Книга: Ледники в горах

Камни на ледниках

Камни на ледниках

До сих пор мы рассматривали различные формы поверхности ледников, однако надо иметь в виду, что там, кроме льда, встречаются и каменные образования. Особенно выделяются срединные и боковые морены — полосы камней, протягивающиеся в осевых и прибортовых частях ледников. Морены похожи на каменные дороги, ведущие вверх по ледникам к заснеженным пикам и гребням. Эта картина настолько характерна для внешнего облика горных ледников, что стала эмблемой ряда научных симпозиумов и совещаний и воспроизводится на плакатах, почтовых марках и значках, где есть ледники и горы.

На скопления обломочного материала на ледниках обращали внимание еще Т. Вигалин, Л. Агассис, Ж. Шарпантье, Дж. Форбс и другие естествоиспытатели, авторы первых описательных работ по гляциологии. С тех нор в региональных и общих гляциологических публикациях неизменно приводятся данные о каменном чехле ледников. Они учитываются при определении скоростей и ориентировки потоков льда, темпов абляции льда, а также объемов твердого стока рек, начинающихся от концов ледников.

Откуда берутся камни на ледяной поверхности? Ответить на этот вопрос можно даже после непродолжительного пребывания на леднике. С крутых горных склонов, обрамляющих ледник, постоянно срываются сотни и тысячи камней. Вздымая облака пыли, сталкиваясь между собой, они с огромной скоростью летят вниз.

Горы разрушаются буквально на наших глазах, а громадные осыпи камней у подножия склонов свидетельствуют о том, насколько интенсивно протекает процесс разрушения пород, связанный с их физическим выветриванием. Хотя до сих пор раскрыты не все аспекты морозного измельчения горных пород, основной причиной является большое давление, создаваемое в результате замерзания воды в их трещинах и порах. Действительно, при замерзании воды образуется лед, объем которого на 9% превышает первоначальный объем воды. Вследствие этого лед давит на вмещающие породы и разрывает их изнутри.

В горных районах данному процессу способствуют климатические условия с частыми колебаниями температур воздуха около 0°С и связанные с ними многократные фазовые переходы воды. От интенсивности выветривания зависит объем каменного материала, поступающего на ледники. Здесь следует заметить, что легче всего разрушаются склоны, сложенные осадочными породами, а также кристаллическими сланцами. Наиболее устойчивы склоны, выработанные в массивных гранитоидных породах. Не менее существенны такие показатели, как площадь фирновых бассейнов, амплитуда высот скального обрамления, крутизна склонов, наличие или отсутствие на них ледяной облицовки и др. Сочетание этих факторов, по-видимому, отражает определенные зонально-географические закономерности. Во всяком случае неоднократно отмечалось, что в условиях Арктики поступление камней на поверхность ледников, как правило, имеет меньшие масштабы, чем в горах умеренных широт.

Иногда на поверхность ледников обрушиваются огромные скопления камней, образующие мощные нагромождения раздробленных горных пород. Например, после землетрясения 1964 г. на Аляске на ледник Шерман обрушилась масса камней, скрывшая 8,5 км² его поверхности. Мощность каменного чехла местами достигала 8 м. О другом обвале хочется рассказать подробнее. В 1979 г. мы вели гляциологические наблюдения на южном макросклоне Большого Кавказа, в Верхней Сванетии, где много крупных долинных ледников. Среди них особенно выделяется ледник Адиши, один из самых красивых ледников Кавказа. Все предыдущие исследователи единодушно отмечали необычную чистоту поверхности его языка. Поэтому мы крайне удивились, увидев в центре его скопление камней высотой около 50 м. Этот холм, вытянутый поперек ледника, имел форму серпа и асимметричное строение. Склон, обращенный к концу ледника, был гораздо круче противоположного. От вершины холма вдоль правого борта вверх по леднику протягивался длинный и узкий шлейф обломочного материала.

