litceysel.ru
добавить свой файл
1



Лекція №4


Тема:
Льодовики


Мета: виявити основні умови виникнення та існування льодовиків, визначити основні закономірності їх утворення, вивчити типи льодовиків, охарактеризувати гідрологічні особливості льодовиків та їх роль у живленні річок.


План.

  1. Походження, типи та розповсюдження льодовиків.

  2. Основні закономірності утворення та будови льодовиків.

  3. Живлення та абляція льодовиків.

  4. Режим та рух льодовиків.

  5. Роль льодовиків в живленні і режимі річок.




  1. Походження, типи та розповсюдження льодовиків.


Льодовик – це льодяне тіло, яке виникло вище снігової межі на земній поверхні із різноманітних атмосферних опадів, в основному сніжних. Льодовик найчастіше знаходиться у русі і існує порівняно довгий час (роки, століття і більше).

Снігова межа, вище якої виникають льодовики, визначається з урахуванням багатьох причин. В середньому льодовики існують на висоті 3,5 км над рівнем моря. В Альпах, у групі гір Монблан, снігова межа проходить на висоті 2,8 – 3,1 км; в екваторіальних Андах Південної Америки близько 4,8 км. При перетворенні фірнового снігу в лід останній може містити до 20% повітря.

Потужність льоду в Гренландії досягає 3, а в Антарктиді 4,3 км (середня 1,9). Зона постійних температур знаходиться на глибині 15 м. На цій глибині в Гренландії на периферії льодовика спостерігається tº -2, а в центрі -24ºC; в Антарктиді ж на периферії -9, а в центрі, на південному полюсі, -51ºC.

Крім Антарктиди і Гренландії існує велика кількість площ зледеніння в інших місцях Землі: острови Шпіцберген, Ян-Маєн, Ісландія, деякі райони Арктики, півострови Аляска, Скандинавський, Камчатка, Кольський; гори Урал, Піренеї, Альпи, Кавказ, Апенніни, Бирранга (Таймир), Алтай, Саяни, Тянь-Шань, Памір, Гімалаї, Тибет, а також на території Канади, США, Мексики, Південної Америки.


Льодовики виконують функції конденсації та зберігання запасів прісної води, даючи початок багатьом річкам світу, і разом з тим можуть бути причиною крупних стихійних лих. Рух льодовика рідко перевищує 1 м за 10 діб, однак зафіксовані швидкості до 130 м/доб. Так, у 1895 році в Каскадних горах на заході США стрімкий рух льодовика перекрив 15-метровою товщею льоду вхід у залізничний тунель. Можливі також катастрофічні льодовикові лавини і обвали, коли обриваються висячі краї льодовика.

Хоч щільність льоду менша, ніж щільність води, і лід утворюється і плаває на поверхні, однак інколи він може виникати на різних глибинах, у тому числі на дні.

Німецькі та російські вчені називають його донним льодом, а англійські та американські – якірним. Коли такий лід намерзає на лежачі на дні ланцюги, якорі, канати, кабелі та камені, вони спливають на поверхню води, викликаючи здивування спостерігачів. Цей лід різко відрізняється від звичайного рихлою структурою. Його перші описи відносяться ще до 1730 року, коли його спостерігали на дні р. Темзи.

Говорячи про тверду фазу води не можна не згадати про такі величні явища, як айсберги, що являють собою величезні льодяні гори, які відламалися від сповзаючих у океан материкових льодовиків, в основному із Антарктиди та Гренландії. Відколювання льодяних гір відбувається в результаті припливів та відпливів, а також штормів, коли вода то піднімає, то опускає кінці льодових полів, що мають товщу кілька сотень метрів. Зустрічалися айсберги довжиною 120, шириною 75 км і висотою до 450 м. Це справжні пливучі гірські споруди з льоду, більша маса яких знаходиться під водою. В залежності від властивостей льоду і пустот, які в ньому містяться, над водою знаходиться всього лише ¼ висоти айсберга і 1/7 його маси.

Айсберги можуть існувати до 3 років, пропливши понад 4 тис. км. Тільки біля берегів Гренландії народжується від 10 до 15 тис. айсбергів, а це незначна частка того, що утворюється біля берегів Антарктиди. Відомо, яка страшна катастрофа сталася у 1912 р. від зіткнення в тумані з айсбергом, довжина якого була не дуже великою – всього близько чверті кілометра, найкрупнішого для того часу океанського лайнера «Титанік». Із 2358 чоловік, що знаходилися на борту, загинуло 1490, тобто 63%. Зараз такі катастрофи завдяки радіолокаторам вже неможливі.


