8. Геологическая деятельность снега и льда

Тема:
Геологическая деятельность снега и льда
Ледники - это естественные массы кристаллического льда, находящиеся на
поверхности Земли в результате накопления и последующего преобразования
твердых атмосферных осадков (снега). Необходимым условием образования ледников является сочетание низких температур с большим количеством твердых
атмосферных осадков. Современные ледники занимают около 11% суши.
Снег → фирн → зернистый лед → кристаллический лед.
В преобразовании снега в фирн, а затем в лед большое значение имеют давление и сублимация (возгонка) - испарение льда и новая кристаллизация водяного
пара. При сублимации высвобождается тепло, способствующее сплавлению отдельных кристаллов. Зарождаются ледники выше нивационной линии, где располагаются их области питания (аккумуляции). При движении ледники выходят
ниже снеговой границы в область абляции, где происходит постепенное уменьшение массы ледника путем таяния, испарения и механического разрушения.
ТИПЫ ЛЕДНИКОВ
Выделяются три основных типа ледников:
1) материковые или покровные;
2) горные;
3) промежуточные.
Покровные ледники. Классическими примерами ныне существующих материковых ледников служат покровы Антарктиды и Гренландии.
Мощность, например, Антарктического ледяного покрова достигает 4000 м и
более. Ледник покрывает почти весь материк, заполняет берег и распространяется
в моря, образуя огромные массы так называемого шельфового льда, частично
лежащего на шельфе, частично находящегося на плаву.
От краев шельфовых ледников откалываются огромные ледяные глыбы - айсберги, некоторые из них достигают 50-100 км2. Надводная часть айсберга составляет 1/7-1/10 часть его высоты.
Горные ледники. Большое распространение имеют горные ледники альпийского типа. В верхней склоновой части гор выше нивационной линии располагаются области питания (фирновые бассейны). Они представлены циркообразными котловинами, часто это расширенные водосборные бассейны. Областями их
стока или разгрузки являются горные долины.
На склонах долин или выше ледниковых цирков наблюдаются кресловидные
углубления, называемые карами, лед в них не имеет стока (или очень незначительный).
К промежуточному типу относятся так называемые предгорные ледники.
Предгорные ледники получили название по расположению у подножья 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
Здесь имеет место пластическое течение льда. Такое движение возможно при
значительной мощности льда, создающей нагрузку на его нижние слои.
Скорость движения ледников различна и зависит от времени года и от того, в
каком районе находится ледник. Например, горные ледники Альп перемещаются
со скоростью до 1,0 м/сут.
Вместе с тем некоторые из них временами увеличивают скорость до 10 м/сут.
Скорость краевых частей ледников Гренландии может достигать 25-30 м/сут, тогда как во внутренних районах она составляет несколько миллиметров в сутки.
ЛЕДНИКОВОЕ РАЗРУШЕНИЕ
Как при любом экзогенном геологическом процессе при движении ледник
осуществляет определенную работу:
1) разрушение горных пород с образованием обломочного материала (от песчаных частиц до крупных валунов);
2) перенос обломков пород на поверхности и внутри ледника, а также вмерзших в придонные части льда или перемещаемых волочением по дну;
3) аккумуляция обломочного материала, прежде всего при таянии ледников.
Разрушительная работа ледников называется экзарацией. Особенно интенсивно она проявляется при больших мощностях льда, создающих огромное давление
на подледное ложе. Происходит захват и выламывание блоков горных пород, их
дробление, истирание.
Ледники, насыщенные обломочным материалом, вмерзшим в придонные части
льда, при движении по скальным породам оставляют на их поверхности различные штрихи, царапины, борозды – ледниковые шрамы, которые ориентированы
по направлению движения ледника.
