Какого значение ледников для природы и человека. Ледники и их значение
О ледниках мне внезапно довелось вспоминать в десятом классе, когда подготовка к ЕГЭ встала на первое место. Вопрос попался заковыристый, и пришлось вытаскивать чуть ли не всю подноготную. Выяснилось, что ледники - очень важная штука, не только в экосистемах, но и для всей нашей прекрасной голубой планеты.
Что такое ледник
Ледник - это масса льда, по большей части атмосферного происхождения. Он может принимать форму потока, купола, плавучей плиты в зависимости от факторов среды. Образуются ледники в результате большого скопления снега, если в течение многих лет он выпадает и не тает.
Значение ледников в природе
Ледники важны для:
Подробнее о тепловом балансе и ледниках
С течением времени количество солнечного тепла, попадающего на поверхность планеты, должно по идее падать: Солнце медленно, но верно тратит энергетические ресурсы. Но с тех пор, как человек начал что-то делать, ну там, заводы строить и т.д., количество тепла, выделяемого в атмосферу, растёт, и растёт если не с каждым годом, то с каждым столетием. Чтобы планета не превратилась в парник, а температура на поверхности не повысилась до катастрофических тридцати с лишних градусов, планете нужны естественные источники холода. Поэтому так много исследований сейчас направлено на сохранение и восстановление ледников.
Условия существования ледников
Из вышесказанного вытекает, что основными условиями для сохранения ледников являются постоянная низкая температура и большое количество выпадающего снега. Существуют ледники горные - вершин, склонов, долин; горнопокровные и покровные в зависимости от расположения.
Ледники - природные образования, представляющие собой скопление льда атмосферного происхождения. На поверхности нашей планеты ледники занимают более 16 млн. кв. км, то есть около 11% всей площади суши, а их общий объем достигает 30 млн.куб. км. Более 99% всей площади ледников Земли принадлежит полярным областям. Однако ледники можно увидеть даже и близ экватора, но располагаются они на вершинах высоких гор. Например, высочайшая вершина Африки - гора Килиманджаро - увенчана ледником, который располагается не ниже 4500 м.
Ледники образуются на участках земной поверхности при условии, если количество выпадающих твердых атмосферных осадков на протяжении многих лет превышает количество осадков, которое может растаять или испариться. Линию, выше которой выпавший в течение года снег не успевает стаять, называют снеговой линией. Высота ее расположения зависит от климатических особенностей местности. В горах, расположенных в районе экватора, снеговая линия находится на высоте 4,5-5 тысяч метров, а к полюсам она понижается до уровня океана. Выше снеговой линии из скапливающегося там и уплотняющегося снега образуются ледники.
Ледники занимают 11% территории суши. Есть 2
вида ледников: покровные или материковые и
горные ледники. Покровные ледники
составляют 98% всей площади ледников земной
поверхности. Покровные ледники занимают
Антарктиду, Гренландию и некоторые острова
Арктики. Например, толщина Гренландского
ледника достигает 2000 м. Такие ледники имеют
форму щитов и куполов.
На прибрежных частях Антарктиды и
Греландии от края покровных ледников
откалываются гигантских размеров глыбы
льда - айсберги. Их длина иногда превышает 300
км, высота достигает 600-700 м, около 90% его
объема обычно находится под водой.
Столкновение судна с ним очень опасно. (Какое
крупнейшее в то время пассажирское судно
потерпело крушение, столкнувшись с
айсбергом в начале XX века?) Площадь горных
ледников намного меньше, они повторяют
форму долины, по которой сползают вниз.
Накопившийся в горах снег выше уровня
снеговой линии уплотняется и постепенно
превращается в лед. Лед под действием веса
спускается вниз и начинает таять. Скорость
движения ледников в зависимости от уклона
склонов гор и количества льда достигает от
нескольких сантиметров до 3 метров в сутки.
Ледники, спустившись с вершин гор ниже
снеговой линии, тают, питая горные реки.
Несмотря на медленное движение долинных
ледников, они переносят обломки горных
пород из одного места в другое и
накапливают их у края ледников. В нашей
стране горные ледники распространены на
Тянь-Шане, в Жунгарском Алатау и на Алтае.
