ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.09.2020
Просмотров: 144
Скачиваний: 6
Тема 5. Гидрология ледников.
Общая площадь ледников составляет 11% земной суши с объемом около 30 млн. км3. Если бы все ледники растаяли, уровень Мирового океана поднялся бы на 66 м.
Условия возникновения и существования ледников. Снеговая линия. С увеличением высоты местности температура воздуха постепенно падает и на некоторой высоте, различной для каждого географического района, осадки уже выпадают только в виде снега. Выпадающий снег, скапливаясь в течение длительного периода, постепенно превращается в ледяные зерна, которые затем образуют сплошной ледниковый лед.
Граница, выше которой снег не стаивает полностью даже летом из-за недостатка тепла, называется климатической снеговой линией.
В зависимости от климатических условий района и преимущественно от температуры и количества выпадающих осадков высота снеговой линии изменяется в достаточно широких пределах. Так, например, на Шпицбергене снеговая линия проходит на высоте около 460 м над уровнем моря, на вулкане Поучата в Южной Америке она лежит на высоте 6120 м, в Гималаях ее высота колеблется от 4900 до 6000 м, в Экваториальной Африке (Килиманджаро) - на 5200 м, на Кавказе 2700 - 3800 м.
Изменение высоты снеговой линии на различных широтах представлено в табл. 1.
Таблица 1.
Высота снеговой линии на различных широтах
|
Область |
Широта, град. |
Высота снеговой линии, м |
|
Земля Франца-Иосифа, арх. Шпицберген, арх. Исландия, о-в Пиренеи Альпы Кавказ Гималаи Африка Аргентина |
82 80 64-67 42-43 46-47 40-44 27-34 0-3 29 |
50-100 450 600-1300 2600-2900 2700-2900 2700-3800 4900-6000 4400-5200 6400 |
Положение снеговой линии зависит не только от средних многолетних метеорологических или климатических характеристик, но и от сезонных колебаний метеорологических условий и орографии местности. Поэтому различают еще две разновидности снеговой линии: сезонную и орографическую. Например, в результате сезонных колебаний температуры воздуха снеговая граница на Кавказе может опускаться даже до высоты 550—600 м.
Роль орографических условий в развитии процессов оледенения не так велика, как роль климатических факторов, но в отдельных случаях они являются весьма существенными. Так, на Северном Урале вследствие небольших высот ни одна из вершин не имеет постоянных снегов, но в глубоких и сильно затененных понижениях между горами встречаются небольшие ледники, залегающие на сравнительно небольших высотах (от 600 да 1200 м).
Существенное влияние на положение снеговой линии оказывает экспозиция склонов гор, т. е. ориентировка их относительно стран света, и степень увлажненности района. Как правило, в северном полушарии на северных склонах хребтов снеговая линия ниже, чем на южных. Разница в высоте в зависимости от местных условий может составлять несколько сотен (300-800) метров. В более влажных районах снеговая линия при прочих равных условиях располагается ниже, чем в местах с менее обильными осадками. Поэтому снеговая линия на окраинах горных массивов часто лежит ниже, чем во внутренних частях горных областей. Так, например, на внешних горных хребтах советской Средней Азии (Гиссарском, Туркестанском, Заалайском, Джунгарском и др.) высота снеговой линии 3000-3600 м. Вглубь горных областей высота эта увеличивается, достигая на Центральном и Южном Памире 5000-5500 м.
Ледник - это масса льда с постоянным закономерным движением, расположенная главным образом на суше, существующая длительное время, обладающая определенной формой и значительными размерами и образованная в результате скопления и перекристаллизации различных твердых атмосферных осадков.
Главным источником питания ледников являются твердые атмосферные осадки, скапливающиеся на дне и склонах котловин, в которых начинается ледник. Процесс накопления твердых осадков, очевидно, может осуществляться только в том случае, когда количество тепла, поступающее в том или ином районе на земную поверхность, оказывается недостаточным, чтобы выпадающий снег мог полностью растаять.