Походження льодовика пов’язане з випавшим снігом, який поступово спресовується під впливом як вітру, так і , головним чином, нашарування нового снігу, що перетворюється в зернистий лід (фірн) і далі у звичайний лід. Льодовики можуть також рости за рахунок сніжної маси лавин.

Загальний запас льоду на нашій планеті оцінюється в 35 млн. км³ (включаючи сюди і підземний лід, і сніг). Головна маса льоду належить Антарктиді – 26,7 млн. км³. При його рівномірному розподілі по поверхні континентів утворився б шар льоду потужністю 182 м, а при таненні рівномірно розподіленого по поверхні Світового океану льоду рівень океану піднявся б на 66,3 м і багаточисельні приморські міста опинилися б затопленими, зокрема весь Санкт-Петербург, близько половини Лондона, більша частина Токіо і т.д.

За даними академіка К.К.Маркова, у міжльодовикову епоху, коли відбувалося максимальне танення льоду, рівень Світового океану піднімався проти сучасного на 10 м, а в льодовикову епоху при максимальному зледенінні проти сучасного на 110 м.

В південній півкулі, яка є в цілому більш теплою, загальна площа, вкрита льодом, менше, ніж у північній, однак об’єм льоду в південній півкулі приблизно в 9 разів більше, ніж у північній. Товща льоду на Антарктичному континенті досягає 3,7 км (на самому полюсі 2,7 км). Менша площа, зайнята льодом, і більш висока температура в південній півкулі пояснюється тим, що ця півкуля є «океанічною», а вода володіє високою теплоємністю. Тому океан зберігає отримане від Сонця тепло довше, ніж суша. Океан є регулятором і стабілізатором температури.

Льодовик – це маса фірну і льоду, яка утворилася шляхом тривалого накопичення та перетворення твердих атмосферних опадів і володіє власним рухом.

Льодовики Землі відіграють важливу роль у природних процесах. Вони акумулюють великі об’єми води, приймають участь у круговороті води в природі і суттєво впливають на багато процесів (тепловий баланс планети, температуру і солоність вод океану і т.д.).


У холодний період року на значних територіях суші йде накопичення твердих атмосферних опадів – снігу. В теплий період року на більшій частині території сніг тане. В кожний момент часу можна знайти межу між поверхнею, вкритою снігом, і поверхнею, де снігу немає. Ця межа називається сніговою лінією.

Снігова лінія – це лінія, вище якої сніг не тане навіть влітку.

Частину тропосфери, розміщену вище снігової лінії, в межах якої сніговий баланс позитивний і відбувається накопичення твердих атмосферних опадів, називається хіоносферою. Якщо в тому чи іншому районі земна поверхня має висоти, що перевищують висоту снігової лінії, то саме тут накопичення снігу призводить до його перетворення у фірн та лід і виникає льодовик.

Головна причина існування льодовика – кліматична. Основною умовою існування льодовика служить позитивний сніговий баланс, тобто переважання накопичення снігу над його витратою, чому сприяє велика кількість твердих атмосферних опадів і тривалий період негативних температур повітря. Найбільш сприятливий для утворення льодовиків морський клімат з великою кількістю опадів і прохолодним літом. Сухий континентальний клімат з жарким літом менш сприятливий для утворення льодовиків.

Крім кліматичних умов утворенню льодовиків сприяють орографічні та геоморфологічні умови: значні висоти, експозиція схилів, сприятлива орієнтація гірських хребтів по відношенню до напрямку переносу вологих повітряних мас, плоскі або ввігнуті форми рельєфу.

Накопичення снігу вище снігової лінії не може продовжуватися безкінечно, і він повинен якимось чином «розгружатися». Це відбувається завдяки переміщенню накопичених мас снігу і льоду нижче снігової лінії та їх таненню і випаровуванню в більш теплих умовах, таненню льодовика вище снігової лінії, сходу лавин, а на покривних льодовиках також в результаті відколювання масивів льоду і утворення льодовиків.

Льодовики на землі поділяються на дві основні групи: покривні та гірські.


Покривні льодовики знаходяться на материках або крупних островах. До них відносяться льодовики Антарктиди, Гренландії, арктичних островів (Земля Франца-Йосипа, Нова Земля та ін.). Форма покривних льодовиків в меншій мірі , ніж у гірських, залежить від рельєфу підстилаючої поверхні.