Самый крупный горный ледник в Казахстане -
ледник Корженевского в Заилийском Алатау.
Его длина 12 км.
Крупнейший ледниковый покров Земли - Антарктический. Толщина льда здесь достигает 4 км при средней толщине 1,5 км. В пределах единого покрова различаются отдельные ледяные потоки, текущие от центра материка к периферии; крупнейший из них - ледник Бидмор, стекающий с гор Виктории; он имеет в длину 180 км, в ширину - 15-20 км. По краю ледникового щита Антарктиды широко распространены большие ледники, концы которых находятся на плаву в море. Такие ледники называются шельфовыми. Самый крупный из них в Антарктиде - ледник Росса. Он по площади вдвое превышает территорию Великобритании.
Другой крупнейший ледниковый покров Земли - Гренландский, покрывающий почти всю территорию огромного острова. Значительно меньше по размерам ледники других районов Арктики. Гренландский и антарктические ледники часто спускаются на прибрежные части океана. В этих случаях от них могут откалываться глыбы льда, превращающиеся в плавающие морские горы - айсберги.
В строении ледников различают следующие зоны:
Область питания ледника. Здесь накапливается снег, который не успевает целиком стаять за летний период. Именно здесь из снега зарождается ледник. Снег откладывается каждую зиму, но толщина слоя зависит от величины выпадающих в конкретном месте осадков. В Антарктиде, например, годовой слой снега - 1-15 см, и весь этот снег идет на пополнение ледникового покрова. На восточном побережье Камчатки накапливается 8-10 метров снега за год. Здесь находится «полюс снежности» Евразии. В областях питания ледников на Кавказе, Тянь-Шане, Памире за год накапливается 2-3 метра снега, и этого достаточно для восстановления летних затрат на таяние.
Область абляции (лат. ablatio - снос, убыль). В этой области происходит уменьшение массы ледника при таянии, испарении или отделении айсбергов (у покровных ледников). Абляция ледника особенно сильна в горах ниже снеговой линии, что способствует многоводью рек, начинающихся с ледника. Например, на Кавказе, в Средней Азии и др. Для некоторых рек Средней Азии доля ледникового стока доходит летом до 50-70%. Но количество воды, отдаваемое ледниками, сильно колеблется в зависимости от условий таяния в данное лето. Исследователи ледников провели на ледниках Тянь-Шаня и Памира ряд экспериментов по искусственному усилению таяния ледников, с тем чтобы увеличить поступление талых вод на хлопковые поля в засушливые годы. Было установлено, что усилить сток с ледников можно, покрыв поверхность их угольной пылью. В ясные дни таяние увеличивалось на 25% (темная поверхность больше поглощает солнечные лучи, чем светлые).
Ледникам свойственно течь, обнаруживая пластические свойства. При этом образуется язык ледника, один или несколько. Скорость движения ледников достигает нескольких сот метров в год, но она не остается постоянной. Так как пластичность льда зависит от температуры, летом ледник движется быстрее, чем зимой. Ледниковые языки напоминают реки: атмосферные осадки собираются в русло и текут по склонам.
Для районов существования горных ледников характерно такое явление, как снежные лавины. Благодаря им происходит разгрузка ледниковых областей. Лавиной называют обвалы снега, соскальзывающего с горных склонов и увлекающего на своем пути снежные массы. Лавины могут быть на склонах, крутизна которых более 15°. Причины лавин различны: рыхлость снега в первое время после его выпадения; повышение температуры в нижних горизонтах снега от давления, оттепель. В любом случае лавина обладает огромной разрушительной силой. Мощность удара в них достигает 100 тонн на 1 кв. м. Толчком для начала снежного обвала может быть самое незначительное нарушение равновесия нависших снежных масс: резкий крик, оружейный выстрел. В лавиноопасных местах ведутся работы по предупреждению и отводу лавин. Наиболее часты лавины в Альпах (их называют здесь «белой гибелью» - они могут уничтожить целое селение), Кордильерах, на Кавказе.
Ледники играют большую роль не только в природе, но и в жизни человека. Это величайшее хранилище пресной воды, так необходимой человеку.
