1.2. Основные типы ледников

При исследовании динамики естественных ледниковых масс их делят на три основные группы, существенно отличающиеся друг от друга граничными условиями. К этим группам относятся глетчеры, шельфовые и куполовые ледники. Каждая из них имеет свои четко определенные характерные особенности. Поскольку границы перехода ледников одной группы в другую четко определены, раздельно рассмотрим каждую из них.

1.2.1. Глетчеры. Во многих случаях глетчеры можно считать типично одномерными. При этом нас прежде всего интересует изменение скорости вдоль линии движения льда.

Форма и размер поперечного сечения глетчера (рис. 1.1) являются важными параметрами, причем они изменяются в основном вследствие изменений толщины глетчера по вертикали. Поперечные растяжение и сжатие обычно не столь существенны, как другие скорости деформации.

Для глетчеров умеренного пояса температура во всей массе льда обычно близка к температуре замерзания, и температурное распределение не является причиной значительных изменений параметров закона течения льда. Однако вблизи границы ложа, где величина сдвига наибольшая, высвобождающаяся вследствие этого энергия трения может привести к более высоким температурам льда и даже к его таянию, образуя таким образом положительную обратную связь, способствующую еще более высоким скоростям течения.

Рис. 1.1. Типичные план (а), профиль (б) и поперечное сечение (в) глетчера на примере глетчера Саскачеван. 1952 г. [74]. 1 - контуры поверхности, 2 - скорость движения (футы/год), 3 - измеренный вектор скорости движения, 4 - расчетный профиль скорости движения в зависимости от глубины. I - поверхность ледника, II - отражающий горизонт, III - срединная морена

Самая высокая скорость движения глетчера обычно на поверхности - на наибольшем удалении от ложа. Боковая скорость движения глетчера часто равна нулю, но может иметь место скольжение, например, у основания, особенно если температура ледника близка к температуре таяния льда под давлением.

Решение задачи скольжения сложно, особенно если граничная поверхность раздела ложе - лед не четко определена, а, наоборот, связана с постепенным переходом ото льда, смеси лед - порода, льда с содержанием моренного материала к сплошной скальной породе. В этом случае может оказаться невозможным провести различие между "скольжением" и высоким дифференциальным сдвигом в самых нижних базисных слоях. Для выяснения этого положения нужно было бы получить керны грунта поперек границы лед - ложе и определить скорости течения на различных глубинах в нижних слоях.

Вообще же для исследования глетчеров требуются следующие граничные условия: продольный профиль высоты, профиль ложа, план поверхности, типичные профили поперечного сечения и величины скоростей движения и деформации на границах, например на краю ледника.

1.2.2. Шельфовые ледники (рис. 1.2). Шельфовые ледники характеризуются тем, что они свободно "плавают" без сдвига у основания, а кроме того, тем, что они ограничены с боков и входят в море своим фронтом. Они сравнительно плоские с небольшим наклоном вниз к фронту. Можно ожидать, что скорости движения ледников и деформации в них сравнительно постоянны в направлении от верхней поверхности до нижней. Однако существуют высокие градиенты скорости движения поперек шельфового ледника, а также градиенты, направленные внутрь по длине ледника вблизи его фронта.

Температура у основания шельфового ледника близка к температуре замерзания морской воды. Температура поверхности ледника обычно понижается при удалении от его фронта, но благодаря плоской поверхности это происходит весьма постепенно. Средняя температура на всем протяжении шельфового ледника зависит не только от температуры его поверхности и основания, но и от скоростей аккумуляции, таяния и течения. Но, вообще говоря, средняя температура существенно не изменяется по длине ледника. Следовательно, чисто температурные изменения не оказывают заметного влияния на скорость движения ледника вдоль линии тока.

Граничными условиями, необходимыми для исследования шельфовых ледников, являются план их границ, профили высоты и толщины льда, скорости движения и деформации в одном положении - у фронта ледника.

1.2.3. Куполовые ледники. Поскольку куполовые ледники Антарктиды и Гренландии содержат основную массу мирового льда (и пресной воды), исследование их динамики является одной из основных предпосылок понимания мирового гидрологического баланса. В связи с тем что небольшие куполовые ледники (Уилкса, Пенни и на островах Анверс, Баффинова Земля, Рузвельта и Дригальского) гораздо более доступны для исследования, чем крупные ледники, при полном изучении их динамики можно с гораздо меньшей затратой усилий вывести законы, справедливые для больших куполовых ледников.

Рис. 1.2. Типичные план (а) и профили (б) шельфового ледника на примере шельфового ледника Эймери [16]. Пунктирная линия - гляциологический траверс АНАНИЭ

Куполовые ледники обычно представляют собой трехмерные сводчатые ледовые структуры, растекающиеся к границам с достаточно большими скоростями боковой деформации. Вследствие нерегулярностей ложа линии тока льда вовне могут быть совершенно искривленными, и тогда при исследованиях ледников приходится учитывать поперечные скорости их движения и деформаци. В этом плане наибольший интерес представляет профиль скорости движения ледника вдоль линии его тока от вершины до края, а также зависимость этой скорости от наклона поверхности, толщины льда и его температуры (рис. 1.3). Температура льда на поверхности ледников понижается с высотой. Температура льда у основания главных куполовых ледников еще в значительной степени неизвестна, но в некоторых случаях она может приближаться к точке таяния под давлением. Температура оказывает существенное влияние на скорость движения льда, а именно:

средняя температура в вертикальном сечении по всему леднику уменьшается при удалении от берега вглубь материка, что вызывает уменьшение скорости деформации при данном напряжении;

температура обычно возрастает по мере приближения к основанию ледника, что приводит к еще большим скоростям сдвига в базисных слоях и более высоким температурным градиентам в силу положительной обратной связи нагревания за счет трения, чем при отсутствии движения.

Рис. 1.3. Типичный план (а) и профиль (б) куполового ледника на примере куполового ледника Уилкса [71]. На плане высоты даны в м. Буквы - сетки деформации

Граничные условия для куполовых ледников определяются контурами высоты и ложа по всему куполу (в крупном масштабе) и скоростями движения и деформации на границе. Для более полного и точного исследования необходимо знать распределения температуры по всей толщине купола в нескольких точках вдоль линии тока льда.