Ледники
Ледники', движущиеся естественные скопления льда атмосферного происхождения на земной поверхности. Образуются из твёрдых атмосферных осадков там, где в течение года их отлагается больше, чем стаивает и испаряется; соответственно состоят из области питания и области абляции, разделённых границей питания (линией на леднике, на которой приход льда в течение года равен расходу). В холодных районах область абляции может быть представлена только краевым обрывом, от которого откалываются айсберги (антарктический ледниковый покров) или ледяные лавины (висячие Л.). Размеры, форма и строение Л. обусловлены формой вмещающего ложа, соотношением между приходом и расходом льда через внешнюю поверхность и его медленным движением под действием силы тяжести.
Распространение, размеры и морфология. В пределах тропических и умеренных широт Л. существуют в высоких горах, а в достаточно влажных полярных областях — также на низменностях и мелководных морях (см. Ледник шельфовый). Морфологически Л. делятся на три типа: наземные ледниковые покровы, шельфовые Л. и горные Л. В наземных покровах лёд растекается от ледоразделов к периферии независимо от рельефа дна; в шельфовых Л. — от берега к морю, в виде плавучих или частично опирающихся на дно плит; в горных Л. лёд стекает вниз по долинам или склонам. Форма горных Л. разнообразна и зависит от подстилающего рельефа. Среди горных Л. различают: висячие (залегающие на крутых высоких склонах гор), каровые (расположенные в углублениях — карах привершинной части гор), ледники долинные (простые, сложные и дендритовые), сетчатые, предгорные и др. Л. простираются на расстояние от сотни метров до 5600´2900 км и имеют толщину от 10—20 м до нескольких км (измеренная толщина антарктического ледникового покрова достигает 4,3 км). Самый крупный горный Л. — ледник Беринга на Аляске имеет длину 170 км, а в СССР — ледник Федченко на Памире — 77 км. Общая площадь современного Л. около 16,1 млн. км2 (11% площади суши), общий объём — порядка 30 млн. км3. Соответственно 89,6% и 98% приходится на материковые ледниковые покровы, 9,1% и около 2% — на шельфовые Л., 1,3% и около 0,1% — на горные Л. Площадь Л. в СССР составляет 71665 км2, в том числе:
| Район | 2 | Район | 2 |
| Земля Франца-Иосифа о. Виктория Новая Земля о. Ушакова Северная Земля о-ва Де-Лонга Урал Таймыр Хребты Верхоянский, Черского и Колымское нагорье | 13735 11 22423 325 12472 79 29 40 223 | Корякское нагорье Камчатка Хребет Кодар (Становое нагорье) Восточный Саян Алтай Джунгарский Алатау Тянь-Шань Памир Большой Кавказ Малый Кавказ | 205 866 19 30 св. 800 1120 8622 8400 1430 3 |
Аккумулируя громадное количество чистой пресной воды, Л. оказывают существенное влияние на многие стороны хозяйственной деятельности человека. Особенно велика роль Л. в засушливых областях, например в Средней Азии, где значительная доля питания рек принадлежит ледниковым водам. Чтобы научно подойти к проблеме рационального использования и восполнения водных ресурсов) заключённых в Л., необходимо знать условия накопления и расхода вещества Л., характер и режим поверхностных и внутренних процессов.
Режим поверхностных процессов. Распределение прихода и расхода льда па поверхности Л. меняется во временя в зависимости от состояния атмосферы и представляет функцию альбедо, высоты, наклона, кривизны данного участка поверхности Л. и его ориентации относительно солнца и ветра. Расчёт скорости питания и абляции, по данным о состоянии атмосферы и поверхности, составляет задачу гляциометеорологии, общую для всех видов снежно-ледяного покрова.