Тщательное изучение конфигурации рассматриваемого образования наряду с анализом его состава и строения позволило сделать вывод, что он сформировался за счет поступления обломочного материала на поверхность ледника, вероятно, в результате гигантского обвала конца бокового висячего ледника. Этот ледник, некогда соединявшийся с ледником Адиши, а сейчас отступивший от него на 300 м, местные жители называют Лахура, что в переводе означает «ходячий». Обвалы конца ледника, происходившие практически каждый год в августе, в конце сезона абляции, сопровождались оглушительным грохотом. По-видимому, во время одного из таких обвалов оторвавшийся конец ледника Лахура увлек за собой огромную массу камней и выбросил их на поверхность ледника Адиши.

Камни, попавшие на поверхность ледника Адиши, ожидала длинная дорога. Включившись в движение ледника, они, как по ленте конвейера, переместились вниз. Выяснилось, что за 13 лет (1966—1979 гг.) моренный холм на леднике Адиши сместился относительно устья боковой долины Лахура на 1250 м вниз по поверхности ледника. Отсюда можно заключить, что поверхностная скорость ледника составляет около 96 м/год. Поэтому можно было уверенно предсказать, что через 10—12 лет обломочный материал достигнет конца ледника. Действительно, посетив ледник в 1984 г., мы убедились, что половину пути камни уже прошли.

Таким образом, ледники являются важным агентом денудации, регулирующим перемещение масс твердого вещества из верхних ярусов гор в более низкие и в конечном итоге выравнивающим рельеф. Грузоподъемность ледников чрезвычайно велика. Известны случаи, когда ледники перемещали глыбы размером в несколько десятков метров в поперечнике.

В целом распределение камней на поверхности ледников зависит от типа оледенения, условий существования ледников, а также плановой конфигурации ледосборов (рис. 6). Поэтому на простых ледниках чаще встречают лишь боковые морены, протягивающиеся вдоль бортов. На языках сложнодолинных ледников, ниже слияния ледников-притоков, прослеживаются длинные ленты срединных морен, образующиеся из материала двух боковых морен ледников-притоков. Если породы, слагающие склоны ледосборов ледников-притоков, различаются по составу, то это отражается и на составе срединных морен. Причем даже визуально последние четко дифференцируются на две или более разноцветных полос.

Рис. 6. Формирование срединных морен

А-А', Б-Б', В-В' — срединные морены и их продольные сечения; Г-Г', Д-Д' — поперечные сечения через язык ледника

Нередко источниками срединных морен служат изолированные выступы скал, прорывающиеся сквозь толщу льда,— нунатаки. Морены, протягивающиеся от нунатаков, могут достигать значительных размеров. Так, длина срединной морены ледника Ветеранен на Шпицбергене составляет 15 км.

На ледниках часто встречаются и очень короткие срединные морены, внезапно появляющиеся на самых концах языков и не имеющие видимой связи с определенными скальными выступами. Тщательное изучение состава срединных морен, проведенное нами на ледниках Кавказа, Тянь-Шаня и Шпицбергена, показало, что их морфология тесно связана с гляциологическими факторами и прежде всего с тем, насколько удален источник поступления камней от границы питания ледника.

Камни, падающие на ледник в области питания, погребаются под снегом и перемещаются во внутренних частях ледника, вытаивая на поверхность только на его конце. Чем дальше расположен скальный выступ от границы питания, тем короче будет срединная морена. И наоборот, если источники камней находятся в зоне абляции, камни переносятся главным образом на поверхности ледника. Соответственно самые длинные срединные морены на любом леднике начинаются от выступов коренных пород, расположенных в районе границы питания.

В качестве иллюстрации этой принципиальной модели можно привести поверхностные морены ледника Трюггвебреен на Шпицбергене (рис. 7). Язык ледника протяженностью около 8 км находится в глубоком троге в зоне распространения пород серии Финланнсвеген — гранатово-слюдяных и известковых сланцев. Здесь на поверхности ледника прослеживается пять срединных морен разной длины и окраски. Три из них расположены вдоль левого борта ледника и имеют длину 6—7 км. Установлено, что эти морены начинаются от скальных выступов в зоне Финланнсвеген и сложены соответствующими породами.