В районах, подвергшихся оледенениям, встречаются скальные асимметричные
выступы, пологий и сглаженный, исштрихованный склон которых расположен с
той стороны, откуда двигался ледник, а крутой - с противоположной стороны. Такие формы называют "бараньи лбы", а сочетание нескольких выступов - "курчавые скалы". Их формирование связано с выпахивающей деятельностью ледника при неоднородности состава и физико-механических свойств пород. В Скандинавии, в Карелии развиты крупные понижения, образованные ледниковым выпахиванием, многие из которых заняты озерами.
С деятельностью ледников связано образование цирков (каров) в вершинной
части гор и специфических форм ледниковых долин - трогов. Ледники, двигаясь
по долинам, производят интенсивную экзарацию их бортовых частей и ложа. В
результате долина расширяется, углубляется и принимает U-образную.
ПЕРЕНОС И АККУМУЛЯЦИЯ
Обломочный материал - от тонких глинистых частиц до крупных валунов и
глыб, переносимых ледниками при движении или отложенных ими, называют
мореной (гляциальными отложениями).
В горных ледниках выделяются:
1) поверхностные морены - боковые по краям ледника, образующиеся за
счет разрушения склонов долин (осыпей, оползней, обвалов), и срединные, возникающие в результате объединения боковых морен при слиянии ледников;
2) внутренние морены могут образовываться в результате проникновения обломочного материала по трещинам;
3) донные морены образуются за счет экзарации.
В покровных ледниках главное значение имеют донные и внутренние морены.
Отложенные морены. Среди отложенных выделяются два типа морен:
1) основная (донная),
2) конечная (краевая).
Основные (донные) морены - наиболее широко распространенные ледниковые отложения. В центральных частях материковых оледенений преобладают экзарация и насыщение льда обломочным материалом. Обломочный материал,
насыщающий лед, уменьшает его пластичность и постепенно отслаивается, образуя основную (донную) морену.
Основные (донные) морены сложены неслоистыми валунными глинами,
суглинками, иногда супесями, с ориентировкой валунов длинной осью параллельно направлению движения льда.
Часто наблюдаются крупные отторженцы глыб и валунов горных пород, перенесенных льдом на значительные расстояния от их коренного залегания. Примером тому являются глыбы гранитов, гнейсов и других пород, которые разносились на значительные пространства Восточно-Европейской платформы из Скандинавии. Такие глыбы и валуны, перенесенные льдом на большие расстояния,
называются эрратическими.
С основными моренами последних оледенений связаны холмистозападинный и холмисто-увалистый рельеф, где холмы различных очертаний и
размеров разделяются западинными формами, местами сильно заболоченными
или занятыми озерами. Это так называемые друмлинные поля, известные в Ленинградской области, Эстонии, Латвии, и в Литве.
Конечные (краевые) морены. При длительном стационарном положении
края ледника наблюдается равновесие между поступающим льдом и его таянием.
В этих условиях у края ледяного покрова будет накапливаться приносимый ледниками обломочный материал, формируя конечную (краевую) морену.
Конечные морены в рельефе представляют слабо изогнутые валообразные возвышенности, которые очертаниями повторяют форму края ледника. Они достигают в длину сотен километров. Наличие нескольких гряд конечных морен, отчетливо выраженных в рельефе, соответствует наиболее стационарным положениям края ледника при его отступании, т. е. длительным остановкам, сопровождающимся привносом обломочного материала к фронту ледника.
ФЛЮВИОГЛЯЦИАЛЬНЫЕ (ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫЕ) ОТЛОЖЕНИЯ
С деятельностью ледников тесно связана работа талых ледниковых вод. Выделяют два типа флювиогляциальных отложений: внутриледниковый и приледниковый.
Внутриледниковые отложения после таяния ледника образуют на поверхности специфические формы рельефа – озы и камы.
Озы - крутосклонные валообразные гряды; они сложены хорошо промытыми
косослоистыми и песчано-гравийно-галечными отложениями. Высота таких гряд
до 50 м, а протяженность до десятков километров. Они могут быть прямолинейными или извилистыми. Особенно большое развитие имеют озы в Финляндии, в
Швеции, встречаются в Прибалтике, в Белоруссии.
