Полная версия

Главная arrow География arrow ГЕОЛОГИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Геологическая деятельность ледников

Ледники — это естественные массы кристаллического льда (вверху — фирна), находящиеся на поверхности Земли в результате накопления и последующего преобразования твердых атмосферных осадков (снега). Необходимое условие образования ледников — сочетание низких температур воздуха с большим количеством твердых атмосферных осадков. Это имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. В преобразовании снега в фирн, а затем в лед большую роль играют давление и сублимация (от лат. sublimo — возношу) (возгонка), под которой понимается испарение льда и новая кристаллизация водяного пара. При сублимации высвобождается тепло, способствующее сплавлению отдельных кристаллов. С течением времени фирн постепенно превращается в глетчерный лед. Ледники зарождаются выше снеговой границы, где располагаются их области питания (аккумуляции снега). Но при движении ледники выходят ниже снеговой границы в область абляции (от лат. ablatio — отнятие, снос), где происходит постепенное уменьшение их массы путем таяния, испарения и механического разрушения.

Схема строения горного ледника

Рис. 3.21. Схема строения горного ледника

Эту зону иногда называют областью стока или разгрузки (рис. 3.21). В зависимости от изменяющихся во времени соотношений аккумуляции и абляции происходит осцилляция (от лат. oscillo — колебание) края ледника. В случае существенного усиления питания и превышения его над таянием край ледника продвигается вперед и ледник наступает, при обратном соотношении он отступает. При длительно сохраняющемся соотношении питания и абляции край ледника занимает стационарное положение. Современные ледники покрывают территории общей площадью более 16 млн км2, или около 11% суши.

Типы ледников. Выделяют три основных типа ледников:

  • 1) материковые, или покровные;
  • 2) горные;
  • 3) промежуточные, или смешанные.

Классическими примерами современных материковых ледников служат покровы Антарктиды и Гренландии (рис. 3.22).

Антарктический ледник. Антарктида занимает площадь около 14 млн км2, из них около 13,2 млн км2 покрыто льдом. Ледяной покров образует огромное плато высотой до 4 км (рис. 3.23). По данным сейсмических исследований, для подледного рельефа Антарктиды характерна большая сложность, наличие хребтов и обширных низменностей, опущенных на десятки и сотни метров ниже уровня Мирового океана. Мощность антарктического

Покровный ледник типа антарктического

Рис. 3.22. Покровный ледник типа антарктического. Под тяжестью льда земная кора прогнулась ледяного покрова изменяется от нескольких сотен метров около гор или у края материка до 4 км и более в его центральных частях и особенно в пределах низменных равнин Берда, Шмидта и др. От краев выводных и шельфовых ледников откалываются огромные ледяные глыбы — айсберги, площади некоторых из них достигают 50—100 км2. Высота подводной части айсберга составляет лишь 1/7—1/10 часть его общей высоты. Можно представить себе грандиозную опасность для судоходства этих оторвавшихся глыб, выносимых ветрами и морскими течениями в просторы океана, далеко за пределы полярных морей. Достаточно вспомнить гибель океанского парохода «Титаник».

Антарктический ледяной покров. Космический снимок

Рис. 3.23. Антарктический ледяной покров. Космический снимок

Гренландский ледник. Гренландия занимает территорию не многим более 2 млн км2, из которых около 80% покрыто материковым ледником. Для центральной части ледникового плато (области питания) характерны абсолютные высоты около 3 км, а к краевым частям высота снижается до тысячи и нескольких сотен метров. Максимальная мощность ледникового покрова Гренландии, по сейсмическим данным, около 3400 м, средняя — около 1500 м. В гористых окраинах Гренландии наблюдаются долинные выводные ледники. Некоторые из них, наиболее мощные, выходят в море на различные расстояния, находясь на плаву. Выступы и гребни гор известны под эскимосским названием нунатаки.

Горные ледники различны по условиям питания и стока. Большое распространение имеют горные ледники альпийского типа. Общий характер и динамика такого ледника представляются в следующем виде. В верхней склоновой части гор выше снеговой границы располагаются области питания (фирновые бассейны). Они представлены циркообразными котловинами. Часто это расширенные водосборные бассейны, ранее выработанные водными потоками. Областями их стока, или разгрузки, служат горные долины.