Таким образом, можно сказать, что существованию ледников должен благоприятствовать сырой климат с отрицательными температурами. Обильная влажность воздуха - основной источник атмосферных осадков. Отрицательная температура необходима для того, чтобы осадки могли выпадать в твердом виде. При отрицательной средней температуре лета ежегодно создается некоторый запас нерастаявшего снега, накапливание которого со временем создает значительные его массы. Формирование запасов снега может происходить и при положительных средних температурах некоторого периода лета, но при условии, если этот теплый период является непродолжительным.
Фирн. Ледниковый лед, его свойства. Твердые атмосферные осадки, накапливаясь в отрицательных (вогнутых) формах рельефа, испытывают со временем значительные преобразования.
Свежевыпавший снег под действием солнечного тепла оттаивает с поверхности, а ночью вновь замерзает, покрываясь тонкой ледяной корочкой - настом.
Часть талой воды просачивается внутрь снежной массы и там отвердевает в виде крупинок, зерен и пленок, обволакивающих снежинки. По мере накопления снега его нижние пласты под давлением верхних делаются плотнее и переходят в пузырчатую серо-белую массу, состоящую из подвергшихся первоначальному переформированию под действием замерзания и оттаивания снежинок и ледяных зерен и называемому фирном.
Периодическое выпадение снега обусловливает характерное слоистое строение фирна, причем толщина слоев колеблется в довольно широких пределах - от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.
Фирн, имеющий плотность 0,3-0,5, все более уплотняясь под давлением вышележащих слоев, переходит в белый фирновый лед с плотностью 0,85, а затем в чистый, прозрачный, собственно ледниковый лед голубого цвета плотностью 0,88-0,91.
Важное значение в процессе переформирования снега в лед и в образовании ледников имеет свойство льда срастаться в одну глыбу вследствие отвердевания жидкой пленки, заключенной между отдельными кусками льда, приведенными в соприкосновение. Указанное свойство называют режеляцией. Благодаря режеляции происходит слияние двух ледниковых потоков в один, фирновые зерна смерзаются в плотную ледяную массу, заплывают трещины в ледниках и т. д.
Другим важным свойством льда является пластичность, т. е. способность его течь под влиянием непрерывно действующей силы. Под влиянием тяжести и в силу присущей ему пластичности лед, образовавшийся под покровом фирнового поля, начинает стекать вниз по склону горы или дну долины. Выползая из-под фирнового покрова, ледник опускается ниже снеговой линии.
Таким образом, ледник может быть разделен на две части:
- верхнюю, где преобладает накопление снега и льда (фирновый бассейн или бассейн питания),
- нижнюю, где происходит стаивание ледника (область стока, область абляции, язык ледника).
Ледниковый язык и фирновый бассейн отличаются и по внешнему виду. Поверхность фирнового поля постоянно покрыта снегом, лед здесь обнаруживается только на значительной глубине, а между ним и снегом расположен переходный слой фирна и фирнового льда. Ледниковый язык сложен изо льда, и на нем бывает лишь временная и тонкая снежная пленка, которая летом очень быстро стаивает.
Движение ледников. Движение ледников представляет собой достаточно сложный, еще не вполне выясненный процесс. Как и в речном потоке, движущей силой здесь является сила тяжести. Многочисленные наблюдения и специально поставленные опыты показали, что течение ледника сходно с течением водного потока.
Скорость движения льда в результате трения его о склоны долины постепенно уменьшается от середины ледника к краям.
Вследствие различного сопротивления скорость также убывает от поверхности ледника к его дну.
Всякое сужение долины вызывает увеличение скорости движения ледника в этом месте, всякое расширение снижает скорость.
Уменьшение скорости движения ледника наблюдается также на участке от выхода его из-под фирнового поля до конца ледника.
Скорость движения ледников колеблется в значительных пределах, оставаясь, однако, во всех случаях достаточно малой. Так, материковый лед движется со скоростью 20-30 м в год, самые крупные ледники в Альпах имеют скорость движения 30-150 м, на Шпицбергене - до 365 м, а некоторые гималайские ледники - до 700-1300 м.
Во время движения ледника в нем могут возникать поперечные и продольные трещины.
Поперечные трещины образуются при наличии в ложе ледника резких уступов, а продольные - вследствие растекания льда в стороны при переходе ледника из более узкого участка долины в расширенный и различной скорости движения по оси ледника и у берегов.