Гидрологическое значение ледников
Талые воды горных ледников являются одним из источников питания рек. Доля ледникового питания в общем стоке большинства рек, берущих начало из ледников, относительно невелика и только в непосредственной близости к леднику она может достигать 50% годового стока и иногда несколько превышать эту величину. Остальная часть годового стока этих рек формируется за счет других источников питания, главным образом таяния сезонных снегов, залегающих на поверхности ледника и обрамляющих его склонах. По мере удаления от ледника и уменьшения, степени оледенения речного бассейна доля ледникового питания заметно уменьшается. Тем не менее наличие ледников в речном бассейне создает совершенно своеобразные особенности режима стока и уровней в течение года и оказывает существенное влияние на изменчивость годового стока таких рек, значительно снижая его. Уменьшение коэффициента вариации годового стока происходит главным образом за счет повышения стока в годы с малым количеством осадков, когда доля стока талых вод ледников увеличивается. Реки, в питании которых принимают участие ледники, отличаются растянутым летним половодьем и относительно небольшим колебанием уровней и расходов (тянь-шаньский тип водного режима, по классификации Зайкова). В начале половодья сток таких рек происходит за счет таяния сезонных снегов как на самом леднике, так и на обрамляющих ледник горных склонах. Увеличение расходов воды происходит медленно, что связано с медленным потеплением в бассейне и малыми площадями таяния, а также регулирующей ролью самого ледника. По мере освобождения языка ледника от снежного покрова в питании реки начинают участвовать одновременно талые воды снега и льда. Роль ледникового питания при этом постепенно увеличивается. В зависимости от режима таяния и размера площадей, охваченных одновременно таянием, максимальные расходы в период половодья наблюдаются в июле-начале августа. Спад заканчивается к октябрю. На общем фоне повышенной волны половодья как на подъеме, так и на спаде наблюдаются отдельные паводки. Появление их вызывается сменой погоды и изменением интенсивности таяния. Иногда паводки являются результатом быстрого сброса вод из ледниковых озер или других емкостей в теле ледника, вызванного прорывом ледяных перемычек или морен. Случаи таких паводков наблюдались, например, в 1958 г. на реке Сельдаре, вытекающей из ледника Федченко, и ее верхнем притоке р. М. Танымасс. Иногда паводки достигают катастрофических размеров, вызывают разрушения и сопровождаются человеческими жертвами. Прорывы ледниковых озер известны во многих ледниковых районах (Альпах, Кордильерах, Гималаях, Скандинавии, Каракоруме и др.).
1 Ледники являются резервуаром, в которых на долгие столетия сохраняется вода, и поэтому любое нарушение в функционировании гляциальной среды напрямую отражается на человеческой цивилизации.
2 Ледник создает местный климат, условия которого благоприятствуют морозному выветриванию.
3 Как и проточные воды, ледники производят большую работу поразрушению, транспортировке и переотложению горных пород и созданию характерных форм ледникового рельефа.
Режим ледника – совокупность всех процессов, происходящий на поверхности и в толще ледника, включая изменение его массы, формы, наступание и отступание.
Если аккумуляция в леднике (правая часть уравнения баланса льда) равная абляции (левая часть), то ледник должен быть стабилен. Если аккумуляция превышает абляцию, то ледник должен нарастать и наступать. Если абляция перекрывает аккумуляцию, то масса льда уменьшается, ледник должен деградировать и отступать.
Итак, в период положительного баланса льда ледники должны наступать, в период отрицательного – отступать. Иногда чтобы ледник пришел в движение необходимо некоторое избыточное накопление льда.
Колебания ледников – т.е. режим их наступания и отступания связаны с изменением условия питаня и абляции ледников. Наступание обычно в холодные и влажные периоды, отступание в теплые сухие.
От наступания и отступания ледников, связанных в основном с изменением условий их питания и таяния, следует отличать движение ледников, проявляющееся в перемещении самих масс льда. Благодаря пластичности лед оказывается текучим и под действием силы тяжести и давления медленно перемещается.
Скорость движения ледника определяется формулой:
где h – толщина ледника, I – уровень поверхностного льда, n - коэффициент скорости, остальное – постоянные величины.
