждают многочисленные отвалившиеся глыбы льда у входа в полости. Поэтому путешествие внутрь ледника обычно начинается с тщательного и длительного наблюдения за состоянием ледяного свода. Как далеко можно проникнуть внутрь ледников?

Протяженность естественных туннелей обычно не превышает несколько сотен метров. В 1982 г. на леднике Семенова в районе массива Хан-Тенгри на Центральном Тянь-Шане мы обследовали ледниковый грот длиной не менее 300 м. Он был двухэтажным, общая высота полости составляла примерно 8 м. Второй этаж внешне напоминал наблюдательную площадку, забраться на которую мы смогли по довольно крутой ледяной стене. В глубь грота площадка обрывалась почти отвесно, и, чтобы попасть на первый этаж, пришлось бы спуститься с высоты около 4 м на развалы крупных окатанных камней. Поглядев на их скользкие грани, блестевшие в полумраке, мы так и не рискнули прыгнуть и вернулись обратно. После недолгих поисков нам удалось обнаружить еще одно отверстие, которое вело на нижний этаж грота. Этот вход был настолько узок, что нам пришлось с трудом протискиваться сквозь ледяные стенки; зато буквально через несколько шагов высота ледяной пещеры увеличилась настолько, что мы выпрямились в полный рост. А пройдя по темному и мрачному ледяному коридору метров 70, мы очутились в том самом месте, которое только что видели с площадки верхнего этажа.

Здесь пещера освещалась проникающим сверху светом. Ледяные стены в нескольких местах были просверлены потоками талых вод. Они бурлили и исчезали внизу, где текла уже настоящая подледниковая река. Развалы камней под ногами оказались отложениями ледника — донной мореной, а под ними просматривалось скальное ложе, исчерченное причудливыми штрихами и бороздами. Здесь ледник методично разрушал свое ложе, буквально выбивал из него каменные обломки. Голубой свод первого этажа грота был весьма непрочен, от него то и дело обрывались крупные глыбы и с грохотом разбивались внизу. Такие опасные участки мы пересекали резкими перебежками. Только попав в темный дальный угол ледяного зала, мы почувствовали себя в безопасности. И тут, к нашему удивлению, выяснилось, что грот продолжается еще дальше узким коридором, по которому удалось пройти еще метров 150, освещая путь карманными фонарями. Под ногами была довольно ровная ледяная поверхность — прежнее ледяное русло реки. Относительно недавно река глубже врезалась в лед, и теперь поток рокотал метра на три ниже нас.

Грот, в котором мы побывали, вовсе не считается особенно большим. Известно, например, что под ледником Южный Иныльчек, тоже сползающим с массива Хан-Тенгри, вероятно, находится туннель протяженностью около 14 км. Он идет от конца ледника до озера Мерцбахера, названного по имени известного немецкого географа, который впервые проник в этот труднодоступный уголок Тянь-Шаня в самом начале нынешнего столетия. Ф. Мерцбахер обратил внимание, что язык ледника Южный Иныльчек является, в сущности, гигантской ледяной плотиной, которая преграждает сток с соседнего ледника Северный Иныльчек. Таким образом, озеро Мерцбахера является ледниково-подпрудным. Уровень воды в нем подвержен резким колебаниям. К концу лета (чаще всего в начале сентября) озеро максимально наполняется талыми водами ледника Северный Иныльчек. В это время оно имеет длину около 4 км, ширину 1 км и объем порядка 200 млн. м³. Под влиянием скопившейся воды ледяная плотина неожиданно всплывает, и огромный бурлящий поток врывается в чрево ледника Южный Иныльчек по туннелю. Вода быстро достигает конца ледника и вызывает паводок на реке Иныльчек (рис. 5). Котловина озера опустошается буквально за несколько дней, после чего вход в туннель снова закупоривается льдом до следующего года. Регулярность паводков на реке Иныльчек и их большие масштабы вызывают необходимость проведения постоянных наблюдений за состоянием ледников и уровнем озера. Сейчас на основе этих данных удается заблаговременно подготовиться к прорыву ледяной плотины и тем самым избежать возможных катастрофических последствий паводка.

Рис. 5. Схематический разрез через ледники Южный и Северный Иныльчек

а — перед прорывом озера Мерцбахера; б — после прорыва; в — гидрограф стока в устье реки Иныльчек в июне—сентябре 1963 г. Максимальный расход воды связан с прорывом озера

1 — верхний ярус ледников; 2 — средний ярус, по которому происходит сток воды из озера; 3 — нижний ярус; 4 — ледяной барьер и озеро с айсбергами; 5 — айсберги на сухом дне озера

Воздействие одного из таких паводков нам довелось испытать на себе. Это произошло осенью 1982 г. на Шпицбергене во время проведения гляциологических работ на леднике Грёнфьорд. В течение нескольких дней шли проливные дожди, и мы отсиживались в крошечном деревянном домике, построенном на песчаной равнине неподалеку от конца ледника. Однажды вечером мы заметили, что наш дом превратился в корабль, который, медленно покачиваясь, двигался в море. Как это могло произойти? Ведь невозможно было предположить, что дом, благополучно простоявший полтора десятка лет, будет снесен неожиданным ледниковым паводком именно во время нашего в нем пребывания. При таких паводках бурлящие потоки талых вод особенно быстро меняют свои русла. На пути одного из потоков и оказался наш домик. С большими трудностями, спасая наиболее ценное снаряжение, нам удалось выбраться из ледяной воды.

Ледниковые туннели известны и в других горных странах, но раньше всего с ними познакомились жители Альп, что нередко кончалось драматически. Из книги в книгу переходит история о том, как в конце прошлого века один швейцарец упал в трещину Гриндельвальдского ледника, но по счастливой случайности остался жив. Проскользив вниз около 120 м, он достиг основания ледника, отделавшись лишь переломом руки. Не потеряв присутствия духа, в полной темноте он начал искать выход из ледяной западни и, двигаясь по туннелю, вышел из ледника у подножия горы Веттерхорн.

Хотя наблюдения в естественных туннелях и предоставляют уникальную информацию о жизнедеятельности ледника, все же надо иметь в виду, что эти туннели обычно приурочены к концам ледниковых языков и соответственно полученные данные нельзя распространять на всю ледниковую систему. В последнее время гляциологи устраивают свои лаборатории в искусственных туннелях, которые проникают далеко в глубь ледников. Например, уникальные сведения о взаимодействии ледника с ложем удалось получить в туннеле, прорытом под ледником Аржантьер в массиве Монблан в Альпах. В нашей стране специально для гляциодинамических исследований был заложен туннель в леднике Обручева на Полярном Урале.