В процессе движения ледники выносят в устье долины продукты разрушения горных пород и оказывают существенное влияние на ложе и на препятствия, встречающиеся по пути.
Таяние ледников. Ледник, опустившись ниже снеговой линии, под влиянием притока тепла начинает таять. Основную роль в процессе таяния играют климатические факторы. Таяние поверхности ледника вызывается непосредственным нагреванием льда солнечными лучами, нагреванием теплым воздухом, действием дождей и теплом, излучаемым окружающими ледник склонами гор. Вследствие резкого колебания температур в горах в течение суток таяние ледников с поверхности особенно сильно выражено в дневные часы. С наступлением ночи и холодных пасмурных дней таяние резко уменьшается.
Приток тепла к леднику осуществляется не только с его поверхности, но и со стороны дна ложа, вызывая таяние льда. Это подледниковое таяние играет, конечно, меньшую роль и распространяется только на ближайший ко дну слой ледника.
Сохранение ледникового языка ниже снеговой линии в течение длительного времени при непрерывном таянии льда возможно только в случае постоянного поступления новых масс льда. Если это поступление равно таянию, то в положении крайней линии ледника не замечается перемен. Если льда поступает больше, чем может растаять и испариться, то размеры ледникового языка увеличиваются, он делается длиннее и спускается ниже по долине — ледник наступает. В противном случае происходит обратное: масса ледника уменьшается, язык становится короче, как бы отодвигаясь вверх по долине, - ледник отступает. Указанные колебания ледника вызываются изменением условий таяния и поступления масс льда и могут совершаться как в течение сезона, так и в более длительные периоды времени.
Сезонные колебания, связанные с изменением условий таяния зимой и летом, обычно бывают незначительными и составляют не больше одного-двух десятков метров. Зимой ледник в пределах указанного расстояния может продвинуться по долине, а в течение лета вновь отступает к обычной осенней границе.
Наступание и отступание ледника, происходящие в течение длительного (многолетнего) периода, обусловливаются циклическими колебаниями климата. Увеличение осадков в зоне питания ледника и снижение температур воздуха в зоне таяния приведут к систематическому росту ледника и его распространению вниз по долине. Обратный процесс обусловит сокращение ледника или даже полное его исчезновение.
Особенности режима рек с ледниковым питанием. Ледники имеют различную форму и свой особый режим. В них происходит накопление и убыль льда, они по-разному двигаются, изменяют форму поверхности земли, оказывают влияние на климат и имеют очень большое значение в питании горных рек.
Ледники как аккумуляторы огромных запасов воды представляют особый интерес для гидрологов, ибо без выяснения закономерностей, связанных с процессами накопления и расходования этих запасов воды, не может быть в нужной мере изучен режим и правильно решены вопросы использования вод достаточно многочисленных ледниковых рек.
Большие запасы воды, заключенные в ледниках, в сочетании с высокогорными сезонными снегами обеспечивают длительное половодье на горных реках, имеющих ледниковое питание.
С наступлением положительных температур воздуха начинается таяние снега, выпавшего за зиму в долинах рек и на сравнительно небольших высотах гор. Обычно наблюдающиеся весной временные похолодания обусловливают задержки в таянии снега, находящегося на разных высотах, в результате чего весеннее половодье горных рек часто состоит из ряда подьемов уровня.
При дальнейшем повышении температуры воздуха к таянию снега присоединяется таяние ледников в высокогорных областях и постепенно весеннее половодье переходит в летнее. Чем выше температура воздуха, тем больше сток рек, имеющих ледниковое питание.
В то время как на равнинных реках, имеющих снеговое питание, весеннее половодье проходит за один - полтора месяца, после чего наступает маловодный период, на реках ледникового питания высокая водность наблюдается в течение пяти-шести месяцев.
Кроме того, в отличие от равнинных рек, имеющих весеннее половодье и характеризующихся в этот период очень резким подъемом и спадом уровней, реки с ледниковым питанием имеют значительно более плавный ход водности.
И, наконец, колебания водности рек, имеющих ледниковое питание, от года к году не столь велики, как колебания водности большинства равнинных рек.
Горные ледники дают начало мощным рекам, имеющим большое значение для ландшафтообразования и народного хозяйства при орошении пустынных и степных земель.