Ледники в горах - Серебрянный Леонид Рувимович
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.
Мореносодержащий лед
Обломки горных пород встречаются не только на поверхности и в теле ледника, но и у его основания. Причем камней там может быть так много, что даже выделяют особый тип ледникового льда — мореносодержащий. Мощность его, измеряемая всего несколькими метрами, не идет ни в какое сравнение с общей мощностью ледников, поэтому значение мореносодержащего льда часто недооценивается даже специалистами. Между тем этот пограничный с ложем горизонт оказывает существенное влияние на многие аспекты жизнедеятельности ледников, включая их термический режим, динамику и геологическую деятельность.
Ясно, что изучить загадочные процессы, скрытые под многометровой толщей льда, не так просто. Благоприятные возможности для проведения таких исследований имеются лишь в краевых частях ледников, где можно подобраться к ложу, используя глубокие трещины и туннели. Нередко мореносодержащий лед вскрывается в стенках эрозионных промоин, пересекающих поля мертвого льда; кроме того, этот лед виден в перевернувшихся айсбергах.
Мореносодержащий лед наблюдался в основании десятков ледников. Его мощность сильно колебалась, на выступах коренных пород она составляла не более 20—50 см, а в понижениях рельефа — несколько метров. Замечено, что мощность мореносодержащего льда непосредственно зависит от прочности пород ледникового ложа и даже в небольших долинных ледниках, залегающих на податливых к механическому воздействию песчаниках и алевролитах, достигает 15 м и более. Напротив, если ледники пересекают прочные гранитные породы, мощность обогащенного мореной льда невелика — в среднем всего 1—1,5 м.
В этом мы убедились, проводя гляциологические исследования на Шпицбергене на леднике Норденшельда, который спускается к берегу бухты Адольф в Билле-фьорде.
Ложе ледника выработано в очень прочных, сильнометаморфизованных породах формации Гекла-Хук: биотитовых гранитах, кварц-биотитовых ксенолитах, порфиритах и кварцитах. Мягкие песчаники и алевролиты, как предполагают геологи, скрыты преимущественно только под левой частью ледникового языка. Здесь край ледника Норденшельда сильно истоньчается и в некоторых местах прорезан ложбинами стока талых вод. В прогалинах отчетливо заметно двучленное строение ледника: под верхней толщей чистого льда залегает мощный (4—5 м) горизонт мореносодержащего льда, насыщенный обломками песчаников и алевролитов. Зато в основании центральной, динамически более активной, части ледника толщина мореносодержащего льда заметно уменьшается до 0,5—1,5 м, а среди камней начинают преобладать обломки пород формации Гекла-Хук.
Сколько же каменных обломков содержится в ледниках? Дж. Эндрюс подсчитал, что на леднике Барнс объем камней составляет всего 0,05% общего объема льда во всей области абляции, но в отдельных частях ледников объем камней может быть гораздо больше. В том же леднике в сильно загрязненном льду содержание минеральных частиц возрастает до 8%, а в базальных слоях мореносодержащего льда некоторых ледников Шпицбергена — до 50%. Впрочем, и это не предел; в наиболее загрязненной части ледника Кейсмент в Кордильерах объем камней достигает 64%.
Обычно каменными обломками наиболее насыщены самые нижние пачки мореносодержащего льда, а выше концентрация камней существенно уменьшается. Над мореносодержащим льдом на некоторых ледниках фиксировали слой льда с желтоватой, а иногда буроватой окраской. Этот горизонт, называемый янтарным льдом, содержит лишь незначительные включения алевритовых и песчаных частиц, а также отдельные вкрапления гальки; по мощности он в несколько раз меньше собственно мореносодержащего льда. Сложилось представление, что янтарный лед образуется, когда в ледниках возникают благоприятные условия для проникновения минеральных частиц из мореносодержащего горизонта в вышележащие слои чистого льда.