Покривні льодовики поділяються на кілька підгруп:


    • льодовикові куполи (випуклі льодовики потужністю до 1000 м);

    • льодовикові щити (крупні випуклі льодовики потужністю більше 1000 м і площею поверхні більше 50 тис. км²);

    • вивідні льодовики (льодовики, що швидко рухаються, через які відбувається основна витрата льоду покривних льодовиків; вивідні льодовики звичайно закінчуються у морі і дають початок айсбергам невеликого розміру);

    • шельфові льодовики (плавають або частково опираються на морське дно льодовики, є продовженням наземних льодовикових покривів; рухаються з берега у море і утворюють крупні айсберги).


Гірські льодовики поділяються на три підгрупи. Це льодовики вершин, що лежать на вершинах окремих гір, хребтів і гірських систем; льодовики схилів, що займають депресії (западини) на схилах гірських хребтів; долинні льодовики, які розміщені у верхніх та середніх частинах гірських долин.

Великі гірські льодовики знаходяться у крупних і високих гірських масивах – в Гімалаях, на Памірі, Тянь-Шані, в Альпах, на Кавказі, на Алясці і т.д. Самий крупний гірський льодовик – льодовик Беринга на Алясці довжиною 170 км.


2. Основні закономірності утворення та будови льодовиків.


На кожному льодовику можна виділити дві області:

    • верхня, де відбувається накопичення снігу, фірну і льоду – область живлення (акумуляції);
    • і нижня, де лід, якій перемістився із першої області, тане – область абляції (витрати).


Сніг, що випадає на поверхню льодовика, постійно накопичується,

ущільнюється під тиском вищих шарів і часткового танення і замерзання води перетворюється спочатку в зернистий сніг, а потім у фірн, або зернистий лід. Фірн являє собою конгломерат безформенних зерен льоду розміром 0,5-5 мм. Подальше ущільнення фірну і рекристалізація призводить до утворення льодовикового (глетчерного) льоду.

На утворення льодовика впливають також явища режеляції та конжеляції. Режеляція – це здатність кристалів льоду міцно змерзатися один з одним і заповнювати пори і тріщини. Конжеляція – повторне замерзання талої води на поверхні льоду.

Таким чином, у льодовиках спостерігається три принципово різних способи утворення льоду:

    • шляхом рекристалізації снігу і фірну (під тиском);

    • шляхом замерзання талої води у товщі фірну (інфільтраційний лід);

    • шляхом замерзання талої води на поверхні льоду (конжеляційний лід).

Мал.


Поступове накопичення снігу та льоду в області живлення льодовика призводить до того, що під дією сили тяжіння надлишок льоду, який володіє пластичністю, зміщається в область абляції, де починає танути. Ця область не має фірну і складається тільки з льоду. Область абляції у гірських льодовиків часто називають язиком льодовика.

Відношення площі області живлення льодовика (акумуляції) до площі області абляції (витрати) називають льодовиковим коефіцієнтом.

кл = Fж / Fа

У місцях зміни рельєфу ложа льодовика (розширення або перегин ложа) під час руху льодовика виникають відповідно повздовжні та поперечні тріщини.

На поверхні і в товщі льодовика, а також поблизу нього зустрічаються скупчення уламкового матеріалу – морени.

3. Живлення та абляція льодовиків.



Основним джерелом живлення льодовика служать тверді атмосферні опади. Крім цього в живленні льодовика приймають участь дощові рідкі опади, переніс вітром снігу на поверхню льодовика із суміжних гірських схилів, лавини, конденсація водяної пари у тверду фазу (сублімація) – іній, а також талі води сезонного снігу, що знову замерзли.

Для гірських льодовиків співвідношення вищезазначених факторів наступне: опади – 80% акумуляції, «наростаючі» опади – 0-2, переніс снігу вітром – 15, лавини – 5%.

Для малих льодовиків частка опадів скорочується до 20-30%, а частка переносу снігу вітром та лавинного переносу збільшується відповідно до 50-60 та 20%.

Розрізняють 3 види абляції:


    • підльодовикову;

    • внутрішньольодовикову;

    • поверхневу.

Підльодовикова абляція відбувається на межі льодовика з ложем і викликається надходженням тепла із ґрунту, тертям льоду об ложе і рідкою водою, що проникає під лід.

Внутрішньольодовикова абляція (танення) відбувається всередині льодовика і пояснюється тертям окремих шарів льодовика, циркуляцією води і повітря у порожнечах та тріщинах льодовика.

На долю обох згаданих видів абляції приходиться менше, ніж 5 % загальної абляції льодовика.

Головний вид льодовикової абляції – поверхнева абляція, що являє собою зменшення снігу, фірну та льоду на поверхні льодовика, обумовлене метеорологічними факторами. Основною складовою поверхневої абляції є танення. Випаровування відіграє деяку роль лише в умовах вкрай сухого та сонячного високогір’я.

