Лекция 16. Геологическая деятельность ледников

Ледник представляет собой естественное тело больших размеров, состоящее из кристаллического льда, образованного на поверхности земли в результате скопления и последующего преобразования твердых атмосферных осадков (снега) и находящегося в движении.

Ледники производит большую разрушительную и созидательную работу. Благодаря их деятельности видоизменяется рельеф земной поверхности, перемещается значительное количество обломочного материала и накапливаются разнообразные осадки.

Работа ледников складывается из разрушения, переноса и отложения (аккумуляции). Разрушительное воздействие ледников на свое ложе принято называть экзарационной деятельностью, или экзарацией. В результате этой деятельности создаются своеобразные формы на поверхности земли. Экзарация особенно интенсивно проявляется при больших мощностях льда, когда создаются огромные давления на подледниковое ложе. Разрушительная работа значительно усиливается благодаря обломкам горных пород, захваченных ледником при своем движений и вмерзших в его придонные части. Ледники, насыщенные обломочным материалом, истирают, полируют, бороздят поверхность подстилающих твердых скальных пород. Песчаные кварцевые зерна, щебень и крупные остроугольные камни оставляют на поверхности царапины, штрихи, борозды, называемые часто ледниковыми шрамами. Обычно они имеют длину до одного или нескольких метров, относительно небольшую ширину и глубину, измеряемую миллиметрами, в редких случаях достигают десятков сантиметров. В таких породах, как известняки, сланцы, борозды достигают 1—2 м глубины. На отдельных участках штрихи, протягиваясь параллельно друг другу, сохраняют постоянное направление, что дает возможность судить о направлений движения льда в данном месте.

Ледники, встречая на своем пути скалы, небольшие возвышенности, состоящие из коренных пород, сглаживают их, округляют, полируют и штрихуют. В результате возникают своеобразные, несколько удлиненные формы — «бараньи лбы». В продольном направлений они асимметричны. Склон, обращенный навстречу движению ледника, — пологий, обычно хорошо отполирован, исштрихован, а противоположный склон — крутой — менее затронут полировкой, со следами выламывания двигающимся льдом отдельных глыб скальных пород. Сочетание таких форм образует ряд сглаженных асимметричных выступов и углублений, называемых «курчавыми скалами». Иногда такие формы достигают значительных размеров. Так, например, многие острова в шхерном районе Финляндии представляют собой курчавые скалы, затопленные морем.

Обломочный материал, захваченный ледником и активно участвующий в разрушении подледникового ложа, в процессе движения также изменяется. Крупные обломки сами истираются, округляются, их поверхность полируется и покрывается штрихами и царапинами. Такие округлые исштрихованные обломки называют валунами.

Если ледник встречает на своем пути отдельные скалы или уступы, обращенные навстречу движению и сложенные сильно трещиноватыми породами, то он может срывать крупные блоки и глыбы, захватывать их и переносить на далекое расстояние.

При различной прочности пород, слагающих подледниковое ложе, и различной степени их трещиноватости ледники выпахивают отдельные углубления, иногда вытянутые по направлению движения, называемые ваннами выпахивания.

С деятельностью льда и снега в горных районах связано образование ряда характерных форм, к числу которых относятся кари, ледниковые цирки, ледниковые долины (троги). Кары, как уже сказано, представляют собой кресловидные углубления. Началом образования кара могут послужить снежники в мелких эрозионных ложках или других западинах на склоне горн. Днем вокруг снежного пятна образуются талые воды, которые проникают и на дно первичной западины. При их замерзании ночью происходят интенсивные процессы физического (морозного) выветривания, связанные с увеличением объема замерзающей воды. Образующиеся мелкие продукты выветривания выносятся водой, и выветривание будет захватывать все новые и новые порции горных пород, подстилающих снежное пятно. Так, в результате совестного действия снега или льда, талых вод и физического выветривания кары все больше и больше расширяются и углубляются.