Происхождение извилистых озовых гряд связывается с движениями водных
потоков во внутриледниковых каналах. По сути дела – это внутриледниковые реки, которые перемывали моренный материал и привели к накоплению в ледяных
руслах косослоистых песчано-гравийно-галечных отложений. При отступании и
таянии ледника они спроектировались на различные элементы рельефа, нередко
перекрывая озерные котловины, моренные холмы, выступы коренных пород.
Камы представляют собой крутосклонные холмы с выположенными вершинами. Высота их от нескольких до 20 м. Камы сложены отсортированными отложениями - гравием, песками и супесями с горизонтальной слоистостью озерного
типа, в которых встречаются валуны, линзы морен и ленточные глины (ритмичное
чередование тонких слойков глин и песка). Наличие в составе камовых отложений
слоев с ленточных глин свидетельствует о том, что камы образовались в застойных водах внутриледниковых озер. Накопленный в озерах материал в последующем проектируется на поверхность основной морены или коренных пород ложа в
виде холмов неправильных очертаний. Камовый рельеф встречается в Карелии, в
Прибалтике, в северных районах Западной Европы.
Среди приледниковых отложений выделяют: зандры; озерно-ледниковые и
лёсс.
Зандры и создаваемые ими зандровые поля образуются за грядами конечных
морен и представляют отложения талых ледниковых вод, растекающихся на
большие равнинные пространства. Это особенно характерно для покровных оледенений. При этом в отложениях наблюдается дифференциация материала. Более
грубые осадки - разнозернистые пески с гравием и галькой - откладываются
обычно близ внешнего края конечных морен, далее на огромных площадях накапливаются более однородные пески, а в их краевых частях местами появляются
тонкозернистые пески и супеси, что связано с уменьшающейся силой потока.
Примерами крупных зандровых полей являются Мещерское, Припятское, Вятское
полесья и участки Западно-Сибирской низменности.
Озерно-ледниковые отложения образовались в приледниковых озерных
бассейнах. В равнинных районах материковых оледенений такие озера своим возникновением обязаны подпруживающему действию выходящих подледниковых
потоков возвышенностями рельефа или грядами конечных морен, а также подпруживанию стока рек. В краевых частях приледниковых озер накапливаются
песчаные осадки, а в удалении и на большей глубине распространены осадки ленточного типа - пески, алевриты и глины. Для них характерна четко выраженная
сезонная слоистость, проявляющаяся в ритмичном повторении годичных лент,
осадков, состоящих из более мощного летнего слоя, преимущественно тонкозер-
нистого песчаного (иногда песчано-алевритового) и маломощного зимнего глинистого слойка. Подсчет таких годичных лент в осадках дает возможность судить об
их возрасте (в годах и столетиях), длительности накопления и времени существования озер.
Лёссы. Для внеледниковых областей типично широкое развитие лёссов и лёссовидных суглинков. Они встречены на юге европейской части России, в ЗападноСибирской низменности, в Западной Европе и Америке. В этих областях они носят покровный характер. Многие исследователи принимают концепцию эолового
происхождения. Массы воздуха, спускавшиеся с ледника, подходили к поверхности Земли в приледниковых районах теплыми и сухими и развевали ледниковые,
водно-ледниковые, речные и другие отложения, унося и откладывая тонкую пыль,
скопления которой и образовывали лёсс.
В южной Африке встречены древние отложения (более 2 млрд. лет), характер
которых отвечает валунным глинам морен. Аналогичные образования найдены на
территории Бразилии (того же возраста), известны и более молодые. Эти следы
древних оледенений получили название тиллиты.
Причины оледенений
Изменения климата могут быть вызваны следующими причинами:
1). Состав и прозрачность атмосферы.