К промежуточному типу относят так называемые предгорные ледники. Их называют так из-за расположения у подножия гор. Они образуются в результате слияния многочисленных горных ледников, выходящих на предгорную равнину, растекающихся в стороны и вперед и образующих крупный ледниковый шлейф, покрывающий большие пространства.

Движение ледников. Важное значение имеет пластическое, или вязкопластическое, течение льда, которое обычно наблюдается в нижней части ледника. Такое движение возможно при значительной мощности льда, создающей нагрузку на его нижние слои, и достаточной его чистоте. При пластическом течении периодически накапливаются горизонтальные напряжения, превышающие упругость льда. В результате возникают горизонтальные срывы, вдоль которых вышележащие слойки льда проскальзывают по нижележащим. Такие послойно-дифференцированные пластические течения местами сопровождаются скачкообразным изменением скорости движения (рис. 3.24).

Скорость движения ледников различна и зависит от времени года и от того, в каком районе находится ледник. Например, горные ледники Альп перемещаются со скоростью от 0,1—0,4 до 1 м в сутки. Вместе с тем некоторые из них временами увеличивают скорость до 10 м в сутки. Скорость выходных ледников Гренландии, спускающихся во фьорды, может достигать 25—30 м в сутки, тогда как во внутренних районах, вдали от фьордов, она составляет несколько миллиметров в сутки. Иногда скорость движения ледников быстро увеличивается. Примером тому является ледник Медвежий на Западном Памире, который в 1963 г. стал двигаться со ско-

Разрез горного ледника и движение льда

Рис. 3.24. Разрез горного ледника и движение льда: 1 — зона хрупкого льда; 2 — зона пластичного льда; 3 — зона вмороженных в лед валунов; 4 — кривая движения льда

ростью до 50 м в сутки, блокировав течение реки Абду- кагора, в результате чего образовалось подпрудное озеро. В последующем вода прорвала ледяную плотину и, двигаясь с огромной скоростью, уничтожала все на своем пути. Активизация ледника отмечалась и в 1988— 1989 гг.

При движении ледников происходит ряд взаимосвязанных геологических процессов:

  • 1) разрушение горных пород подледного ложа с образованием различного по форме и размеру обломочного материала (от тонких песчаных частиц до крупных валунов);
  • 2) перенос обломков пород на поверхности и внутри ледников, а также вмерзших в придонные части льда или перемещаемых волочением по дну;
  • 3) аккумуляция обломочного материала как в процессе движения ледника, так и при его таянии.

Весь разнородный обломочный материал, от тонких глинистых частиц до крупных валунов и глыб, как переносимый ледниками при их движении, так и отложенный, называют мореной (гляциальными отложениями). Следовательно, существуют два типа морен: движущиеся и отложенные.

Изучая основные морены четвертичных отложений в европейской части России, можно видеть, что они сложены главным образом неслоистыми валунными глинами, суглинками, иногда супесями, с ориентировкой валунов длинной осью параллельно направлению движения льда. Основная, или донная, морена, образующаяся под толщей движущегося ледника, отличается монолитностью и плотностью отложенного материала.

При длительном стационарном положении края ледника наблюдается динамическое равновесие между поступающим льдом и его таянием. В этих условиях у края ледяного покрова будет накапливаться приносимый ледниками обломочный материал, формируя конечную, или краевую, морену.

Конечные морены в рельефе представляют собой слабо изогнутые вилообразные или грядообразные возвышенности, которые очертаниями в плане повторяют форму края ледникового потока, ледниковой лопасти или отдельных ледников. В европейской части России и Западной Европе хорошо выражены вилообразные гряды конечных морен большой протяженности. Они достигают в длину десятков, а местами и сотен километров. Большой протяженностью, например, отличаются Клин- ско-Дмитровская и Рижская гряды конечных морен. Наличие нескольких гряд конечных морен, отчетливо выраженных в рельефе, соответствует наиболее стационарным положениям края ледника в процессе его отступания, т. е. длительным остановкам, сопровождающимся привносом обломочного материала к фронту ледника (рис. 3.25).

