«Природные ледники: горные и покровные. Профессия гляциолог. Многолетняя мерзлота» — тема урока № 8 по географии в 6 классе, предусмотренная Федеральной рабочей программой основного общего образования. На уроке школьники узнают, как снег превращается в ледниковый лёд, чем горные ледники отличаются от покровных, почему ледяные массы движутся, что изучает гляциолог и как устроена многолетняя мерзлота.
Лёд существует на Земле в разных формах. На вершинах и в полярных областях он образует ледники, которые медленно текут под действием собственной тяжести. В холодных районах промерзает не только вода, но и грунт: возникает многолетняя мерзлота. Эти явления связаны с климатом и температурой, однако ледник и мерзлота имеют разное строение и развиваются по разным законам.
Что такое природный ледник
Ледник — естественная масса льда атмосферного происхождения, которая образуется на суше при многолетнем накоплении и преобразовании снега и движется под действием силы тяжести. Движение — важный признак: даже если перемещение составляет лишь несколько сантиметров в сутки, лёд остаётся текучей природной системой.
Замёрзшее озеро или сезонный снежник не являются ледниками. Озёрный лёд образуется при замерзании воды снизу вверх и исчезает в тёплый сезон. Ледник растёт из снега, существует много лет и обладает внутренним течением.
Как образуется ледниковый лёд
Ледник возникает там, где за холодный период выпадает больше снега, чем успевает растаять летом. Свежий снег рыхлый и содержит много воздуха. Под весом новых слоёв снежинки ломаются, округляются и уплотняются. Так появляется зернистый снег — фирн.
По мере уплотнения поры уменьшаются, воздух вытесняется или остаётся в виде пузырьков. Фирн превращается в ледниковый лёд. Этот процесс занимает от нескольких лет во влажных районах до столетий в холодной и сухой внутренней Антарктиде.
Путь образования можно записать так:
- выпадение и накопление снега;
- перекристаллизация снежинок;
- уплотнение и образование фирна;
- закрытие пор и формирование плотного льда;
- медленное движение ледяной массы.
Снеговая линия
Снеговая линия — условная высота, выше которой снег сохраняется в течение всего года. Её положение зависит от широты, температуры, количества осадков, направления склонов и ветра.
В экваториальных горах снеговая линия проходит очень высоко, потому что воздух тёплый круглый год. В умеренных широтах она опускается, а в полярных районах приближается к уровню моря. На влажном наветренном склоне она может лежать ниже, чем на сухом подветренном.
Положение снеговой линии не остаётся постоянным. После холодного снежного периода она опускается, после тёплого и сухого — поднимается. Для существования ледника важно, чтобы часть его поверхности находилась выше этой границы и регулярно получала новый снег.
Область питания и область расхода
В верхней части ледника накопление снега превышает потери. Это область питания. Ниже расположена область расхода, где снег и лёд тают, испаряются, разрушаются ветром или откалываются.
Граница между ними называется линией равновесия. Если за год накопление и потери одинаковы, баланс массы равен нулю. При положительном балансе ледник получает массу, при отрицательном — теряет.
Фронт способен временно двигаться вперёд даже во время общей потери массы, а при положительном балансе не сразу начинает наступать. Ледяной массе требуется время, чтобы передать изменение из верхней зоны к языку.
Почему ледники движутся
Под большой нагрузкой лёд медленно деформируется. Его кристаллы меняют форму и положение, поэтому масса течёт вниз по уклону. Если у ложа есть талая вода, ледник также скользит по породе.
Скорость зависит от толщины, уклона, температуры льда, количества воды и формы долины. Центральная часть обычно движется быстрее краёв, потому что трение о борта меньше. Верхние слои хрупкие, поэтому при растяжении образуются трещины.
Горные ледники часто перемещаются от нескольких сантиметров до нескольких метров в сутки. Отдельные ледники переживают быстрые подвижки — сёрджи, когда скорость на короткое время возрастает во много раз.
Горные ледники
Горные ледники занимают понижения высокогорного рельефа и движутся по склонам и долинам. Их форма во многом зависит от окружающих хребтов. Они встречаются в Гималаях, Каракоруме, Памире, Тянь-Шане, Альпах, на Кавказе, Алтае, Камчатке, в Кордильерах и Андах.
Крупный горный ледник начинается в снежных котловинах. Ниже лёд собирается в поток и формирует язык. Примером длинного ледника Памира служит ледник Федченко, который получает питание с высоких горных склонов и движется по глубокой долине.
