Транспортная и аккумулятивная деятельность ледников.
При своем движении ледник захватывает и переносит различный материал, начиная от тонкого песка и, кончая, крупными глыбами, весом в десятки тонн. Попадают они в тело ледника различными способами.
В горно-долинных ледниках обломки пород скатываются со склонов ледниковых каров, цирков или трогов в результате выветривания, обвалов и оползней и, попадая, на лед перемещаются вместе с ним, проникая в трещины, погружаясь в лед за счет протаивания последнего. Особенно много обломочного материала скапливается в местах контакта ледника сбортом долины. Кроме того, в днище ледника также включены многочисленные обломки, попавшие туда в результате экзарационной деятельности. Материал любого размера, включенный в лед или переносимый льдом и впоследствии отложенный, называется мореной.
Выделяются морены движущиеся и отложенные. В горно-долинных ледниках существует ряд разновидностей морен в связи с их положением в теле ледника (рис.
| 12.3.1). Боковые | морены располагаются в краевых частях ледника, срединные - в их | ||
| середине, причем | как на поверхности, так и внутри ледника. | ||
Рис. 12.3.1. Схема питания и строения горного ледника: 1 - кары; 2 – цирки; 3 – области питания ледника; 4 – ледниковая корытообразная долина – трог. Морены: 5 – срединная, 6 –боковая, 7 –донная
Последние образуются при слиянии двух ледников, когда две боковые морены сливаются в одну, расположенную по оси ледника (рис. 12.3.2). Донная морена выстилает ложе ледника.
В ледниках покровного материкового типа развиты преимущественно донные морены, т.к. лед перекрывает мощной толщей все выступы рельефа.
Рис. 12.3.2. Система срединных морен на леднике Барнард в горах Св.Ильи
Отложенные морены образуются либо после отступания ледника, либо в моменты его стационарного положения, когда скорость наступания равняется скорости таяния или абляции. В последнем случае, как в горных, так и в равнинных, покровных ледниках формируется конечная морена или конечно-моренный вал. Различный обломочный материал, включенный в лед, вытаивает из него у края ледника. Но так как ледник движется вперед, он приносит с собой все новые и новые порции обломочного материала, которые постепенно и нагромождаются у его стоящего на одном месте края (рис.12.3.3 ).
Рис. 12.3.3.Формирование конечной морены
В формировании конечно-моренных или терминальных гряд не исключено и напорное действие ледника, подобно действию бульдозера. Обломки могут выжиматься из льда, выдавливаться из него. На Русской равнине хорошо известна Клинско-Дмитровская гряда ранневалдайского (ранневюрмского) оледенения, высотой в 100-150 м. Моренный пояс последнего оледенения прослеживается в широтном направлении через Западную Сибирь.
Известен он и в Восточной Сибири, располагаясь южнее плато Путорана и прослеживаясь до устья р.Оленек.
Если в горных ледниках конечные морены всегда имеют дугообразную форму, располагаясь выпуклой стороной вниз по долине, то на равнинах конечные морены повторяют изгибы краев ледникового покрова, часто лопастями приникающими по древним речным долинам.
Донная или, как ее иногда называют, основная морена, образуется в основании ледника, когда при его движении происходит отрыв и перемалывание, раздробление, как твердых, так и рыхлых коренных пород ложа ледника. Обычно донная морена состоит из обломков, валунов, гравия, песка и глины, представляя собой весьма разнообразный материал. Подобные донные морены покрывают большие пространства, формируясь при отступании ледниковых покровов и могут быть весьма плотными за счет высокого давления ледника. Как правило, талыми водами мелкий материал впоследствии вымывается и на поверхности преобладают скопления крупного валунного материала. Уплотненные древние морены получили название тиллитов («till» - отложения, «moraine» - форма рельефа, англ.). Плохая сортированность донных морен, да и не только донных, особенно в разрезах древних отложений, позволяет их путать с отложениями селевых потоков. Донные морены образуют обычно слабо холмистый рельеф, на фоне которого нередки отдельные овальные в плане возвышенности, высотой до 30 м, длиной до первых км и шириной в сотни метров. По форме они напоминают половинку дыни или яйца и называются друмлинами. Образуются они за каким-либо выступом коренных горных пород, когда ледник переваливает через него, за ним образуется недостаток массы льда или даже полость и там скапливаются донные моренные отложения, часто слоистые. Друмлины нередко образуют целые поля, например, в Финляндии, где они длинной осью вытянуты по направлению движения ледника, также как и ложбины выпахивания, занятые озерами.