2). Характером рельефа Земли и распределением суши и моря.
3). Космическими процессами.
4). Горизонтальным перемещением континентальных литосферных плит.
Влияние на климат состава атмосферы определяется содержанием в ней озона, паров воды, углекислого газа и пыли. Считается, что если бы содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось бы в 2 раза, то средняя температура
земной поверхности понизилась бы на 4-50, и вся Северная Европа снова бы покрылась льдом.
Повышенное содержание пыли в атмосфере (например, из-за активной вулканической деятельности) снижает прозрачность атмосферы и ведет к уменьшению
количества солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, и, как следствие
к похолоданию.
Повышение содержания влаги в атмосфере наоборот приводит к потеплению,
поскольку облачность препятствует теплоотдаче Земли.
Распределение суши и моря. Поверхность воды отражает в 5 раз меньше солнечной энергии, чем поверхность суши, и в 30 раз меньше чем поверхность снега
и льда. Поэтому морские трансгрессии (наступление моря) сопровождаются потеплением климата, а регрессии моря – похолоданием.
Космические причины.
Изменение солнечной энергии в связи с процессами на Солнце. Увеличение
количества солнечной энергии связано с увеличением площади солнечных пятен.
При этом изменение активности Солнца периодически происходит каждые 80-90
лет.
Изменение наклона земной оси. Происходит периодически через 40 тысяч лет
в пределах 22-24,50.
Изменение расстояния от Земли до Солнца. Происходит периодически через 90
тысяч лет в пределах.
Прохождение планеты через зоны космических туманностей, что может вызывать запыленность атмосферы.
Горизонтальные перемещения литосферных плит. В 1913 году Альфред Вегенер доказывал, что некогда существовал единый материк, который раскололся, и
отдельные его части «расплылись» в разных направлениям. Эта точка зрения
нашла свое подтверждение и период 1960-1970. И можно предположить, что за
время своих «путешествий» материки не раз «посещали» полярные области планеты.
ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КРИОЛИТОЗОНЫ
Зону распространения многолетнемерзлых пород называют криолитозоной. В
России криолитозона занимает около 50% площади.
За южную границу криолитозоны принята граница, где горные породы имеют
нулевую температуру на подошве слоя годовых колебаний. Южнее располагается
зона, в которой отсутствует сплошная мерзлота. Здесь она развита в виде островов различных размеров, разделенных талыми породами.
На юге Западно-Сибирской низменности и на крайнем северо-востоке европейской части России выделяется реликтовая криолитозона на глубинах 100200 м и мощностью 100-200 м и более.
Поверхностные слои почв и грунтов в криолитозоне подвергаются сезонному
промерзанию зимой и оттаиванию в весенне-летнее время. Этот верхний слой периодического промерзания и оттаивания называется деятельным слоем.
ПОДЗЕМНЫЕ ЛЬДЫ и воды КРИОЛИТОЗОНЫ
Подземными льдами называют все виды льда в мерзлых породах вне зависимости от их образования, размеров и условий залегания. Льды, формирующиеся в
горных породах, могут быть подразделены на четыре основные группы.
Подземные воды в своем распространении тесно связаны с пространственным
положением многолетнемерзлых пород, являющихся водоупором. Схема различных категорий подземных вод по отношению к мерзлым породам:
1) надмерзлотные воды сезонно-талого слоя,
2) талики,
3) подмерзлотные воды.
Надмерзлотные воды сезонно-талого слоя образуются при оттаивании верхней
части пород в летне-осеннее время. Основное питание их происходит за счет атмосферных осадков. Их движение происходит в соответствии с уклоном поверхности Земли с наиболее приподнятых и расчлененных участков к пониженным.
К надмерзлотным водам несквозных таликов относятся подозерные, подрусловые и прирусловые пойменные талики, существующие благодаря отепляющему
воздействию водоемов и водотоков. Чем больше речной поток, тем шире и мощнее подрусловой талик.