Ледниковые цирки — это большие чашеобразные котловины, имеющие форму амфитеатра и представляющие собой сильно расширенные и преобразованные ледниками части верховьев горных долин. Их окружают высокие почти отвесные стены и только с одной стороны они открыты и постепенно переходят в сопряженные с ними долины. Ледниковые цирки являются основными областями питания горных долинных ледников. Их развитие также связано с рядом процессов: 1) экзарационным воздействием самого ледника, 2) выветриванием и 3) действием талых вод. В расширении цирков особая роль отводится краевым трещинам фирнового бассейна, которые отделяют массы фирна от окаймляющих стенок. Ширина таких трещин иногда достигает нескольких метров. Здесь создаются наиболее благоприятные условия для физического выветривания и последующего сноса ледником рыхлых продуктов. Так, постепенно стенки отступают, и цирк увеличивает свою площадь.

Ледниковые долины, или троги. Горные ледники, выходя из фирнового бассейна, спускаются вниз по ранее созданным водными потоками эрозионными долинам и значительно преобразуют их. Первичные эрозионные долины в горных районах в большинстве случаев имеют V-образную форму. Под действием движущегося ледника эти долины постепенно расширяются и углубляются. В конце концов ледником вырабатывается долина, имеющая корытообразный вид. Таким образом, поперечный профиль горной долины ледниковых областей приобретает своеобразные, только им свойственные черты. Верхняя часть долины, выработанная эрозионными процессами, является открытой, со средней крутизной склонов 40—45°. Нижняя часть представляет собой крутостенный трог, заканчивающийся внизу пологовогнутым дном. При переходе от трога к верхней более открытой части долины наблюдаются выпуклые переломы склонов и террасовидные, слабо наклонные площадки, называемые плечами трога.

Дно и склоны трога несут на себе следы ледниковой обработки. Твердые скальные породи отполированы, местами сильно исштрихованы. Отдельные выступы их сглажены и образуют подобие «бараньих лбов» и «курчавых скал».

Ледники при своем движений переносят (транспортируют) огромное количество разнообразного обломочного материала (от тонких частиц до крупных валунов), состоящего преимущественно из продуктов надледникового и подледникового выветривания, а также из обломков, возникающих при механическом разрушении горных пород движущимися ледниками. Весь этот обломочный материал, попадающий в тело ледника, переносимый и откладываемый им, называется мореной.

Морены бывают различными: одни из них находятся в движений и перемещаются вместе с телом ледника, другие уже отложились. В соответствии с этим принято подразделять ледниковые морены на движущиеся и отложенные.

Движущиеся морены в горных ледниках. В каждом горном леднике среди движущихся морен можно выделить несколько их разновидностей, в зависимости от их расположения в леднике.

Боковые морены развиты в виде вытянутых в длину валов или гряд по бокам ледникового языка. Они образуются главным образом из обломков горных пород, отделившихся в результате процессов выветривания от возвышающихся над ледником крутых склонов долины. Сюда же может поступать обломочный материал, приносимый водными потоками по боковым ущельям и частично от оползаний горных склонов и осыпей.

Срединные морены могут образовываться двумя способами: 1) в результате соединения гряд боковых морен при слиянии двух ледников, 2) в результате вытаивания внутренней морены. В срединных моренах также сохраняется форма длинных валов, или гряд. В некоторых ледниках наблюдается несколько полос срединных морен, что указывает на слияние многих ледников и на сложность их строения. Примерами могут бить крупные сложные ледники Средней Азии — Федченко и Иныльчек.

Поверхностные морены, покрывающие всю поверхность ледника. При абляции, особенно интенсивной в направлений к концу ледника, может образоваться сплошной слой морены, покрывающий поверхность ледника как в результате разваливания гряд срединных морен, так и вытаивания внутренних. По данным Р. Флинта (1963), высота гряд срединных морен различна, местами достигает первых десятков метров. Они предохраняют лежащий под ними лед от стаивания, в то время как примыкающие к ним участки чистого льда подвергаются абляции и понижаются. Подтаивание льда смежных участков увеличивает крутизну склона моренных гряд, и с них начинают скатываться обломки, они начинают оползать, оседать, в результате чего происходит увеличение ширины моренного чехла на леднике. Если в пределах долинного ледника развито несколько срединных морен, то при условий таяния в концевой части его гряди как бы теряют свои прежние очертания и обломочный материал почти полностью может покрыть поверхность ледника. В этом большую роль играет также вытаивание обломочного материала, заключенного внутри ледника (внутренние морены). Особенно часто это наблюдается при усилений, таяния, захватывающего все более и более глубокие уровни ледниковых языков. При этих условиях даже редкие включения обломков образуют на сниженной поверхности ледника уже заметные скопления.