Основные типы горных ледников
| Тип | Где расположен | Форма |
|---|---|---|
| Каровый | В чашеобразном углублении у вершины | Короткое ледяное поле в горном цирке |
| Долинный | В горной долине | Длинный язык, повторяющий направление долины |
| Висячий | На крутом склоне выше главной долины | Небольшая масса, способная давать ледовые обвалы |
| Перемётный | По обе стороны перевала или гребня | Лёд стекает из общей зоны питания в разные долины |
| Предгорный | У выхода из гор на равнину | Язык расширяется веером |
Части горного ледника
В верхней части расположены фирновый бассейн и область питания. Ниже начинается ледниковый язык. На крутом участке лёд растрескивается, создавая ледопад. У нижнего конца из ледяного грота нередко вытекает поток талой воды.
Камни, падающие со склонов на края, образуют боковые морены. Когда два ледника соединяются, соседние боковые морены оказываются в середине общего потока и становятся срединными. У конца накапливается конечная морена, отмечающая положение фронта.
Скрытые снегом трещины особенно опасны. Тонкий снежный мост выглядит ровным, но может разрушиться под весом человека. Поэтому полевые группы используют верёвки, страховочное снаряжение и заранее исследованный маршрут.
Покровные ледники
Покровные ледники занимают огромные площади и скрывают под собой равнины, горы и впадины. Их форма меньше зависит от рельефа: толстый лёд образует купол и растекается от центральных участков к краям.
Крупнейший современный покров находится в Антарктиде. Антарктический ледниковый щит хранит основную часть пресного льда планеты и местами имеет толщину в несколько километров. Второй крупный щит покрывает большую часть Гренландии.
У края лёд направляется в выводные ледники, которые проходят по долинам и достигают моря. Если продолжение покрова плавает на воде, возникает шельфовый ледник. От его края откалываются айсберги.
Ледниковые шапки
Ледниковая шапка меньше ледникового щита, но тоже покрывает возвышенную территорию и растекается в разные стороны. От неё отходят выводные языки. Известный пример — Ватнайёкюдль в Исландии, под которым находятся действующие вулканические системы.
Граница между большой шапкой и щитом определяется размером и строением. В научной классификации ледниковым щитом обычно называют покров площадью более 50 тысяч квадратных километров.
Сравнение горных и покровных ледников
| Признак | Горные | Покровные |
|---|---|---|
| Место образования | Высокие горы | Полярные и субполярные области |
| Зависимость формы от рельефа | Сильная | Толстый лёд перекрывает рельеф |
| Направление движения | По склонам и долинам | От центра к краям |
| Главные части | Фирновый бассейн и язык | Ледяной купол и выводные ледники |
| Размер | От небольших каровых до длинных долинных | Сотни тысяч и миллионы квадратных километров |
| Примеры | Федченко, Алечский, Безенги | Антарктический и Гренландский щиты |
Как ледник меняет рельеф
Лёд разрушает породы, переносит обломки и откладывает их после таяния. Камни у основания действуют как наждак: шлифуют поверхность, оставляют царапины и борозды. Ледник углубляет речные долины и превращает их V-образный профиль в широкий U-образный.
В горах возникают кары, троги, острые гребни и пирамидальные вершины. На равнинах покровный ледник оставляет моренные холмы, валуны, песчаные поля и многочисленные озёрные котловины.
Даже после исчезновения льда формы рельефа сохраняют следы древнего оледенения. По направлению штрихов, составу валунов и положению морен геологи восстанавливают путь ледника.
Значение ледников
Ледники хранят огромный запас пресной воды. Горные ледники накапливают снег зимой и отдают талую воду летом, поддерживая реки в засушливый период. От их режима зависят водоснабжение, орошение и гидроэнергетика многих горных районов.
Белая поверхность отражает значительную часть солнечного света и влияет на тепловой баланс Земли. Покровный лёд также взаимодействует с атмосферой и океаном. Потеря массы наземных ледников повышает уровень Мирового океана.
В ледяных кернах сохраняются слои снега, пыль, соли, вулканический пепел и пузырьки древнего воздуха. По ним исследователи восстанавливают состав атмосферы и климат прошлого.
Профессия гляциолог
Гляциолог — учёный, изучающий природный лёд: ледники, снежный покров, лавины, морской лёд и мерзлые грунты. Специалист наблюдает за накоплением снега, таянием, скоростью движения и изменением площади ледников.
Работа проходит в экспедициях и лабораториях. В поле гляциолог устанавливает снегомерные рейки, измеряет плотность снега, определяет положение фронта, отбирает керны и фиксирует координаты. Маршрут планируют с учётом трещин, лавин, погоды и связи со спасательными службами.
После экспедиции данные обрабатывают на компьютере. Исследователь строит карты, сравнивает снимки разных лет, рассчитывает баланс массы и моделирует будущее состояние льда. Результаты нужны для прогноза стока, уровня моря, ледниковых паводков и устойчивости горных склонов.
