Как движется ледник: внутреннее течение, скольжение и следы на местности

Ледник кажется неподвижным, но на протяжении времени он перемещается под действием силы тяжести. При этом лед не ведёт себя ни как обычное твёрдое тело, ни как река: его масса медленно деформируется, а нижняя часть в некоторых условиях скользит по каменистому ложу. Так возникают трещины, морены и формы рельефа, по которым можно судить о движении льда.

Понять эту механику полезно и для чтения ландшафта, и для оценки перемен в ледниковых районах. Например, передний край ледника может отступать, хотя сам лёд продолжает двигаться вниз по долине. Это не противоречие, а результат того, что движение массы и положение её края зависят от разных процессов.

Что считать ледником

Ледник — это масса наземного льда, которая сохраняется достаточно долго и движется под собственной тяжестью. Он формируется там, где снег накапливается и постепенно превращается в плотный фирн, а затем в ледниковый лёд. Одного многолетнего снежника недостаточно, чтобы автоматически назвать его ледником: важны и масштаб, и признаки движения.

Снег уплотняется под новыми слоями, между его зёрнами уменьшается количество воздуха, а структура постепенно меняется. Скорость превращения зависит от условий, в том числе от температуры и количества накопившегося снега. Поэтому ледник — не просто замёрзший остаток давнего снегопада, а постоянно меняющаяся система, которая получает массу сверху и теряет её в других частях.

Откуда берётся движение

Главный источник движения — сила тяжести. Лёд деформируется, потому что под действием нагрузки его кристаллы медленно меняют форму и взаимное расположение. На уровне отдельных зёрен этому способствуют процессы внутри кристаллической структуры; на масштабе ледника результатом становится течение всей массы.

Скорость и направление зависят не только от наклона каменистого дна. Важны уклон поверхности ледника, толщина и температура льда, особенности его структуры, форма долины и состояние основания. Поэтому лёд способен двигаться над участком ложа, который локально поднимается: поток определяется общим распределением давления и поверхностным уклоном, а не повторяет каждую неровность рельефа.

Внутренняя деформация и скольжение

В движении обычно различают два взаимосвязанных механизма: деформацию внутри ледяной массы и скольжение у основания. Первый действует и там, где лёд не отделён от ложа водой. Второй возможен, если условия на границе льда и грунта позволяют леднику перемещаться по поверхности основания. В конкретном леднике вклад этих механизмов может различаться и меняться со временем.

Простая аналогия помогает увидеть разницу: колода может медленно менять форму под длительной нагрузкой, а тяжёлый предмет — ещё и скользить по полу. Но ледник сложнее этой модели: его температура, толщина, рельеф основания и вода у ложа распределены неравномерно. Поэтому нельзя объяснить скорость любого ледника одним универсальным правилом вроде «чем теплее, тем быстрее».

Как вода влияет на ледник

Вода поступает на поверхность при таянии и может проникать через трещины и каналы к основанию. Там она влияет на контакт льда с ложем и на движение воды под ледником. При определённых условиях уменьшение эффективного прижатия льда к основанию облегчает скольжение. Однако действие воды зависит от того, как она отводится: организованный дренаж и временное скопление воды создают разные условия.

Из этого следует важная оговорка: наличие талой воды не означает, что весь ледник обязательно ускорится одинаково. Связь между поверхностным таянием и скоростью может быть сложной и меняться в течение сезона. Вода — один из факторов движения, а не самостоятельное объяснение всех изменений.

Почему ледник покрывается трещинами

Лёд способен медленно деформироваться, но его верхняя часть не всегда успевает приспособиться к резкому изменению скорости или направления движения. Там возникают растягивающие напряжения, и поверхность растрескивается. Поэтому трещины часто связаны с крутыми участками, изгибами долины и местами, где поток растягивается или расходится.

Глубже лёд обычно сильнее подвержен пластической деформации, и трещины могут закрываться или не распространяться так, как на поверхности. Однако их глубина и форма зависят от условий, поэтому видимая расщелина не даёт простого ответа о внутреннем устройстве всего ледника. Переправляться через трещины опасно: их ширина и глубина могут быть плохо заметны, а снежный мост способен скрыть провал.

Как ледник набирает и теряет массу

В верхних частях ледника снег может накапливаться; в нижних чаще происходит потеря массы из-за таяния, испарения, схода лавинного снега или откалывания льда там, где ледник заканчивается в воде. Соотношение накопления и потерь называют балансом массы. Если за длительный период поступление превышает потери, ледник в целом получает массу; если потери больше, масса уменьшается.