Внутренние морены могут накапливаться как в фирновом бассейне, так и в области ледникового языка. Процесс образования прост. Все обломки, попадающие в фирновый бассейн, постоянно захороняются все новыми и новыми порциями снега, обильное выпадение которого является необходимым условием нормального развития ледника. В дальнейшем, уже внутри движущегося льда они попадают в; область стока.

В пределах ледникового языка образование внутренних морен связано с различными трещинами. Обломки, попавшие на поверхность ледника, частично проникают в трещины и при последующем смерзании их. впаиваются в тело ледника. В образовании внутренней морены принимает участие и донная морена, которая по плоскости скалывания выдавливается вверх внутрь ледника и даже на его поверхность. Обычно это свойственно концевым частям ледников.

Нижняя, или донная, морена представляет собой обломочный; материал, вмерзший в придонные части ледника. Она состоит из обломков горных пород, возникших в результате процессов: а) доледникового. выветривания, б) подледникового выветривания и в) разрушения лож движущимся ледником. Благодаря доледниковому выветриванию уже в самые начальные стадии формирования ледника снег выпадает на поверхность, покрытую обломками, и обволакивает их. При последующем уплотнении снега обломки вмерзают в него. Льды, вытекая из фирнового бассейна и двигаясь по долине, увлекают с собой этот обломочный: материал и по дороге обогащаются продуктами разрушения ледника и подледникового выветривания.

Отложенные морены. Обломочный материал, содержащийся в теле ледника или на его поверхности, при благоприятных условиях начинает откладываться уже в процессе движения льда. Но особенно интенсивно ледниковая аккумуляция проявляется в период отступания ледника, т. е. его таяния, когда на поверхности подледникового ложа остаются морены всех перечисленных выше типов. Некоторые из них и в отложенном виде сохраняют особенности, присущие им в период движения (вали боковых и иногда срединных морен). Среди отложенных морен различают конечные, или краевые, и основные.

Конечная морена. Ледники непрерывно двигаясь от областей питания к периферии, приносят большое количество обломочного материала. В конце ледникового языка, или покровного щита, лед стаивает и весь принесенный сюда материал сгружается у его края. При длительном периоде стационарного положения конца ледника перед ним образуются целые гряды, или валы, обломочного материала, которые называются конечными моренами. В формировании отложенных конечных морен принимают участие все виды движущихся морен — поверхностные, внутренние и донные.

Конечноморенные гряды, окаймляя ледники, отражают форму их краевой части. В горных ледниках они имеют дугообразную форму, с различной кривизной дуги и высотой от нескольких до 30—40 м, в материковых—следуют за контуром краевой части ледяного покрова. Иногда они принимают сложный фестончатый вид, достигают большой высоты и ширины. Они часто прерываются вытекающими из-под ледника водами, образуя разрозненные гряды и отдельные холмы.

Конечные морены имеют большое значение для выяснения режима ледников. Хорошо выраженная конечноморенная гряда свидетельствует о длительной остановке ледника (о стационарном положений края). Наличие нескольких гряд конечных морен, разделенных понижениями, указывает на прерывистое отступание ледника, т. е. чередование остановок и быстрого отхода. При непрерывном отступании ледника, без каких-либо задержек, конечные морены в их типичном виде не образуются, а обломочный материал, приносимый к концу ледника, откладывается на освобождаемой ото льда площади более или менее равномерно. При новом наступании ледника ранее созданные конечные морены могут быть целиком или частично разрушены и вновь переработаны движущимся льдом.

Основная морена. Она представляет собой накопление всего обломочного материала, переносимого ледниками (донной, внутренней и поверхностной в горных ледниках, донной и внутренней — в материковых), одевающего поверхность прежнего подледникового ложа. По мнению ряда исследователей, донная морена откладывается в области абляции в процессе движения ледника. На это указывают значительная уплотненность отложенного материала и закономерность расположения валунов, длинные оси которых параллельны направлению движения ледника.

При стаивании ледника постепенно начинает оседать и обломочный материал, находящийся в верхних частях ледникового тела и на его поверхности. После исчезновения ледника этот слой обломочного материала (абляционная морена) накладывается на донную морену.