Приборы и методы гляциолога
| Метод | Что измеряют |
|---|---|
| Снегомерная рейка и шурф | Толщину и плотность снега |
| Абляционная рейка | Сколько льда растаяло |
| GPS и спутниковая геодезия | Скорость движения и положение точек |
| Георадар | Толщину льда и рельеф ложа |
| Спутниковые снимки | Площадь, длину, трещины и скорость |
| Ледяной керн | Слои, примеси и пузырьки воздуха |
| Автоматическая метеостанция | Температуру, осадки, ветер и солнечную энергию |
Одного измерения недостаточно. Короткое наступание языка не доказывает рост всего ледника, а один снежный год не меняет многолетнюю тенденцию. Вывод делают по длительному ряду наблюдений за массой, толщиной и движением.
Какие знания нужны гляциологу
Специалисту нужны география, физика, математика, геология, метеорология и информатика. Важны навыки работы с картами, спутниковыми данными, приборами и программами моделирования.
Экспедиции требуют хорошей физической подготовки, умения работать в команде и строгого соблюдения безопасности. Гляциологи трудятся в научных институтах, университетах, гидрометеорологических службах, проектных организациях и полярных экспедициях.
Что такое многолетняя мерзлота
Многолетняя мерзлота — грунт, горные породы и содержащаяся в них вода, которые имеют температуру 0 °C или ниже не менее двух лет подряд. В русскоязычной литературе также используют термин «вечная мерзлота», но слово «многолетняя» точнее: мерзлота способна возникать, изменяться и оттаивать.
Мёрзлый грунт не всегда состоит из сплошного льда. В сухой скальной породе льда может быть мало. В рыхлых отложениях вода замерзает в порах, образует прослойки, крупные линзы и ледяные жилы.
Многолетняя мерзлота распространена в Сибири, на Дальнем Востоке, Аляске, севере Канады, в Гренландии, Антарктиде и высоких горах. В России она занимает более половины территории, особенно обширна к востоку от Енисея.
Сплошная и прерывистая мерзлота
На самом холодном севере мерзлота залегает почти повсеместно — это зона сплошного распространения. Южнее появляются участки талого грунта под реками, озёрами, лесами и другими местами с особым тепловым режимом. Такая мерзлота называется прерывистой.
Ещё южнее отдельные мерзлые острова сохраняются в болотах, на теневых склонах и в торфяниках. В горах распространение зависит от высоты, направления склона, снега и свойств пород.
Деятельный слой
Летом верхняя часть грунта оттаивает, а зимой снова замерзает. Её называют сезонно-талым, или деятельным, слоем. Ниже лежит многолетнемёрзлая толща.
Глубина летнего оттаивания зависит от температуры воздуха, продолжительности лета, растительности, снега, влажности и состава грунта. Торф и мох хорошо изолируют поверхность, а снятие растительного покрова усиливает прогрев.
Корни растений в тундре развиваются главным образом в деятельном слое. Мёрзлый водоупор мешает воде уходить глубоко, поэтому летом поверхность часто заболочена, хотя осадков выпадает немного.
Как образуется подземный лёд
Вода замерзает в порах и увеличивает объём. При медленном промерзании влага перемещается к фронту холода и формирует ледяные линзы. Зимой грунт растрескивается от охлаждения, весной трещины заполняются водой и снова замерзают. Повторение создаёт ледяные клинья.
Крупные массы погребённого льда могут быть остатками древних ледников или снежников, перекрытых осадками. Льдистость определяет поведение грунта: после оттаивания богатая льдом порода резко теряет объём и прочность.
Термокарст
Термокарст — проседание поверхности при таянии подземного льда. Возникают западины, провалы и озёра. Берега термокарстовых водоёмов могут отступать, потому что тёплая вода ускоряет разрушение мёрзлого грунта.
Название напоминает обычный карст, но механизм другой. При карсте вода растворяет известняк или другую растворимую породу. При термокарсте пустота возникает после таяния льда и уплотнения грунта.
Другие формы мерзлотного рельефа
При многократном замерзании и оттаивании камни сортируются, появляются многоугольные грунты и каменные кольца. Морозное пучение поднимает поверхность. Если под давлением растёт ледяное ядро, формируется округлый бугор — пинго, или булгуннях.
На склонах насыщенный водой сезонно-талый грунт медленно сползает по мёрзлому основанию. Этот процесс называется солифлюкцией. Он создаёт языки и ступени на поверхности тундры.
Ледник и многолетняя мерзлота: в чём разница
| Признак | Ледник | Многолетняя мерзлота |
|---|---|---|
| Главное вещество | Ледниковый лёд из уплотнённого снега | Грунт и породы с различным количеством льда |
| Происхождение | Накопление атмосферного снега | Длительное охлаждение грунта |
| Движение | Течёт под действием тяжести | Не является единым движущимся потоком |
| Положение | На поверхности суши | Под поверхностью и в грунте |
| Сезонные изменения | Накопление и таяние снега и льда | Оттаивание и промерзание деятельного слоя |
Мерзлота и строительство
Замёрзший грунт может быть прочным, пока сохраняет низкую температуру. Если лёд тает, основание проседает. Поэтому здания на льдистых грунтах устанавливают на сваях, оставляя проветриваемое пространство между полом и землёй.