Граница между областью преимущественного накопления и областью преимущественной потери не обязана совпадать с заметной отметкой на склоне. Её положение меняется вместе с погодой и состоянием ледника. Поэтому специалисты рассматривают не только передний край, но и изменения толщины и высоты поверхности в разных частях ледника.

Почему отступающий край не означает обратного течения

Лёд может непрерывно двигаться вниз, но край ледника при этом отступает. Если к нижней части поступает меньше льда, чем там тает или откалывается, граница ледника смещается вверх по долине. При обратном соотношении край может продвигаться вперёд, хотя в отдельные периоды ледник всё равно теряет массу.

Таким образом, «движение льда», «изменение положения края» и «изменение общей массы» — три разных характеристики. По одной фотографии переднего края нельзя надёжно определить, с какой скоростью движется лёд или как меняется весь ледник. Для более полной картины нужны наблюдения, сопоставляющие положение поверхности, толщину и баланс массы.

Какие следы остаются после движения

Передвигаясь, ледник захватывает обломки пород, переносит их и оставляет после себя. Несортированный материал, отложенный ледником, образует морены. Они бывают связаны с краями ледника, его основанием или накоплением материала перед фронтом. По расположению и составу отложений исследователи могут восстанавливать прошлое распространение льда, хотя отдельная форма рельефа редко рассказывает всю историю сама по себе.

Ледник также изменяет породы под собой и вдоль долины. Перенесённые камни могут царапать поверхность, оставляя борозды и штрихи; долины, долго обработанные крупным ледником, нередко имеют широкое корытообразное сечение. Эти признаки помогают отличать ледниковое воздействие от работы рек, но их интерпретация требует учитывать окружающий рельеф и геологию.

• Морены показывают, где ледник переносил и откладывал обломочный материал.
• Борозды и царапины могут указывать на направление движения льда в прошлом.
• Корытообразные долины связаны с длительным воздействием крупного ледникового потока.

Как исследуют движение ледников

Исследователи сравнивают положение поверхности и края ледника в разные моменты времени, измеряют изменения высоты и наблюдают за перемещением заметных ориентиров. Для этого используют полевые измерения и дистанционные методы, включая спутниковые наблюдения. Каждый способ даёт отдельный тип информации: движение поверхности не тождественно изменению толщины, а изменение положения края не описывает весь ледник.

Наблюдения особенно важны потому, что один короткий период может оказаться нетипичным. Сезонные колебания, отдельные погодные условия и долговременное изменение климата действуют на разных временных масштабах. Поэтому надёжный вывод получают не по единичному снимку, а по повторным измерениям и сопоставлению разных показателей.

Коротко: что важно запомнить

• Ледник движется под действием тяжести благодаря деформации льда, а во многих случаях также скольжению у основания.
• Скорость зависит от свойств льда, формы поверхности, основания и распределения воды; одного универсального фактора нет.
• Трещины возникают там, где поверхностный лёд испытывает растяжение, и могут быть скрыты снегом.
• Передний край способен отступать одновременно с движением льда вниз по долине.
• Морены и обработанные скальные поверхности сохраняют следы прежнего движения, но их нужно рассматривать в контексте местности.

Частые вопросы

Любой многолетний снег — это ледник?

Нет. Долговечный снежник может сохраняться годами, но для ледника характерны сформировавшаяся масса наземного льда и движение под действием тяжести. По одному факту, что снег не растаял за лето, определить это нельзя.

Почему лёд может двигаться по участку, который поднимается?

Поток не обязан повторять каждую неровность каменистого дна. На его направление влияет поверхность ледника и распределение нагрузки в толще льда. Поэтому локальный подъём основания сам по себе не означает, что лёд выше него остановится или потечёт назад.

Если ледник отступает, значит ли это, что он перестал двигаться?

Нет. Отступление означает, что положение края смещается вверх по долине, обычно потому, что в нижней части ледник теряет больше массы, чем получает. Лёд при этом может продолжать течь вниз.

Можно ли по трещинам определить скорость ледника?

Однозначно — нет. Трещины показывают, что в конкретном месте возникли напряжения, но их наличие и форма сами по себе не дают полной картины скорости. Для оценки движения нужны повторные измерения и сведения о состоянии всего ледника.