Абляционная морена отличается от донной меньшей уплотненностью, почти полным отсутствием четко выраженной ориентировки валунов и местами более грубым составом (вследствие того, что талые воды вымывают тонкие частицы). Соотношение донной и абляционной морен различно в различных ледниках. В некоторых долинных ледниках, богатых движущимися поверхностными и внутренними моренами, почти вся толща ледниковых отложений (основной морены) состоит из абляционной морены. При этом боковые и срединные морены, откладываясь, сохраняют в некоторых случаях валообразную форму. В материковых ледниках основная морена состоит главным образом из отложенной донной морены. Абляционная морена или отсутствует, или образует относительно маломощный слой на поверхности донной.

Основная морена образует на значительных площадях почти сплошной покров, различно выраженный в рельефе. В районах бывшего в четвертичный период материкового оледенения развит преимущественно равнинно-моренный и холмисто-моренный рельеф. Помимо неправильных хаотически разбросанных холмов, созданных ледниковой аккумуляцией, существуют местами более правильные формы, называемые друмлинами. Это сравнительно невысокие продолговатые холмы, длинная ось которых совпадает с направлением движения ледника. По данным Р. Ф. Флинта, друмлины имеют обычно следующие размеры: длина 1—2 км, ширина 400—600 м и высота 15—30 м. Местами же наблюдаются существенные отклонения от приведенных размеров как в сторону их уменьшения, так и увеличения. Друмлины различны и по своему строению. Часть из них целиком сложена очень плотным моренным материалом («моренные друмлины»). В других — наблюдается ядро из коренных скальных пород, расположенное обычно в конце, обращенном к наступающему льду, за которым накапливается моренный материал.

Особенности строения отложенных морен. Морена состоит из самого разнообразного обломочного материала тонких глин, суглинков, глинистых песков, гравия, гальки и валунов. Диаметр валунов изменяется от нескольких сантиметров до 2—3 м и более. Соотношение между составляющими частями в морене может бить самым различным. Оно зависит от многих факторов: от близости к центрам оледенения, интенсивности поступления обломочного материала, от состава пород подледникового ложа, от длины пройденного ледником пути и его мощности. Местами в морене преобладают глины или суглинки, в которые включены отдельные, более крупные обломки — гравий, щебень, валуны, иногда же они состоят из смеси крупно-обломочного материала с глинистым песком различной зернистости.

Таким образом, характерными особенностями ледниковых морен, отличающих их от других континентальных отложений, являются:

1) неоднородность состава;

2) отсутствие сортировки обломочного материала;

3) отсутствие слоистости.

Поверхность ледников, как уже было отмечено, подвержена непрерывным процессам таяния и испарения. В результате на леднике возникают талые воды, которые, собираясь в ложбины, образуют натоящие водные потоки — реки в ледяных берегах, с разветвленной сетью притоков. Эти потоки достигают иногда значительной мощности и обладают большой живой силой. Пути движения их весьма сложны. Они то протекают по поверхности в надледниковых ложбинах, то исчезают в трещинах и движутся далее по сложным внутриледниковым каналам, то достигают дна ледника и образуют подледниковые потоки. В последних участвуют также воды, притекающие со склонов трога, и воды, образующиеся в придонных частях ледника под действием теплоты земли и большого давления. Подледниковые воды вырабатывают для себя сеть ложбин, по которым они перемешаются, и, достигая края.ледника, выходят из него в виде многочисленных временных или постоянных потоков. Местами в краевой части ледника видны в виде пещер выходы подледниковых туннелей, из которых вытекают более мощные и сосредоточенные водные потоки. Все эти потоки — надледниковые, внутриледниковые и подледниковые — при своем движений размывают морены, захватывают моренный материал (тонкие глинистые частицы, песок и мелкие обломки), переносят его и откладывают. Все отложения, возникшие в результате аккумулятивной деятельности •водно-ледниковых потоков, называются флювиогляциальными. Они образуют характерные формы рельефа. Среди них выделяются зандры, озы, камы и камовые террасы.