На процес абляції льодовика впливають сонячна радіація, температура та вологість повітря, випаровування і конденсація, атмосферні опади. Тверді опади – сніг – збільшують альбедо поверхні льодовика і послаблюють процес танення , рідкі опади (дощ) прискорюють цей процес.

Для покривних льодовиків, що омиваються морями, витрата льоду (до 80 %) відбувається механічним шляхом в результаті утворення айсбергів. Айсберги підхоплюються морськими течіями та вітром і вже як компоненти режиму океану починають охолоджувати та опріснювати морські води.


Рівняння водного балансу маси гірського льодовика:


X + Yв+ Yлав + Zконд = Yт + Zвип ± ∆U.


де X – тверді та рідкі опади,

Yв - переніс снігу вітром,

Yлав – лавинний переніс,

Zконд - конденсація водяної пари в тверду фазу,

Yт – стік талої води з льодовика,

Zвип – випаровування снігу та льоду,

∆U – зміна маси льодовика за інтервал часу.



4. Режим та рух льодовиків.


Режим льодовика – це характер зміни його об’єму (маси) та форми, що проявляється у наступанні та відступанні льодовика.

Якщо акумуляція у льодовику дорівнює абляції, то ∆U = 0 і льодовик повинен бути стабільним.

Якщо акумуляція перевищує абляцію, то ∆U>0 і льодовик наростає та накопичується.

Якщо абляція перекриває акумуляцію, то ∆U<0 і маса льоду зменшується, льодовик деградує і відступає.

Коливання льодовиків, тобто режим їх наступання та відступання, пов’язані перш за все зі змінами умов живлення та абляції льодовиків. Наступання льодовиків звичайно спостерігається в холодні та вологі періоди, відступання - в теплі та сухі. Коливання льодовиків відмічаються і в сучасну геологічну епоху.

Рух льодовиків – це переміщення (завжди в одному напрямку) мас льоду. Дякуючи пластичності лід стає текучим і під дією сили тяжіння і тиску повільно переміщується.

Руху льоду сприяє велика потужність льодовика, значні уклони його поверхні та ложа, відносно підвищена температура повітря. Потужні льодовики рухаються набагато швидше малопотужних, круто падаючі льодовики рухаються швидше полого падаючих, вдень, влітку і у фазу наступання льодовик рухається швидше, ніж вночі, взимку і у фазу відступання.


Рух мас льоду в льодовику відрізняється від руху води у водотоках та водоймах (в результаті деформацій стискання і розтягування). Рух мас льоду може бути глибовим з ковзанням уздовж ложа і в’язко-пластичним.

Найчастіше швидкості руху льодовиків незначні і вимірюються сантиметрами на добу чи метрами на рік. Найбільша швидкість руху характерна для крайових частин потужних покривних льодовиків Антарктиди і Гренландії (вивідним льодовикам) і крупних льодовиків Гімалаїв.


5. Роль льодовиків у живленні та режимі річок.


Роль льодовиків у живленні річок в цілому невелика. Однак у деяких крупних річок, що стікають з покритих льодовиками гір, частка льодовикового живлення досягає 10-15%, а у малих річок у безпосередній близькості від льодовиків – 40-60%. Дякуючи акумульованим у товщах льодовика значним масам води льодовики здійснюють регулюючий вплив на річковий стік.

Багаторічне регулювання стоку льодовиками полягає в тому, що тала вода льодовиків компенсує нестачу води в річках у посушливий період.

Сезонне регулювання також виявляється у підсиленні танення льодовиків в теплий, посушливий період року, коли інші джерела живлення виснажуються. На річках з льодовиковим живленням максимум стоку звичайно зміщується на другу половину літа.

Так, льодовики середньої Азії дають підвищений стік річкам в кінці липня – на початку серпня, коли живлення річок талими водами сезонних снігів вже закінчилося, а дощові опади незначні. Саме у липні-серпні на рівнинних ділянках річок Середньої Азії здійснюється основний забір води на зрошування. Тому сезонне регулювання стоку льодовиками має велике значення для сільського господарства.

Нерідко крім сприятливого впливу на стік льодовики можуть викликати і катастрофічні паводки та селі. Паводки та селі льодовикового походження виникають у результаті наступних основних причин:

а) прорив прильодовикових озер;

б) прориву надльодовикових озер;

в) прориву внутрішньольодовикових порожнин;

г) катастрофічного танення, викликаного виверженням вулкану.