Ледяные лишаи

Гернет Евгений Сергеевич

Эта зависимость может быть выведена математически из эллиптической формы поверхности и в то же время получается по фактическим данным. Если нанести на график по оси ординат толщину, а по оси абсцисс площадь современных покровных ледников, то окажется, что отклонения отдельных точек от общей зависимости большей частью невелики. Плейстоценовые покровные ледники, такие, как Скандинавский, Лаврентьевский и др., очевидно, также подчинялись этой зависимости: законы пластического течения льда, зависящие от его физических свойств, не могли быть иными. Тот факт, что площадь покровного ледника пропорциональна четвертой степени его толщины, показывает, что при увеличении толщины лед растекается очень широко. При увеличении толщины вдвое площадь увеличивается в 16 раз (линейные размеры, следовательно, в 4 раза, объем в 32 раза).

Все современные покровные ледники разделяются по их размерам на две неравные группы — группу сравнительно небольших ледяных шапок, с площадью не больше одного — двух десятков тысяч квадратных километров каждая, и группу ледяных щитов материковых размеров с площадью, измеряемой миллионами квадратных километров. Покровных ледников с площадью между 30 тыс. и 2 млн. км ²в

наше межледниковое время не существует. Это свидетельствует о неустойчивости, краткости жизни плейстоценовых покровных ледников — Скандинавского, Лаврентьевского, достигавших размеров, близких к размерам современных Гренландского и Антарктического ледяных щитов. По сравнению с последними, время существования которых измеряется миллионами лет, плейстоценовые покровные ледники жили недолго — один — два десятка тысяч лет. Различие это впервые объяснил Гернет. Современные щиты — щиты «локализованные стационарные», их края обрываются в море, которое и ограничивает их разрастание. Достигая глубокого моря, лед обламывается айсбергами. Гренландский и Антарктический щиты — ледяные щиты материково-островного типа. Скандинавский и Лаврентьевский щиты были ледяными щитами собственно-материкового типа. Их передний край лежал на суше и их наступание ограничивалось стаиванием у края. Когда оно, все увеличиваясь по мере продвижения в низкие широты, сравнивалось со снегонакоплением, дальнейшее наступание прекращалось, а затем по мере уменьшения питания сменялось отступанием.

План и поперечные профили Гренландского ледяного покрова (по Б. Фриструпу, 1966)

Зависимость площади (S) покровных ледников от их толщины (H)

Слева приведена кривая в обычном ( I— для ледяных щитов, II— для малых ледяных шапок), справа — в логарифмическом масштабе (на шкале нанесены логарифмы величин). 1— Антарктический; 2— Гренландский; 3— Новоземельский покровные ледники; 4—17— меньшие ледяные шапки

Существовали щиты и третьего типа — материковоморского. Изучение их истории только начинается. Они образовывались на арктических островах и окружающей их материковой отмели (или материковом шельфе), а затем причлепялись к собственно материковым Скандинавскому и Лаврентьевскому ледяным щитам. Наиболее изучена история Баренцева щита, покрывавшего Баренцево море вместе с архипелагами о-вов Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, Новой Земли [40] . Другой подобный щит — Карский — занимал Северную Землю и Карское море, надвигаясь с севера на п-ов Таймыр. Третий, так называемый Иннуитский, покрывал Канадский Арктический архипелаг и соединялся с Лаврентьевским ледяным щитом.

40

См.: Шютт В., Хоппе Г., Блейк В., Гросвальд М. Г.О распространении позднеплейстоценового оледенения в европейской Арктике. — Изв. АН СССР. Сер географ., 1968, № 5; Гросвальд М. Г.Последний Евразиатский ледниковый покров. — В кн.: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1977, вып. 30, с. 45–60.

Современным представителем ледяных щитов этого типа является ледяной покров Западной Антарктиды, причленившийся и слившийся с ледяным покровом Восточной Антарктиды в единый ледяной щит. Подледная Западная Антарктида представляет собой архипелаг островов с довольно глубокими морями между ними, более глубокими, чем Баренцево или Карское море, и тем не менее ныне до дна заполненными льдом. Основание льда Западной Антарктиды опускается местами до глубины 2500 м ниже уровня моря, т. е. в ходе своего образования лед вытеснил воду и заполнил глубокие проливы между островами. Многие ученые считают, что в отличие от большей части Антарктического ледника — ледяного щита Восточной Антарктиды, неизменно существующего многие миллионы лет, Западная Антарктида неоднократно разрушалась. Возможность ее деградации не исключена и в недалеком будущем, что повлечет за собой катастрофически быстрое повышение уровня Мирового океана на 5–7 м. Образование материково-морских ледяных щитов следовало за образованием собственно-материковых. Оно облегчалось понижением уровня моря, неизбежным в ходе разрастания оледенения, и растеканием ледяных шапок на островах на освобождающуюся вокруг них от воды часть материковой отмели. Отдельные ледяные шапки на островах разрастались и сливались вместе и за счет многолетнего припая, образовывавшегося на мелководных участках.