С деятельностью ледников тесно связана работа талых ледниковых вод, представляющая собой еще одну из сторон единого сложного природного процесса. По периферии покровных ледников формировались огромные равнины, образованные преимущественно песчаными отложениями за счет разноса песка реками, возникшими при таянии ледника. Эти флювиогляциальные (от лат. fluvius — течь, glacialis — ледяной) равнины очень широко развиты, например в Западной Сибири, а на Европейской равнине с ними связаны тонкие пылеватые породы желтоватого цвета — лёссы. Рельеф флювиогляциальных равнин отличается большим разнообразием форм.

Оледенения в истории Земли. Оледенения в истории развития Земли играли очень большую роль. Они изменяли рельеф на огромных пространствах, сглаживали его выступы и образовывали гряды, холмы и обширные равнины. Хорошо известны грандиозные ледовые щиты, покрывавшие значительную часть Среднеевропейской и Восточно-Европейской равнин, Западную и Восточную Сибирь, Северную Америку всего лишь 20 тыс. лет назад. Однако Великие четвертичные оледенения в последние 1,5 млн лет не были первыми в геологической истории. Следы наиболее ранних оледенений известны в от-

Строение приледниковой зоны равнинного покровного ледника. На рисунке изображены наиболее характерные элементы рельефа

Рис. 3.25. Строение приледниковой зоны равнинного покровного ледника. На рисунке изображены наиболее характерные элементы рельефа: конечная и донная морены, друмлины, озы, зандры ложениях с возрастом 2,3 млрд лет в Канаде, Южной Африке и Сибири.

Широко развиты ископаемые морены — тилли- ты — в вендских (позднедокембрийских) отложениях с возрастом 570—680 млн лет, а также в ордовике — силуре (460—410 млн лет назад) и в каменноугольное — пермское время (300—230 млн лет назад). В позднем палеозое оледенение охватило материки Южного полушария, в то время соединенные в единый огромный материк — Гондвану, состоявшую из Южной Америки, Африки, Индостана, Австралии и Антарктиды. Сейчас эти материки отстоят далеко друг от друга и следы оледенений разобщены.

Наиболее интересны и важны с геологической точки зрения Великие оледенения последних 2 млн лет. Неогеновый и четвертичный периоды — это время формирования современного рельефа нашей планеты и ее климатической зональности. Важнейшим событием этого времени были оледенения, охватившие огромные пространства северных материков и сформировавшие в современном виде ледниковый щит Антарктиды. Уже во второй половине олигоцена, примерно 35 млн лет назад, началось похолодание, выразившееся в сокращении ареала теплолюбивой фауны и флоры и в изменении типа растительности. Понижение температуры в высоких широтах привело к появлению небольших горных ледников в Антарктиде, но при этом температура там была намного выше современной. Зарождающееся оледенение способствовало выхолаживанию, и уже в позднем олигоцене среднегодовая температура в Антарктиде не превышала -5 °С. В неогеновый период на Земле резко обострились контрасты температур. Этому способствовали установление на всех материках континентальных условий и образование высоких протяженных горных цепей, в том числе и в пределах платформенных областей. Похолодание, несмотря на эпизоды временного потепления, постепенно охватывало все более низкие широты. Этому содействовало иссушение климата, связанное с континентальными условиями, что, в свою очередь, привело к прекращению угленакопления и увеличению роли кремнезема в осадконакоплении. В начале плиоценового периода отмечается некоторое потепление, сменившееся похолоданием, которое прогрессировало, и в Северном полушарии появились сначала горно-долинные, а потом и покровные ледники. На больших пространствах распространилась лесотундра. В Арктическом бассейне появился ледяной покров, чему способствовала изоляция океана из-за роста Исландско-Фарерского поднятия, перегородившего северную часть Атлантики. Эти процессы начались 4,5—4 млн лет назад, но особенно усилились в позднем плиоцене, когда возникли ледники в Гренландии, Исландии, Канаде, на островах Арктического архипелага, в Скандинавии, Южной Америке (Патагония) и других местах. Начался период Великих оледенений.

