Ледники в горах, стр. 26
Первые опыты такого рода были проведены в Альпах в середине прошлого века, когда Ф. Симонс установил метку на скалах перед наступающим концом ледника Дахштайн. Подобные эксперименты неоднократно повторялись на других наступающих ледниках. Для этого на скалы наносили слой краски или укрепляли металлические пластины. В некоторых случаях в коренные породы забуривали скважины, которые заполняли цементным раствором, воском, алебастром и другими веществами. Обследование меток после отступания ледников неизменно подтверждало представления об активном воздействии льда на ложе. Метки оказывались частично разрушены, а на их поверхностях были отчетливо выражены типичные следы ледниковой обработки.
Особенно интересен эксперимент Дж. Боултона и Р. Вивиана, закрепивших мраморную и базальтовую плиты на ложе ледника Брейдамеркюрйёкудль в Исландии. После того как плиты испытали воздействие мореносодержащего льда, переместившегося по ним за время наблюдений всего на 9,5 м, мраморная плита была срезана на 3 мм, а базальтовая — на 1 мм. Подсчеты, выполненные А. де Кервеном, Г. Люттигом и С. Тоураринссоном, показали, что лед вгрызается в скальное ложе на 2,15—5,5 мм в год.
Недостаток этого метода состоит в том, что полученные скорости экзарации относятся к процессам, происходящим лишь у самых концов ледников, и поэтому не могут быть распространены на ледники в целом. Заметим также, что все подобные наблюдения были кратковременными и не учитывали роль такого важного фактора экзарации, как выпахивание.
Многие исследователи пытаются приблизиться к решению проблемы, подсчитывая количество растворенных, взвешенных и влекомых наносов, которые содержатся в реках, вытекающих из-под ледников. Давно известно, что эти реки наполнены тончайшими частицами взвеси, придающими воде специфический цвет: белый, серый, желтый, черный и иногда красный, что отражается даже в местных названиях рек. Например, в горах Средней Азии и Кавказа это Кара-су («Черная вода»), Ак-су («Белая вода»), Кызыл-су («Красная вода») и т. д. Конечно, цвет наносов прямо зависит от состава пород ледникового ложа, а их образование связано с истиранием камней в основании ледника.
Любопытно отметить, что начинающиеся на поверхности ледников потоки талых вод обычно чистые и прозрачные, наполняются наносами только после прохождения через мореносодержащие участки вдоль бортов ледников или у их основания. Количество наносов может быть столь велико, что вода приобретает молочную консистенцию. Горцы Швейцарии иногда называют такую воду ледниковым молоком. Р. Тарр, изучавший твердый сток реки Квик на юге Аляски, установил, что она настолько наполнена наносами, что в зачерпнутом ведре воды уже через 2 мин осаждается слой песка и ила толщиной 2,5 см.
Рассчитанные объемы твердого вещества, выносимого из-под ледников, в разных горных районах варьируют от 1400 до 30 тыс. м3/год (в среднем около 5 тыс. м3/год). В годовом ходе количество наносов в реках ледникового питания четко связано с сезонными колебаниями стока. Эти реки переполнены наносами в период максимального таяния льда в горах. В северном полушарии максимум приходится на июль—начало августа.
Взвешенные наносы состоят в основном из частиц разной крупности — от песка до глины. По оценкам норвежского гляциолога Т. Зиглера, изучавшего твердый сток рек ледникового питания, в Норвегии 80% взвешенных наносов имеет крупность менее 0,01 мм.
На основе определения количества взвешенных наносов пытались оценить скорости экзарации. При этом общая масса выносимых частиц пересчитывалась на площадь ледника, что давало возможность рассчитать годовой слой экзарации. Исландский ученый С. Тоураринссон установил, что для ледника Хоффедльсйёкудль этот показатель составляет 5,6 мм/год (при условии равенства количеств взвешенных и влекомых наносов). Сходные значения темпов экзарации были получены французским географом Ж. Корбелем.
Для ледников Альп рассматриваемый метод оценки тоже не универсален. Обратим внимание лишь на два момента. Во-первых, практически невозможно рассчитать, какое количество тонких частиц, появляющихся в результате абразии, выносится потоками из-под ледников. Во-вторых, часть взвешенных наносов, несомненно, возникает за счет размыва рекой подстилающих отложений и не имеет прямого отношения к экзарации. Кроме того, в состав взвешенных наносов не входит огромная масса крупных камней, образующихся при разрушении ледникового ложа.