Возможность разрастания и сокращения покровных ледников в течение сравнительно короткого времени подтверждают расчеты. После максимального распространения Скандинавского ледника на равнины Восточной Европы, что было 18 тыс. лет назад, к 10 тыс. лет назад его край отступил в Южную Финляндию и Швецию, а к 7 тыс. лет назад сократился до размеров небольших разобщенных ледников в горах Скандинавии. За сравнительно короткое время (приблизительно в 20 тыс. лет) край ледника продвинулся на юг на 1200 км, а затем за 10 тыс. лет отступил на то же расстояние в обратном направлении. Расчеты показывают, что при вероятных (по современным наблюдениям на ледниках) величинах снегонакопления и стаивания такое наступание и последующее отступание за указанное время были вполне возможны. Были рассмотрены две возможности разрастания оледенения: растекание из орографического центра и постепенное накопление фирна и льда на равнине. Первый способ более вероятен по

ряду соображений, однако и второй нельзя отвергать, тем более что он на первый взгляд легче объясняет быстрое оледенение огромных пространств. Но расчеты баланса льда по вероятным величинам зимнего накопления снега и летнего стаивания показывают невозможность непосредственного оледенения равнин. Наоборот, расчет растекания льда со Скандинавских гор, где зародились ледники, свидетельствует о реальности распространения и сокращения оледенения за сравнительно короткое время при вполне возможных величинах снегонакопления и таяния [41] .

41

Сущность расчета была изложена В. Г. Ходаковым в статье, опубликованной в 1968 г. (Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М.; 1968, вып. 14, с. 180–189). Позже расчеты были уточнены. См.: Ходаков В. Г.Водноледовый баланс районов современного и древнего оледенения СССР. М.: Наука, 1978, с. 145–169.

Западная Антарктида — современный покровный ледник материково-морского типа (схема Дж. Мерсера, 1970)

1— лед на суше; 2— лед на плаву; 3— лед на морском дне

По достижении покровным ледником некоторой (сравнительно небольшой) величины — нижнего критического размера — благодаря каким-то изменениям климата, дальнейший рост ледника идет спонтанно (или самосильно, как писал Гернет); ледник растекается независимо от климата до достижения верхнего критического размера. В то же время он охлаждает климат и расширяет этим пределы своего саморазвития [42] . Этот вывод подтверждается математическим анализом, вытекающим из механики движения льда [43] . Растекание льда покровных ледников и изменение ими климата положил в основу своей теории автоколебаний климата и оледенения югославский географ Т. Шегота [44] .

42

См.: Тронов М. В.Теоретические итоги ледниковых исследований на Алтае. — В кн.: Вопросы географии Сибири. Томск: ТГУ, 1951, сб. 2, с. 3—68; Тронов М. В.Ледники и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 1966, с. 385–392.

43

См.: Weertman J.Stability of Ice Age ice sheets. — Journal of Geophysical Research, 1961, vol. 66, N 11, p. 3783–3792.

44

Segota T. Geografske osnove glacijacija. — Radovi Geografskog Instituta. Zagreb, 1963, Sv. 4; Чижов О. П.О теории развития оледенений югославского географа Т. Шеготы (Краткое изложение и критика). — В кн.: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1966, вып. 12, с. 309–315.

И. Вертман рассчитал растекание льда покровных ледников северного полушария, вызванное колебаниями инсоляции по астрономическим причинам [45] . При этом он не рассматривал колебания температуры у земной поверхности из-за колебаний инсоляции, а просто использовал тот факт, что с широтой инсоляция уменьшается. Ослабление- инсоляции равносильно увеличению широты или понижению климатической снеговой линии (точнее говоря, нижнего уровня хионосферы). Изменения инсоляции можно свести к изменению высоты снеговой линии. Его расчеты показывают, что повышение и понижение снеговой линии параллельно самой себе возможны в пределах от 500 м ниже уровня моря до 1300 м выше его (ее современная высота на 70–80° с. ш. — 200–300 м над уровнем моря). Уклон снеговой линии Вертман принимает равным 0,001, т. е. 100 м на 1° широты.

45

Weertman J.Milankovitch solar radiation variations and Ice Age ice sheets sizes. — Nature, 1976, vol. 261, N 5555, p. 17–20.

Пользуясь моделью растекания льда в покровном леднике как твердого тела совершенной пластичности, Вертман рассчитывает пределы растекания и сокращения ледника в соответствии с колебаниями инсоляции. Его расчетный ледник растекается на юг и на север. На северном крае он стекает в море, обламываясь айсбергами, а на южном стаивает. Стаивание на южном крае равно расходу на айсберги на северном.

Расчеты Вертмана по принятой им модели покровного ледника хотя и не настолько точны, чтобы прогнозировать будущее наступание ледников по предвычисленному ходу инсоляции, все же очень интересны. Они показывают, что колебания климата и оледенения, возникшие в определенных географических условиях, сложившихся к началу четвертичного периода, связаны с колебаниями инсоляции, но последние действуют не непосредственно, не сами по себе, а лишь через оледенение. Не будь ледников, климатическое влияние изменений инсоляции было бы малозаметным.

Системный анализ колебаний оледенения и климата. Ледниковая теория (или теория колебаний оледенения и климата) развивается также и в связи с успехами прикладной математики и вычислительной техники, с применением быстродействующих электронных вычислительных машин (ЭВМ). Методы теории систем управления позволили составить математическую модель динамики системы «Земная поверхность — Атмосфера», т. е. показать изменения в этой системе, вызванные взаимодействиями внутри нее.