Водно-ледниковые отложения
Крупные материковые покровы льда при своем таянии поставляют огромную массу воды. Целые реки воды текут по поверхности краевой части ледника, внутри него и подо льдом, вырабатывая в нем туннели. Сток воды может быть плоскостным или линейным (сосредоточенным), а объем талой воды огромным. Естественно, что эта быстродвижущаяся вода производит большую работу, как аккумулятивную, так и эрозионную. Под ледяным покровом могут располагаться большие озера, как это сейчас наблюдается в Антарктиде. Объем талых вод сильно изменяется в зависимости от сезона, а также от “холодного” или “теплого” типов ледника.
Благодаря постоянному выносу талых вод формируются ложбины стока, образующих своеобразный рельеф чередования ложбин с широкими днищами и крутыми склонами. Обломочный, главным образом, песчаный материал, влекомый этими потоками, распространяется на больших пространствах, образуя зандровые равнины (нем. “зандер” - песок), за внешним краем конечно-моренных валов (рис. 12.4.1). Такие зандровые поля сейчас известны перед некоторыми ледниками в Исландии и на Аляске и чрезвычайно широко были распространены перед фронтом покровных ледников в четвертичный период на Русской равнине, в Прибалтике, в Северной Германии и Польше. Создавались зандровые равнины многочисленными ручьями и речками, постоянно меняющими свои русла. Вблизи края ледника материал откладывался более грубый, а тонкий песок уносился дальше всего. Зандры известны и в ископаемом состоянии, например, в Сахаре, где они связаны с раннепалеозойским (ордовикским) оледенением.
Озы представляют собой протяженные,извилистые гряды или валы,высотой в20-
30 м, сложенные слоистым песчано-галечным или песчано-гравийным материалом. Образовались они вследствие наличия водных потоков на поверхности или внутри ледника, которые переносили песчано-гравийный материал. Когда ледник растаял, этот материал оказался спроектирован на поверхность суши в виде вала, а не в форме “корыта”, какую он имел в реке, текущей по льду. Озы всегда ориентированы по направлению стока воды с ледника, а, следовательно, указывают нам на его движение.
Рис. 12.4.1. Перигляциальная область покровного ледника: 1 - ледник, 2 – конечно-моренный вал, 3 – зандровая равнина, 4 – озы, 5 – камы, 6 – приледниковые озера, 7 – друмлины
Камы -это холмы изометричной формы,высотой в10-20,редко больше метров,сложенные чередованием слоев разнозернистого песка, глин, редко с отдельными гальками и валунами. Эти отложения формировались в озерных котловинах,
расположенных на поверхности ледника и после таяния последнего, оказались, как и озы, спроектированными на поверхность коренных пород.
Озерно-ледниковые,тонкослоистые(ленточные)отложения,состоящие измногократно чередующихся глинистых и песчанистых слойков образовались в приледниковых озерах. Когда таяние было более бурным, например, летом, в озеро сносится относительно грубый материал, а зимой, в условиях ослабленного водотока накапливались глины. Количество слоев в ленточных озерных отложениях (варвы) говорит о времени формирования озера. Все упомянутые выше отложения, связанные с действием талых ледниковых вод иначе называются флювиогляциальными, что указывает на их водно-ледниковое происхождение.
Плавучие льды или айсберги разносятся течениями на большие расстояния откромки ледников. Один из айсбергов погубил печально знаменитый пароход “Титаник”. На плавучих льдах находилось много обломочного материала, который, по мере их таяния откладывался на океанском дне. В шельфовых ледниках, занимающих большие пространства, как, например, ледник Росса в Антарктиде, площадью больше 800 000 км2 и мощностью до 200 м, благодаря волнению вод с краев откалываются столовые айсберги, с отвесными уступами. Длина таких айсбергов может превышать 100 км и они десятилетиями плавают в океанах, постепенно раскалываясь и подтаивая, представляя большую опасность для судоходства.
Откалываясь от края шельфовых ледников, айсберги провоцируют накопление на дне мощных оплывающих валунно-глинистых отложений и формирующих мореноподобные толщи.
Оледенения в истории Земли.
Изучая современные ледники в горах и на материках, установив особенности их строения, механизм передвижения, разрушительную и аккумулятивную работу, можно выявить наличие оледенений в геологической истории Земли, использовав знаменитое выражение Ч.Ляйеля “настоящее - ключ к прошлому”.