Другой, более перспективный метод количественной оценки экзарации сводится к учету объема каменного материала, заключенного в моренах и водно-ледниковых отложениях перед концами ледников. Мы провели такую работу в Безенгийской Долине. Вдоль берега реки в крупном обнажении вскрывалось пять моренных горизонтов общей мощностью 30—35 м. Часть их разделялась тонкими прослоями растительного детрита, которые удалось датировать с помощью радиоуглеродного метода. Тем же путем определен возраст надморенного торфяника. В итоге выяснилось, что в моренах запечатлена история оледенения за последние 10 тыс. лет, т. е. за весь классический голоцен. Путем интерполяции датировок были подсчитаны темпы моренонакопления — в среднем около 4 мм/год.
Оценки темпов моренонакопления характеризуют процессы в зоне ледниковой аккумуляции. Мощность моренных горизонтов там выдерживается без существенных изменений на протяжении нескольких километров. Судя по литологическим данным, расположенная выше по долине зона экзарации имеет аналогичную протяженность. Соответственно можно предполагать, что темпы моренонакопления и экзарации были примерно одинаковы.
Эти данные хорошо согласуются с оценками ледниковой экзарации в Альпах, Скандинавии, Гренландии и на Аляске, обобщенными Ж. Корбелем. В зависимости от динамического состояния ледника они колебались от 1400 до 3200 м3/км2•год, что соответствует срезанию слоя породы мощностью от 1,4 до 3,2 мм в год. Скорость денудации в тех частях гор, где оледенение отсутствует, составляла всего 0,25—0,8 мм/год. Таким образом, интенсивность экзарации оказалась в 4 раза больше по сравнению с речной эрозией. Это соотношение значительно увеличивается в фазы активизации ледников, Например, при подвижке ледника Хидден на Аляске было вынесено в 25 раз больше обломочного материала, чем в близлежащих неледниковых долинах.
Критическое рассмотрение существующих способов подсчета темпов экзарации выявляет их общий недостаток, связанный с преуменьшением роли ледников как геологических агентов. По всей вероятности, истинные скорости ледниково-эрозионных процессов должны быть гораздо больше. Заметим, что пока в нашем распоряжении имеются лишь данные о работе современных ледников — реликтов гигантских ледников прошлого.
Страницы ледниковой истории гор
На протяжении геологической истории нашей планеты она испытывала нашествия ледников, занимавших нередко обширные пространства суши. Следы этих древних оледенений, главным образом в виде плотносцементированных мореноподобных отложений — тиллитов, обнаружены на всех материках, в том числе и в тех местах, где теперь растут влажные тропические леса или расположены бескрайние пустыни.
Вопрос о числе оледенений в истории Земли еще окончательно не решен, так как в наиболее древних породах (возраст более 2,8 млрд. лет), из-за их глубокой метаморфизации трудно выявить критерии существования ледников. Возраст самой древней из довольно надежно установленных ледниковых эпох — гуронской — примерно оценивается в 2,3 млрд. лет. За ней последовали гнейсёская (950 млн. лет), стёртская (750 млн. лет) и варангская (680—660 млн. лет).
Следы оледенений обнаружены и в раннем палеозое. Как это ни парадоксально, лучше всего они изучены в Сахаре. Там в породах позднего ордовика (460—430 млн. лет назад) были выработаны троги, сохранились исштрихованные ледниками скалы и другие образования, совершенно несовместимые с современной пустынной средой.
Одно из самых продолжительных оледенений развивалось и в позднем палеозое — в каменноугольном периоде и в начале пермского периода (335—260 млн. лет назад). Относящиеся к этой эпохе тиллиты встречаются в Южной Америке, Южной Африке, Австралии и Антарктиде, которые тогда образовывали единый материк Гондвану. Реконструкция его оледенения во многом способствовала возрождению концепции континентального дрейфа, выдвинутой немецким геофизиком А. Вегенером в 1912 г. и составившей основу современной глобальной тектоники.