Геологическая деятельность снега, льда и ледников

В современную эпоху 11 % суши, или 17 млн км², занято ледниками и ледниковыми покровами, объемом около 30 млн км³. Из них 98 % приходится на материковые покровы, 2 % — на шельфовые и 0,1 % — на горные, и это не считая морских льдов, айсбергов и снежного покро­ва, а также подземных льдов, широко распространенных на земном шаре. 18-20 тыс. лет назад огромная территория в Северном полушарии была занята сплошным покровом льда, мощность которого превышала 3 км. Крупнейшими ледниковыми покровами на суше являются Антарктичес­кий (около 15 млн км²) и Гренландский (около 1,8 млн км²). Все осталь­ные ледники, развитые преимущественно в горах, обладают незначи­тельным объемом.

Для образования ледников необходим снежный покров, который не успевал бы полностью растаять в летний период. Следовательно, умень­шаются контрасты температур между снежной зимой и прохладным летом.

Превращение снега в лед. Снег выпадает в форме красивых, тон­ких, обычно гексагональных легких кристаллов, которые образуют рых­лый покров па поверхности Земли. Кристаллы снега образуются при конденсации водяного пара. Свежий снег обладает высокой пористос­тью и большой поверхностью соприкосновения с воздухом, что способ­ствует испарению и сухой возгонке, так называемой сублимации, при которой выделяется тепло (рис. 12.1). Снежинки начинают уплотнять­ся и, подтаивая за счет высвобождающегося тепла, начинают изменять свою форму, превращаясь в округлые зерна. Подобное состояние снега называется фирном. Дальнейшее уплотнение фирновых зерен ведет к их трансформации в фирновый лед, еще содержащий поры, а позднее уже в глетчерный лед, не имеющий пор, обладающий голубоватым цве­том и менее плотный, чем речной лед. Чтобы образовался 1 м³ льда, необходимо 10-11 м³ снега, а чтобы снеговой покров длительно сохра­нялся, нужно сочетание низких температур воздуха с обильными сне­гопадами.

Так как с увеличением высоты температура воздуха понижается на 0,5-0,6 °С на каждые сто метров, то в горных областях есть уровень — снеговая линия, выше которой снег уже не тает. В разных районах земного

Рис. 12.1. Превращение снега в лед: 1 — снежинка; 2 — под воздействием сублимации (возгонки) выделяется тепло и снежинка оплавляется; 3 — оплавленные комочки образуют фирн; 4 — фирновые зерна соединяются, сплавляются вместе, превращаясь в лед

шара снеговая линия находится на разных высотах: от 0 в Антарктиде до 6 км в горах в низких широтах, причем в горных районах на положе­ние снеговой линии оказывает влияние экспозиция склонов. На юж­ных она выше, чем на северных.

Льды образуются как на суше, так и в реках, озерах и морях. Речной лед более плотный, чем глетчерный, а максимальная плотность чистой воды достигается при температуре +3,98 °С, при этом плотность охлаж­дающейся воды на поверхности увеличивается и она опускается вниз, способствуя перемешиванию воды, пока вся масса воды не приобретет максимальную плотность. При температуре около О °С вода начинает превращаться в лед, и при этом объем увеличивается. При колебаниях температуры объем льда увеличивается или уменьшается, причем в первом случае, например в озерах, лед выталкивается на берег, образуя валы из обломков пород.

Соленая вода в морях замерзает при температуре от -2 до -4 °С, что зависит от солености. В Северном Ледовитом океане мощность льда не превышает 3-4 м, увеличиваясь у берегов до 10-15 м, т. к. лед намерзает за счет брызг от волн. Смерзшиеся льдины образуют неровную поверх­ность пакового льда. В прибрежных районах образуется донный лед.

Образование морского, как, впрочем, и любого другого льда на вод­ной поверхности происходит в том случае, если параметры состояния воды становятся отличными от их равновесных значений. Степень от­клонения некоторого объема воды от положения равновесия соответ­ствует движущей силе кристаллизации, зависящей от переохлаждения, под которым понимается разность температур равновесия и реальной. Следует отметить, что эта разность при спокойном состоянии воды может достигать десятков градусов. В реальных условиях значительно­го переохлаждения не наблюдается, т. к. возникают условия для объе­динения молекул воды в структурную фазу льда, а кристаллизация происходит только в отдельных точках, так называемых центрах крис­
таллизации, в которых образуются зародыши льда, способствующие возникновению новых центров кристаллизации, и происходит как бы цепная реакция. Этот процесс в переохлажденной воде происходит очень быстро. Чтобы зародыш льда не распался, его размер должен быть больше некоторого критического. В образовании льда большую роль играет со­леность воды. Соль оттесняется к периферии кристаллов льда, и они оказываются окруженными более соленой водой, а кристалл льда по­лучается практически пресным.

В морях всегда большие объемы вод подготовлены к замерзанию, и поэтому начавшаяся кристаллизация распространяется очень быстро на значительные площади, которые покрываются так называемым ле­дяным «салом», состоящим из кристалликов льда, перемешивающихся волнами. Эти кристаллики растут, встречаются с другими и образуют ледяной покров, в котором между кристаллами льда может сохранять­ся соленая вода — рассол.

Образовавшийся лед все время находится под действием различных напряжений, возникающих под влиянием ветра, течений, колебаний уров­ня моря и др. Лед может деформироваться — изгибаться, ломаться с формированием торосов, так хорошо известных всем полярникам в Ар­ктическом бассейне.