По скорости движения ледники можно подразделить на три основные группы.
1. Небольшая скорость 100-200 м/год, мало изменяющаяся в течение года. Большинство горных ледников, ледниковые щиты.
2. Постоянная, весьма большая скорость движения 1-2 км/год и более. Некоторые выводные ледники Антарктиды и Гренландии
3. Пульсирующие ледники, в обычное время имеют незначительные скорости движения, но в отдельные промежутки времени резко ускоряют свое движение.
Роль горных ледников в питании рек в целом невелика.
В среднем, на земном шаре величина ежегодного ледникового питания рек составляет 412км³, т.е. менее 1% объема речного стока равного 41,7 тыс.км³ в областях внешнего стока, и около 1,0 тыс.км³ в областях внутреннего стока.
Вклад ледникового стока в суммарный сток реки и регулирующее влияние ледников на сток тем больше, чем больше относительная площадь оледенения, равная отношению площади, занятой ледниками, к полной площади бассейна реки для данного замыкающего створа. Благодаря аккумулированным в толщах ледника большим массам воды ледники оказывают регулирующее влияние на речной сток.
Многолетнее регулирование стока ледниками заключается в том, что талая вода ледников компенсирует недостаток воды в реках в засушливые годы.
Сезонное изменение стока рек с ледниковым питанием появляется в усилении таяния ледников в теплый, засушливый период года, когда другие источники питании рек истощаются. Кроме того, сам ледник с находящимися на нем полостями, заполненными водой, а также его снежно-фирновая толща, содержащая гравитационную воду, является причиной сдвига максимального стока по отношению к максимальной температуре воздуха. Поэтому на реках с ледниковым питанием максимум стока обычно смещается на вторую половину лета.
Замедленный сток талой воды внутри ледника объясняется малым коэффициентом фильтрации гравитационной воды внутри снежно-фирновой толщи. Этот коэффициент для типичных горных ледников не превышает 5-6 м/сут
Чем больше площадь ледника, тем больше запаздывание между макс температуры воздуха и следующими за ним максимумом таяния и временем поступления талой воды в реку. По Г.Н. Голубеву время достигания
(τ, сут) талой воды с удаленных частей горного ледника к истоку вытекающей из ледника реки связано с площадью ледника (F, км²) зависимостью
τ= 3,81g(F + 1)
Практическое значение ледников – орошение. Так же ледниковые воды идут на водоснабжение расположенных в горах и в предгорьях городов и населенных пунктов. Использует сток ледниковых вод так же гидроэнергетика.
В перспективе возможна разработка приемов регулирования таяния горных ледников, методов транспортировки айсбергов как источников пресной воды для засушливых регионов планеты.
III. Подземные воды.
В каких состояниях встречается в природе вода. Назовите свойства льда. Как изменяется температура воздуха с высотой?
1. Ледники. Снеговая линия.
Если в течение года снега выпадает больше обычного, то он накапливается, уплотняется и превращается в лед.
Постепенно накапливаясь в горах выше снеговой линии, снег, уплотняясь, образует ледники (рис. 80).
Рис. 80. Горный ледник.
Ледники обычно образуются в горах и полярных областях. Известно, что летом, чем выше в горах, тем температура воздуха ниже. (Вспомните, на сколько понижается температура воздуха при подъеме на каждые 100 м.) Высоко на вершинах гор даже в жаркое лето температура воздуха ниже 0°С. В связи с этим выпавший снег не тает, а накапливается. Условная линия, определяющая высоту накопленного в течение года снега, выпавшего в горах, называется снеговой линией или границей снега.
Высота снеговой линии зависит от географической широты, климатических условий территории, направления склонов (солнечная сторона или северная сторона). Эта линия снижается от экватора к полюсам, в горах близ экватора проходит на высоте 4500-5000 м, в тропических широтах - на высоте 5000-6000 м (почему?), в умеренном поясе - на высоте 2500-4000 м, в полярных зонах снижается до уровня моря. От высоты снеговой линии зависит распространение ледников.
2. Горные ледники и покровные ледники.