Превращение снега в фирн и лёд в области питания происходит путём оседания под давлением накапливающихся сверху слоев с рекристаллизацией и путём частичного таяния и замерзания просачивающейся в поры воды. В зависимости от доли участия этих процессов на поверхности Л. выделяют зоны льдообразования, распространение которых обусловлено соотношением количества атмосферных осадков и летнего таяния (см. рис.). Внутри материковых покровов и высоко в горах, где таяния нет, расположена рекристаллизационная, или снежная, зона; фирн превращается в лёд на большой глубине, и температура фирна на глубине затухания годовых температурных колебаний равна средней годовой температуре воздуха (на мировом полюсе холода в центре Антарктиды глубина залегания льда более 100 м, средняя температура —61°С и абсолютный минимум порядка —90°С). Ниже находится холодная инфильтрационная, или фирновая, зона, где вся талая вода замерзает в порах фирна, не превращая его в лёд и не прогревая всю толщу до точки таяния. Ещё ниже имеет место дифференциация зон льдообразования: в сухих холодных районах распространена зона ледяного питания, где снежный покров, пропитываясь водой, ежегодно превращается в слой льда (наложенный лёд), и температура подстилающего льда остаётся отрицательной, а в сравнительно тёплых и влажных районах нижняя часть области питания принадлежит к тёплой инфильтрационной, или фирновой, зоне, в которой талая вода просачивается сквозь фирновую толщу, прогревая её до температуры таяния, и стекает с ледника по трещинам, внутри и подледниковым каналам. Благодаря разному механизму проникновения тёплой и холодной волн тёплая фирновая зона распространяется в районы со средней температурой воздуха до —8°С; где ниже, в области абляции, температура льда отрицательна. Под фирновой толщей плотность льда меняется за счёт сжатия воздушных включений пренебрежимо мало, резко возрастая лишь в донном слое от примеси морены.
Режим внутренних процессов. Под действием силы тяжести в Л. возникает поле напряжения, вызывающего деформацию льда. Под медленно меняющейся нагрузкой поликристаллический лёд деформируется как макроскопически изотропная нелинейно-вязкая жидкость с гиперболической зависимостью установившейся скорости ползучести от девиатора напряжения (разности между напряжением и давлением) и экспоненциальной зависимостью от абсолютной температуры (Т). Течение сопровождается рекристаллизацией, после которой скорость на порядок возрастает. Под достаточно высоким напряжением в верх. слое возникают трещины растяжения, а в глубине — сколы. При температуре, близкой к температуре таяния, движение по плоскостям надвигов сопровождается таянием и повторным замерзанием с образованием ленточной текстуры. В тех же условиях лёд скользит по дну в результате таяния под повышенным давлением перед выступами дна и замерзания выдавливаемой воды за ними, а также вследствие ускоренного обтекания льдом выступов дна благодаря концентрации напряжении. При этом происходит выпахивание дна удерживаемыми льдом обломками горных пород (см. Экзарация).
Взаимосвязанные поля напряжения, скорости и температуры Л. описываются системой из 18 дифференциальных уравнений с частными производными, которая включает: уравнения, выражающие законы сохранения массы (уравнение неразрывности), сохранения энергии (уравнение теплопроводности — теплопереноса — тепловыделения при деформировании) и сохранения количества движения (ввиду малой скорости сводящиеся к уравнениям равновесия сил); уравнения связи между скоростью течения, напряжением и температурой (реологические); уравнения совместности компонент тензора скорости деформации, выражающие условия интегрируемости вихревого поля скорости льда. Поля напряжения, скорости и температуры Л. определяются краевыми условиями на их внешних поверхностях. Верхняя и подводная поверхности находятся под гидростатическим давлением (атмосферы или воды) и свободны от касательных напряжений, а нижняя поверхность наземных ледников испытывает, кроме того, касательные напряжения, обусловленные трением о дно. Температура верхнего слоя на уровне затухания годовых колебаний зависит от средней температуры воздуха и зоны льдообразования. Подводная поверхность имеет температуру таяния, а температура на дне обусловлена соотношением притока геотермического тепла и его оттока внутрь ледника, т. е. температурным градиентом, а также движением льда. Если приток тепла превышает отток, то на дне происходит таяние и скольжение льда под действием касательного напряжения, причём теплота донного трения также затрачивается на таяние.