Благодаря хорошей изученности четвертичных ледниковых отложений в Европе, Сибири и Северной Америке история оледенений восстанавливается довольно четко, тем более что сейчас на помощь корреляции событий пришли данные по глубоководному бурению океанического дна. Известно, что концентрация изотопов кислорода в морской воде прямо зависит от температуры и содержания в ней солей.

Изотопы кислорода:

  • 180 — тяжелый;
  • 160 — легкий (шире распространен).

При испарении морской воды изотопы:

  • 180 остаются в воде;
  • 160 уходят с дождем и снегом.

Во время оледенений:

  • 1) соотношение 180 к 160 в морской воде возрастает, а в межледниковье убывает; чем это отношение больше, тем больше был объем материковых льдов;
  • 2) то или иное присутствие 180 можно определить в кальците раковин морских организмов в древних осадках.

Определяя, например, содержание тяжелого изотопа 180 в кальците раковин фораминифер, можно говорить о температуре вод и их солености в соответствующий период. Образование гигантских ледяных шапок приводило к изъятию из Мирового океана огромного количества пресной воды, увеличению его солености и падению уровня примерно на 150 м по отношению к современному. Колоссальные ледниковые поля отражали солнечный свет, что приводило к дальнейшему охлаждению воздуха и похолоданию климата. Помочь реконструкции границ оледенений может и изучение распространения многолетней мерзлоты, занимающей около 50% территории СНГ.

В Северном полушарии центрами оледенений были Канадский и Балтийский щиты, Новая Земля, Таймыр, острова Северной Земли. Мощность ледяного покрова превышала 2,5 км. Горно-долинные ледники были распространены во всех горных системах Европы и Азии: в Альпах, на Кавказе, Тянь-Шане, Алтае, в Саянах, Гималаях и др. Наиболее мощные ледниковые языки среднего плейстоцена в Европе спускались почти до 50° с. ш., а в Северной Америке — даже до 40° с. ш., заходя туда языками по долинам крупных рек и огибая возвышенные гряды. Мощность моренных отложений обычно составляла несколько десятков метров. Чередование морен с флювиогляциальными, болотными и озерными отложениями свидетельствует о том, что ледники периодически сокращались и наступали межледниковые эпохи.

В Южном полушарии покровного оледенения не было, если не считать Антарктиду, и климат был теплее, чем в Северном, на несколько градусов, поэтому температурный экватор был смещен в Южное полушарие. Среднемесячные температуры в пределах центров ледниковых покровов в зимние месяцы, по-видимому, приближались к -70—60 °С. Атмосферная циркуляция в ледниковые эпохи усиливалась, циклоническая деятельность смещалась в низкие широты, что приводило к сокращению аридных зон и увеличению количества осадков вблизи экватора. Ледниковые эпохи сопровождались формированием речной сети и озер в современных пустынях Африки, Аравии, Азии и др.

Для межледниковых эпох характерны относительно мягкий климат, повышение средних температур на 6— 12 °С, возрастание количества осадков. Установлено, что ледяной покров Антарктиды и Гренландии в межледниковые эпохи сохранялся. Таяние льда приводило к повышению уровня Мирового океана, в связи с чем развивались трансгрессии, и большие участки низменной суши оказывались залитыми мелководным морем.

Последнее позднеплейстоценовое оледенение на Восточно-Европейской равнине в пределах России — поздневалдайское — после своего отступания сопровождалось потеплением климата. Исчезновение ледника произошло около 15 тыс. лет назад. После этого было несколько холодных эпизодов, когда в горах увеличивался снежный покров и ледники начинали наступать.

Последняя холодная эпоха относится к середине XIX в., когда было отмечено продвижение ледников в Альпах, на Кавказе, в Тянь-Шане, Гималаях и других горных странах. В Альпах под моренными отложениями оказались даже поселения. С тех пор ледники значительно отступили и уменьшились в мощности.