Подмерзлотные воды располагаются непосредственно ниже подошвы многолетнемерзлых пород. Они всегда обладают напором - вскрытые буровыми скважинами подмерзлотные воды фонтанируют. Температура их неодинакова. Среди
них выделяются воды с положительной и отрицательной температурами. По степени минерализации воды с положительной температурой (>0o С) - пресные и солоноватые. С отрицательной температурой - воды соленые и рассолы. Такие высокоминерализованные воды называют криогалинными.
МЕРЗЛОТНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КРИОЛИТОЗОНЕ
В криолитозоне наблюдается целый ряд геологических процессов. Образуются
морозобойными трещины, образующие системы полигонов различной размерности и формы - тетрагональной в однородных породах и неправильной - в разнородных. В них устремляются талые воды, при замерзании которых образуется
жильный лед.
Среди полигональных структур можно назвать пятнамедальоны в глинистых грунтах. При промерзании сверху и
по трещинам внутри полигона
создается гидростатическое давление, происходит прорыв разжиженного грунта верхней
мерзлотной корки и растекание
по поверхности. Вторым типом
полигонально-структурных
форм являются каменные кольца. Это происходит в неоднородных по составу
рыхлых породах, содержащих включения каменных обломков (щебня, гальки, валунов). В результате многократного промерзания и протаивания происходит
"вымораживание" из породы крупного обломочного материала на поверхность и
его перемещение в сторону трещинных зон, с образованием каменных бордюров.
Известны случаи строительства некоторых сооружений на сваях, установленных в
сезонно-талом слое. Со временем происходило "вымораживание" свай, что, естественно, вызывало деформации сооружений.
Морозное пучение характерно для различных районов криолитозоны, хотя
развито неравномерно вследствие особенностей состава, строения и свойств пород. Небольшие бугры пучения могут возникать за счет увеличения объема замерзающей воды в грунте. Но чаще всего это связано с торфяниками. Как известно болото промерзает неравномерно. При промерзании происходит перераспределение остаточной не замерзшей воды и обогащение ею отдельных участков, которые при замерзании увеличиваются в объеме и вспучиваются.
К буграм пучения относятся также гидролакколиты. При этом образуется ледяное ядро, залегающее обычно на некоторой глубине от поверхности и приподнимающее кровлю.
К склоновым процессам в областях развития многолетней мерзлоты относится солифлюкция. Под солифлюкцией понимается медленное течение по склонам рыхлых сильно переувлажненных отложений. При сезонном протаивании
грунтов сезонно-талого слоя они сильно переувлажняются талыми и дождевыми
водами, переходят в вязкопластическое состояние и медленно перемещаются вниз
по склону. Таким путем образуются натечные формы в виде языков, или солифлюкционных террас.
Примером деградации мерзлоты является термокарст. Такое название получил процесс вытаивания подземных льдов, сопровождающийся просадками поверхности земли, образованием западин, неглубоких термокарстовых озер, под
которыми могут возникнуть подозерные талики. Термокарстовые процессы бывают связаны или с потеплением климата, или с нарушением существующих естественных условий (рытье каналов, вырубка леса и др.). Формы термокарстового
рельефа различны (от мелких западин до крупных котловин).
Хиолитозона
Нивация
Курумы
Курумы представляют каменные подвижные россыпи в горах и плоскогорьях
Восточной Сибири и других районов, где близко к поверхности подходят скальные породы. Образование обломочного материала курумов связано с морозным
выветриванием при периодическом сезонном промерзании и оттаивании и с другими процессами. Курумы местами образуют сплошные каменные поля (размерами от первых сотен квадратных метров до нескольких десятков квадратных километров). Местами они являются истоками курумных потоков, движущихся по
склонам, часто по днищам небольших логов и ложбин. Такие линейные курумы
протягиваются местами на расстояния до 1-1,5 км и более.