18-20 тыс. лет назад облик поверхности Земли в Северном полушарии был совсем иным, чем в наши дни. Огромные пространства Северной Америки, Европы, Гренландии, Северного Ледовитого океана, были заняты гигантскими ледяными покровами с максимальной мощностью в их центре до 3 км. Это было последнее крупное оледенение, продвинувшееся на Русской равнине почти до широты Москвы, а в Северной Америке - южнее Великих озер (рис. 12.5.1). С тех пор ледники стали отступать и сейчас лед последнего оледенения сохранился только в Гренландии и на ряде островов Канадской Арктики. В последние 10 000 лет, называемых голоценом, окончательный распад
ледниковых шапок и их быстрое таяние произошло около 8000 лет назад, когда климат был теплее современного. Этот период соответствовал “климатическому оптимуму”. Где-то между 8000 и 5000 лет назад климат стал еще теплее, а в Африке более влажным. Но между 5000 и 3500 лет назад произошло сильное похолодание и местами возникли новые ледники, что позволило выделить даже “малый ледниковый период”. Именно к нему относятся ныне существующие ледники на Кавказе, в Альпах, на Памире, в Скалистых горах Северной Америки и других местах.
Все эти события произошли с момента окончания максимального продвижения
ледников за последние 18 000 лет. Но в четвертичном периоде, начиная с 2 млн. лет тому
назад достоверно выделяется
не менее 4-х ледниковых или
криогенных эпох, следы
которых прекрасно установлены в Евразии и в Северной Америке. В начале ХХ в. немецкими геологами А.Пенком и Э.Брюкнером в Альпах были обоснованы четыре крупных оледенения: гюнц (поздний плиоцен), миндель (ранний плейстоцен), рисс (средний плейстоцен) и вюрм (поздний плейстоцен) с двумя стадиями наступания ледников либо с двумя
самостоятельными оледенениями.
Рис. 12.5.1. Вычисленные температуры плавления и оценки температур в Земле. Одни кривые основаны на графиках, предпочитаемых соответствующими автрами,, другие являются осреднением нескольких графиков или таблиц. Все они содержат неопределенные предполдожения.
Кривые точки плавления: 1 – Аффен, 2 – Симон, 3 - Галвари
Температурные кривые: 4 – Гутенберг, 5 – Джеффрис, 6 – Джекобс, 7 – Ферхуген, 8 – Гилварри, 9 - Любимова
Впоследствии, выделяя следы древних оледенений в других местах им, хотя и давали местные названия, но всегда сопоставляли с Альпами. Трудами многих российских геологов на Русской равнине установлены следы не менее 4-х оледенений в самом общем виде сопоставимых с альпийскими.
Такая же картина и в Северной Америке. Изучение керна океанских осадков и льда из Антарктического покрова на предмет соотношения содержания легкого - 16О и тяжелого - 18О изотопов кислорода, как показателя изменений климата и температуры воды в океанах, позволило выделить те же самые холодные климатические интервалы в тех же самых возрастных границах, что и в Альпах или на Русской равнине. Тем самым была доказана глобальность климатических изменений за четвертичный период и примерная синхронность оледенении в Северной Америке и в Евразии. Однако, океанская стратиграфия, т.е. изучение слоев океанских отложений дает сейчас более точные данные, отличающиеся от классической континентальной, в которые пытаются “втиснуть” ставшие уже привычными представления.
На Русской равнине максимальное продвижение ледников устанавливается в раннюю стадию (днепровскую) средне четвертичного оледенения или в донскую, языки
Рис. 12.5.2. Схема границ распространения московского оледенения (по И.Н.Чукленковой): 1-8 варианты проведения границ (конечноморенных гряд) по данным разных авторов; 9 – граница распространения валдайского оледенения
которого спускались по долине Днепра до Днепропетровска, а по долине Дона южнее Воронежа. Вторая (московская) стадия оледенения среднего плейстоцена достигала районов южнее Минска и Москвы. Все остальные оледенения имели конечно-моренные гряды севернее (рис. 12.5.2 ).
Установлены границы оледенений в Западной и Восточной Сибири, где конечно же, лучше выражены следы последнего оледенения в виде протяженных, извилистых конечно-моренных гряд и валов. В таблице представлен расчет объемов четвертичных ледников по всему Миру. Понятно, что такое огромное количество льда отбирало воду из океана, уровень которого в позднем плейстоцене понизился на величину от 100 до 140 м. Наличие гигантских ледяных покровов в Панарктическом регионе некоторые геологи ставят под сомнение, что заставляет искать новые фактические данные, подтверждающие, либо опровергающие классическую схему.
Ледниковые покровы последнего оледенения, вместе с Панарктическим ледником, по мнению М.Г.Гроссвальда создали непреодолимое препятствие для рек, текущих с северном направлении, например, Сев. Двины, Мезены, Печоры, Иртыша, Оби, Енисея и других (рис. 12.5.3).