Дороги, трубопроводы и аэродромы проектируют с учётом теплового режима. Используют теплоизоляцию, насыпи, охлаждающие устройства и мостовые переходы. Нарушение мха и почвы строительной техникой усиливает оттаивание.
Мерзлота, вода и природа
Мёрзлая толща действует как водоупор. Талая вода задерживается у поверхности, питает озёра и болота. Реки весной вскрываются неравномерно, а промёрзшие берега направляют поверхностный сток.
При оттаивании меняются русла, оседают склоны, вода в озёрах может уйти через новый дренажный канал. Одновременно разлагается ранее замороженное органическое вещество, выделяя углекислый газ и метан.
Ледники, мерзлота и изменение климата
Большинство изученных горных ледников теряет массу. Их языки отступают, поверхность снижается, а новые озёра появляются у края. В первые десятилетия усиленное таяние способно увеличить летний речной сток, но после уменьшения запаса льда вода в засуху поступает слабее.
Покровные ледники Гренландии и Антарктиды также меняются. Потеря наземного льда повышает уровень океана. Морской лёд плавает и при таянии почти не меняет уровень напрямую, но влияет на отражение солнечного света и работу полярной климатической системы.
Потепление многолетней мерзлоты углубляет деятельный слой, усиливает термокарст и деформацию грунта. Изменение неодинаково: снег, растительность, влажность и местный рельеф способны ускорять или замедлять процесс.
Как изучают многолетнюю мерзлоту
Температуру измеряют в скважинах на разных глубинах. Датчики работают годами и показывают, как тепло медленно проникает вниз. Глубину деятельного слоя определяют щупом, бурением и повторными измерениями в конце лета.
Георадар и электрические методы помогают находить лёд без сплошного вскрытия. Спутники фиксируют проседание поверхности, изменение озёр и оползни. Образцы грунта исследуют на содержание льда, соли, органическое вещество и возраст.
Часто задаваемые вопросы
Почему ледник не считается обычным льдом?
Он образован многолетним накоплением снега, имеет области питания и расхода и движется под действием тяжести. Сезонный лёд на реке этих признаков не имеет.
Может ли ледник двигаться вверх?
Основное движение направлено вниз по уклону и от толстой центральной части к краям. При сжатии отдельные слои способны смещаться сложным образом, но вся масса следует силе тяжести.
Почему на леднике есть камни?
Они падают со склонов, вмерзают в лёд и переносятся вместе с ним. Скопления обломков называются моренами.
Вся ли Антарктида является ледником?
Почти весь материк покрыт ледниковым щитом, но существуют свободные ото льда скалы, сухие долины и отдельные прибрежные участки.
Почему мерзлоту называют многолетней?
Температура грунта остаётся не выше 0 °C минимум два года подряд. Она способна существовать тысячи лет, но при изменении теплового режима оттаивает.
Есть ли вода под многолетней мерзлотой?
Да. Вода может находиться над мёрзлой толщей, внутри незамёрзших участков и под ней. Солёная вода замерзает при более низкой температуре, поэтому иногда остаётся жидкой ниже 0 °C.
Чем термокарст отличается от карста?
Термокарст возникает при таянии подземного льда и проседании грунта. Обычный карст связан с растворением известняка, гипса или соли.
Вопросы для самопроверки
- Как снег превращается в ледниковый лёд?
- Что показывает снеговая линия?
- Чем область питания отличается от области расхода?
- Почему горный ледник повторяет форму долины?
- В каком направлении движется лёд покровного ледника?
- Какие формы рельефа создают ледники?
- Что измеряет гляциолог в экспедиции?
- Как определяется многолетняя мерзлота?
- Что такое деятельный слой?
- Почему оттаивание льдистого грунта опасно для зданий?
Краткие выводы урока
Природный ледник образуется из многолетнего снега, превращённого в фирн и плотный лёд. Горные ледники движутся по долинам и склонам, а покровные растекаются от центра к краям, перекрывая рельеф. Гляциолог измеряет накопление, таяние, толщину и скорость льда, исследует прошлые и современные изменения.
Многолетняя мерзлота представляет собой грунт с температурой не выше 0 °C не менее двух лет подряд. Летом её верхний деятельный слой оттаивает, а глубокая толща остаётся мёрзлой. Ледники и мерзлота тесно связаны с климатом, водным режимом, рельефом и условиями жизни людей в холодных районах.