В эпохи похолодания и потепления происходило соответственно ухудшение или улучшение ледовой обстановки в Арктике, определявшее развитие сельского хозяйства в Исландии и Скандинавии. В начале XX в. в Арктике наступило потепление, повысились среднегодовые температуры, ледовая обстановка стала благоприятной, исчезли ледяные острова. В 40-е гг. вновь произошло похолодание, а в конце 60-х гг. наметился поворот к потеплению. Вот так менялись климат и палеогеографические условия на земном шаре, начиная с позднего олигоцена и до наших дней.

Органический мир четвертичного периода был похож на современный, но Великие оледенения вызвали исчезновение теплолюбивых форм растений, а фауна мигрировала, и среди ее представителей появились холодолюбивые формы: мамонт (рис. 3.26), северный олень, шерстистый носорог, овцебык, песец и др. Эти млекопитающие встречались даже в южных районах Европы. На южных континентах фауна и флора не претерпели в этот период сколько-нибудь существенных изменений.

Мамонтенок Дима. Найден 23 июня 1977 г. в Сибири. Он жил 39 тыс. лет назад. Масса (вес) мамонтенка — 90 кг

Рис. 3.26. Мамонтенок Дима. Найден 23 июня 1977 г. в Сибири. Он жил 39 тыс. лет назад. Масса (вес) мамонтенка — 90 кг

Наиболее значительным событием четвертичного периода стало, конечно, появление человека. Его далекие предки — человекообразные обезьяны — существовали в Восточной Африке, где их останки были обнаружены в ущелье Олдувей, восточнее озера Виктория в зоне Великих Африканских рифтов. Возможно, что эти существа, которых назвали австралопитеками, использовали примитивные орудия в виде камней и палок и отличались от других тем, что могли выпрямляться и ходить. В результате длительной эволюции австралопитеков примерно 1 млн лет назад появились обезьянолюди — питекантропы, синантропы и другие, использовавшие простейшие каменные орудия. Но остается неясным, знали ли они огонь. Костные останки питекантропов найдены в Индонезии, синантропов — в Китае, а на территории Европы около города Гейдельберг в ФРГ была обнаружена челюсть питекантропа, которого назвали гейдельбергским человеком.

Время жизни питекантропов заняло 500—600 тыс. лет, после чего их сменили неандертальцы, которые жили уже в пещерах, пользовались огнем и могли изготовлять более совершенные каменные и костяные орудия. Наиболее широко их останки распространены в отложениях, отвечающих началу позднего плейстоцена (50—35 тыс. лет назад). Неандертальцев сменили кроманьонцы, которые уже практически не отличались от современных людей. Они изготовляли копья с каменными наконечниками, каменные ножи, топоры и пр. Интервал времени от появления питекантропов до кроманьонцев включительно называют палеолитом (древний каменный век), его сменили мезолит и неолит (средний и поздний каменные века). Для каждой из этих эпох характерны каменные орудия определенных видов и степени совершенства. Например, в неолите появились уже полированные орудия. Поздний неолит сменился веком металлов.

Археологический метод исследования оказывает большую помощь при стратиграфическом расчленении позднечетвертичных и голоценовых отложений.

Вопросы

  • 1. Какие условия необходимы для возникновения ледников?
  • 2. Какие выделяют типы ледников?
  • 3. Как и с какой скоростью двигаются ледники?
  • 4. Какие существуют типы морен?
  • 5. Что представляют собой флювиогляциальные равнины?
  • 6. Когда в истории развития Земли были оледенения?
  • 7. Сколько оледенений было на Восточно-Европейской (Русской) равнине в неогене и в четвертичном периоде?
  • 8. Каков был органический мир в эпохи оледенений?
  • — ВЫВОДЫ -

Ледники образуются как в горах, так и на равнинах. Для этого необходимы холодное лето и много снега. В горах ледники вырабатывают долины — троги, а на равнинах перекрывают большие пространства, производя разрушительную работу и откладывая морены. В четвертичный период, за последние 1,88 млн лет, было четыре крупных оледенения, а последний ледник на Восточно-Европейской равнине исчез всего 15 тыс. лет назад.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>