Зандры — это отложения водно-ледниковых потоков, образующие пологоволнистые равнины,.расположенные непосредственно за внешним краем конечных морен и сложенные слоистыми песками, гравием и галькой. Они представляют собой слившиеся весьма пологие и широкие конусы выносов подледниковых потоков, -образующиеся при выровненном рельефе поверхности. Вытекающие из-под ледника потоки, попадая на такие выровненные пространства, теряют свою скорость, широко разливаются, разбиваются на сеть блуждающих по поверхности рукавов и откладывают принесенный обломочный материал. При этом более грубые осадки — галька, гравий, крупный песок — обычно откладываются близ края конечных морен, далее на широких площадях откладываются преимущественно пески и, наконец, в краевых частях, где скорость води ничтожна, оседают тонкие пылеватые и глинистые частицы. Таким образом, преобладающая часть зандровых равнин слагается песками (зандровые песчаные поля). Поверхность таких равнин характеризуется малыми уклонами, не превышающими 3—4° и только при переходе к конечным моренам увеличивающимися до 8—10°.

Озы, это узкие длинные гряди, или валы, вытянутые в направлении движения ледника. Длина таких гряд изменяется от нескольких десятков и сотен метров до десятков и даже сотен километров, высота от 3—5 до 50 м и более. Местами они имеют четко видное строение: расширенные участки сменяются суженными и наоборот. Ось гребня оза волниста, и часто вдоль нее наблюдается чередование повышенных участков с пониженными. Иногда оз распадается на ряд отдельных, несколько удлиненных холмов, вытянутых по одной линии. Некоторые озы имеют более или менее правильное прямолинейное направление; другие же характеризуются чрезвычайной извилистостью, напоминая собой меандрирующую реку, и накладываются на совершенно различные элементы рельефа.

Озы сложены хорошо промытыми слоистыми разнозернистыми песками, гравием и галькой. Слоистость в озах неправильная, часто диагональная, изредка в них встречаются валуны или валунные глины. В районах древних материковых оледенений (Карелия, Финляндия, Швеция) они представляют собой одну из характерных форм ландшафте.

Камы — это холмы высотой в среднем до 10—12 м, по форме напоминающие моренные холмы, но отличающиеся от них внутренним строением. Они часто располагаются вблизи конечных морен. В строении их участвует разнообразный материал: слоистые, хорошо отсортированные пески, иногда с гравием и галькой, тонкие глины, местами напоминающие ленточный и валунный материал.

Такой разнородный состав; особенно присутствие тонких глин, указывает на образование их скорее в стоячей воде, чем в движущейся. Поэтому предполагается, что камы образуются в условиях уже «мертвого» недвижущегося льда краевых его участков. На поверхности такого льда при быстро идущих процессах таяния образуются различные и многочисленные трещины, понижения, котловины, которые, заполняясь водой, превращаются в относительно небольшие озера. В них стекают с более повышенных участков льда многочисленные реки, то мелкие, то более крупные, и приносят с собой неоднородный по составу обломочный материал, который и осаждается в этих озерах. Появление примеси валунного материала в них, возможно, связано с непосредственным вытаиванием его изо льда. Этот накопленный в озерах материал в процессе таяния ледяного массива постепенно оседает и, наконец, проектируется на поверхность основной морены в виде группы холмов.

Озерно-ледниковые, или лимно-гляциальные, отложения являются особым генетическим типом водно-ледникового комплекса. Они образуются в приледниковых озерах (перед концом, или краем ледника), которые возникают в результате подпруживания выходящих подледниковых потоков - возвышенными участками рельефа с уклоном, направленным к краю-ледника, или же грядами конечных морен. Образование некоторых приледниковых озер, возможно, связано с подпруживанием рек, текущих навстречу леднику. Отложения приледниковых озер состоят из тонкого послойного чередования мелкозернистых песков и глин с отчетливо выраженной горизонтальной ленточной слоистостью. Каждая такая пара слойков песка и глины составляет годичную ленту. В летний период, когда происходит наиболее интенсивное таяние ледников, водные потоки приносят в приледниковые озера значительно больше взвешенного материала, состоящего из тонкого песка, пылеватых и глинистых частиц. В зимнее время водные потоки или иссякают совсем, или в них значительно уменьшается количество воды. В последнем случае они способны переносить только тонкие глинистые частицы. В результате в течение теплой половины года в озере накапливается песчаный слой — летний слой. Зимой же заканчивается осаждение наиболее тонких глинистых частиц, оставшихся во взвесях от летней мути и, возможно, принесенных зимними потоками — зимний слой. Эти озерно-ледниковые отложения, состоящие из многократно повторяющихся годичных лент (зимнего глинистого более темного слойка и летнего песчаного светлого), называют ленточными глинами.