Рис. 7. Петрографический состав крупнообломочного материала в моренах ледника Трюггвебреен на Шпицбергене

Породы формации Гекла-Хук: а — кварц-полевошпатовые сланцы с биотитом, очковые гнейсы и другие породы серии Планетфьелла; б — полевошпатовые сланцы, кварциты с мусковитом, амфиболиты серии Харкербреен; в — кварц-полевошпатовые гнейсы и сланцы с мусковитом и биотитом, амфиболиты серии Харкербреен (амфиболитовая зона); г — известковые и гранатовые слюдяные сланцы серии Финнланнсвеген; д — гранитогнейсы и кварциты; с — прибрежная равнина с прерывистым чехлом четвертичных отложений; ж — срединные морены

В осевой зоне ледника выражены и короткие срединные морены. От конца ледника они прослеживаются вверх только на 1—3 км и затем скрываются подо льдом. Визуально источник формирования их установить невозможно. Лишь литологический анализ показал, что они сложены породами серий Планетфьелла и Харкербреен: полевошпатовыми сланцами, кварцитами с мусковитом, амфиболитами, очковыми гнейсами и др. После детальных маршрутов в область питания ледника выяснилось, что эти породы слагают скалы в отдаленных частях ледосборов. Таким образом, удалось четко установить связь между короткими срединными моренами на конце ледника и нунатаками в области питания. Обломки, ссыпающиеся со склонов нунатаков, сразу же погребаются под снегом и, по-видимому, перемещаются на значительное расстояние внутри ледника, вытаивая лишь на его конце. Напротив, обломки, ссыпающиеся с бортов трога в зоне Финланнсвеген, т. е. в пределах области абляции ледника, переносятся вниз по поверхности льда.

Изучив состав и строение поверхностных морен не только на леднике Трюггвебреен, но и на соседних ледниках, тоже спускающихся к берегу Вейде-фьорда, мы смогли уточнить представления о рельефе и геологическом строении обширной труднодоступной территории на юго-западе Ню-Фрисланна. В частности, оказалось, что морфоструктурные и петрографические зоны здесь имеют субмеридиональное простирание. Видимые части этих зон выражены в рельефе в форме относительно небольших скальных массивов, разобщенных снежно-фирновыми полями.

Итак, сопоставляя состав камней в срединных моренах с геологическим строением бортов ледосборов, можно с большой точностью определить места образования даже самых коротких срединных морен. Такие сведения весьма полезны для уточнения представлений о динамике ледников, особенно в районах сетчатого оледенения, где ледяные потоки и скальные останцы образуют причудливую мозаику. Зная состав каменного материала в коротких клиновидных срединных моренах на концах выводных ледников, можно определить контуры фирновых бассейнов и положения ледоразделов, откуда потоки льда растекаются в разных направлениях.

Вполне понятно, что выяснение механизмов формирования срединных морен значительно облегчает геологическую съемку и поиск коренных месторождений полезных ископаемых в горно-ледниковых районах. Конечно, разработка таких месторождений до сих пор сопряжена с немалыми трудностями — поверхность ледников отнюдь не ровная дорога. В нашей стране накоплен уникальный опыт хозяйственного освоения высокогорий. Например, здания аэропорта и филармонии в городе Фрунзе облицованы красивым светлым мрамором, добытым из срединной морены ледника Южный Иныльчек. Эти глыбы поступают от Мраморной стены массива Хан-Тенгри.

Гряды срединных морен могут понизиться и даже совсем исчезнуть, если перестанут поступать обломки со скального обрамления ледника. Кроме того, обломки способны ссыпаться по склонам самих моренных гряд, что ведет к выполаживанию последних. Приближаясь к концу ледника, срединные морены нередко объединяются в сплошной чехол обломочного материала.