Рис. 12.5.3. Максимальное распространение ледникового покрова 20 тыс. лет назад (ранневалдайское оледенение). Стрелками показано движение льда. Точки – приледниковые озера
Вследствие этого перед фронтом покровного ледника возникли огромные подпрудные приледниковые озера, которые искали пути для стока в южном направлении. И такие пути в виде хорошо сохранившегося грядово-ложбинного рельефа, ориентированного в субширотном направлении были найдены во многих местах Западной Сибири, Приаралья
и Северного Прикаспия. Временами происходили катастрофические прорывы этих приледниковых озер, а также, возможно, озер из-под ледниковых покровов “теплого” типа. Широкие, плоскодонные ложбины стока, например, в древней реке на месте
современных Манычских озер в Предкавказье пропускали до 1000 км3 в год воды. Этот расход сильно менялся по сезонам. Когда ледниковые покровы начали таять и отступать, многие ложбины стока талых ледниковых вод были унаследованы речными системами. Следует подчеркнуть тесную связь формирования, наступания и таяния ледниковых покровов с колебаниями уровня океана, который очень чутко реагировал на “отбор” и поступление в него воды за счет роста или таяния ледников.
Современные расчеты, произведенные И.Д.Даниловым, показывают, что в конце позднего плейстоцена, во время последнего максимального оледенения, площадь, занятая льдом в Северном полушарии не превышала 6 млн. км2, а объем льда - 7-8 млн. км3, в то время как подземное оледенение (“вечная мерзлота”) охватывало площадь до 45 млн. км2, при объеме более 1 млн. км3 льда. В обоих полушариях объем плавучих льдов составлял 45-50 млн. км3. Вполне естественно, что Великие четвертичные оледенения, какими бы они не были по своим размерам, оставили намного больше следов, чем более древние. Тем не менее в истории Земли установлены несколько довольно продолжительных эпох, во время которых отмечалось похолодание и развитие ледников (рис. 12.5.4 ). Признаки, по которым реконструировались ледники, близки между собой. Это развитие тиллитов (древних, уплотненных и метаморфизованных морен), тиллоидов (образований, напоминающих морены), эрратических валунов с типичной ледниковой штриховкой, бараньих лбов и курчавых скал, ленточных глин и других явно ледниковых или водно-ледниковых (флювиогляциальных) отложений.
Следы наиболее древнего оледенения зафиксированы в отложениях раннего протерозоя в Канаде,на Балтийском щите(2,5-2,0млрд.лет),причем обращает на себя внимание длительность интервала в 400 млн. лет, в пределах которого обнаруживаются предположительно ледниковые отложения.
Рис. 12.5.4. Основные криогенные (ледниковые) эпохи в истории Земли (черные)
Более молодая ледниковая эпоха фиксируется в слоях позднего рифея и венда (0,9-0,63 млрд. лет) на Русской плите, в Канаде, США, Шотландии и Норвегии, на Северном Урале
и др. регионах. Трудно выделить области распространения ледников и реконструировать их морфологию и объем.
В раннем палеозое ( ордовик- силур) в интервале 460-420 млн. лет установлены следы оледенения в Западной Африке, в Сахаре, возможно в Аргентине, Бразилии и Юго-Западной Африке, Западной Европе, Северной Америке.
Отложения явно ледникового генезиса относятся к временному интервалу 350-230 млн. лет, что отвечает каменноугольному и пермскому времени позднего палеозоя. Это было время существования огромного суперматерика Пангеи II, когда Южная и Северная Америки, Африка и Евразия, Антарктида, Австралия, Индостан были спаяны вместе, а между Евразией и Гондваной (южные материки) существовал океан Тетис. Области распространения ледников в это время не нуждаются в комментариях. По-видимому, существовал в высоких широтах крупный ледниковый покров или ряд покровов, радиально растекавшихся от центра. Великое позднепалеозойское оледенение достаточно хорошо изучено и документировано.
И, наконец, кайнозойский криогенный период (38 млн. лет - ныне), длящийся намного больше, чем хорошо изученные Великие четвертичные оледенения. Начало этого периода относится к интервалу 38-25 млн. лет назад, т.е. к позднему олигоцену, когда возникли первые ледники в Антарктиде, прежде всего в Трансантарктических горах и горах Гамбурцева. Всеобщий ледниковый покров с формировался в раннем миоцене (25-20 млн. лет назад). В среднем миоцене (15 млн. лет назад), по-видимому, сформировался Гренландский ледник, а общее похолодание и резкое ухудшение климатической обстановки четко фиксируется с рубежа в 700 000 лет. Возможно, этим временем определяется начало четвертичного ледникового периода, а его последним крупным событием было оледенение, начавшееся около 25000 лет назад и достигшее максимума 18000 лет назад, после чего началась быстрая деградация ледникового покрова, отступавшего со скоростью до 5 км в год.