Некоторые ледники настолько сильно забронированы камнями в нижних частях, что по ним можно пройти несколько километров, прежде чем увидишь чистый лед. Такое наблюдается на ледниках Халде, Штулу, Караугом на Центральном Кавказе, Семенова, Карасай, Конурленг на Тянь-Шане. У крупного ледника Южный Иныльчек моренный чехол закрывает нижнюю часть языка протяженностью 14 км.

На концах ледников очень часто можно увидеть «ледниковую мебель» — «столы», «стулья» и т. д. Ледниковые столы — это плоские камни на узких ледяных ножках. Камни являются плохими проводниками тепла и поэтому предохраняют нижележащий лед от таяния. Высота ледяных пьедесталов, на которых покоятся камни, дает общее представление о величине таяния и испарения. Соответственно крупные развалы камней на поверхности ледников большей частью выражены в виде валов и гребней.

Еще одно интересное проявление дифференцированного таяния на поверхности ледников — своеобразные конусы, которые внешне очень похожи на муравейники и имеют примерно такие же размеры. Сверху они покрыты довольно толстым слоем темноокрашенного мелкозема, но внутри их, как правило, всегда четко выражено ледяное ядро. Слой мелкозема и в этом случае выступает как теплоизолятор, предохраняющий нижележащий лед от таяния. Иногда муравьиные кучи буквально усеивают поверхность ледниковых языков, придавая им своеобразный облик.

Специальные исследования в ряде горно-ледниковых районов позволили выяснить, что темпы абляции льда зависят от мощности каменного чехла. Если абляция чистого льда составляет 4,5 см/сут, то при мощности чехла 0,5 см она меньше 3 см/сут, а если чехол достигает мощности 20 см — менее 1 см/сут.

Лед под рассмотренным выше скоплением обломков на леднике Адиши за 13 лет отстал в таянии по высоте на 44 м по сравнению с окружающей чистой ледяной поверхностью, что составляет 3,4 м/год. Согласно морфологическим исследованиям Г. С. Вартанова, под бронирующим слоем каменных обломков сохранился от таяния объем льда 0,5 км³.

К совершенно иному эффекту приводит присутствие на ледниках мелких частиц. Нагреваясь, они легко протаивают в лед, что сопровождается образованием цилиндрических углублений — «ледяных стаканов». На их дне лежат маленькие камешки, скопления песка, ветки, листья и даже насекомые. Форма лунок с поразительной точностью передает форму находящихся в них предметов. Некоторые участки ледниковых языков бывают настолько сильно изъедены лунками таяния, что напоминают соты. Следовательно, россыпь мелких частиц значительно усиливает таяние ледников с поверхности.

Возможности искусственного усиления этого процесса с помощью зачернения поверхности ледников были известны с давних пор. Жители многих горных районов добивались ускоренного исчезновения снежного покрова с полей и перевалов, посыпая снег угольной пылью. Известный русский ученый А. И. Воейков отметил, что таяние снега после его зачернения происходит и при отрицательной температуре. Естественная запыленность ледников эоловой пылью составляет в среднем 150—500 г/м³ и тем не менее сильно влияет на таяние ледников.

Первые крупные эксперименты такого рода были проведены Г. А. Авсюком на тянь-шаньских ледниках Карабаткак и Ашутор в 1950—1952 гг. В качестве запылителя использовали каменноугольную и лёссовую пыль. При зачернении ледниковых языков угольной пылью из расчета 50—100 г/м² таяние возрастало на 20—45%, несмотря на большую естественную загрязненность поверхности (150—500 г/м²). Зачернение чистого льда усиливает этот процесс в 2 раза.

Искусственное усиление таяния ледников имеет немалое значение, хотя экспериментальные методы зачернения снега и льда различными концентрациями и фракциями угольной пыли еще недостаточно разработаны.