Ледники занимают 11% территории суши. Есть 2 вида ледников: покровные или материковые и горные ледники. Покровные ледники составляют 98% всей площади ледников земной поверхности. Покровные ледники занимают Антарктиду, Гренландию и некоторые острова Арктики. Например, толщина Гренландского ледника достигает 2000 м. Такие ледники имеют форму щитов и куполов.
На прибрежных частях Антарктиды и Греландии от края покровных ледников откалываются гигантских размеров глыбы льда - айсберги. Их длина иногда превышает 300 км, высота достигает 600-700 м, около 90% его объема обычно находится под водой. Столкновение судна с ним очень опасно. (Какое крупнейшее в то время пассажирское судно потерпело крушение, столкнувшись с айсбергом в начале XX века?) Площадь горных ледников намного меньше, они повторяют форму долины, по которой сползают вниз.
Накопившийся в горах снег выше уровня снеговой линии уплотняется и постепенно превращается в лед. Лед под действием веса спускается вниз и начинает таять. Скорость движения ледников в зависимости от уклона склонов гор и количества льда достигает от нескольких сантиметров до 3 метров в сутки.
Ледники, спустившись с вершин гор ниже снеговой линии, тают, питая горные реки. Несмотря на медленное движение долинных ледников, они переносят обломки горных пород из одного места в другое и накапливают их у края ледников. В нашей стране горные ледники распространены на Тянь-Шане, в Жунгарском Алатау и на Алтае. Самый крупный горный ледник в Казахстане - ледник Корженевского
в Заилийском Алатау. Его длина 12 км.
3. Значение ледников.
Основные запасы пресной воды на поверхности Земли сконцентрированы на ледниках и в вечных снегах. Большинство горных рек берут начало с ледников. Здесь летом малые и большие реки получают необходимую воду и несут ее для орошения земель в засушливые районы.
Ледники занимают особое место в мировом круговороте воды. Накопление большого количества воды в виде ледников имеет огромное значение.
1. Что называется снеговой линией?
2. Как образуются ледники?
3. Как ледники участвуют в мировом круговороте воды?
4. Как на карте обозначают горные ледники?
5. Чем отличаются покровные и горные ледники?
6. Расскажите о значении ледников.
7. Как образуются айсберги?
8. В каких горах Казахстана и почему образуются ледники?
9. Почему в Сарыарке нет ледников?
10*. Объясните причины того, что снеговая линия гор тропических широт находится выше, чем в горах экваториального пояса.
Ледники влияют на климат, создают специфические ледниковые формы рельефа и неповторимые по красоте и суровости нивально-гляциальные высокогорные ландшафты. Они служат «кладовыми» пресной воды, в которых сосредоточено почти 69% мировых запасов резервной пресной воды. Таяние ледников формирует значительную часть речного стока в горных районах, особенно летом, когда вода нужнее всего для орошения сельскохозяйственных культур. Например, в Средней Азии, где ледники занимают всего 5% площади, их доля в речном стоке составляет за год 20%, а летом - 50%.
Существуют проекты форсированного таяния ледников, например, в результате зачернения их поверхности угольной пылью, с целью получения большего количества воды. Однако пока неясны прямые и косвенные последствия (в том числе экологические) таких проектов. Существует опасность необратимой деградации ледников.
Более реальными кажутся проекты водоснабжения аридных районов и стран, например, Саудовской Аравии, путем транспортировки и последующего использования талой воды айсбергов.
Гидрологическая роль ледников заключается в перераспределении стока атмосферных осадков внутри года и в сглаживании колебаний годовой водности рек. Для водохозяйственной практики России особый интерес представляют ледники и снежники горных районов, определяющие водность горных рек.
Современное оледенение
Основная площадь современного оледенения (более 56 тыс. км 2) находится на арктических островах, что объясняется их положением в высоких широтах, обусловливающим формирование холодного климата. Нижняя граница нивальной зоны опускается здесь почти до уровня моря. Оледенение сосредоточено в основном в западных и центральных районах, где выпадает больше атмосферных осадков. Для островов характерно покровное и горно-покровное (сетчатое) оледенение, представленное ледниковыми щитами и куполами с выводными ледниками. Самый обширный ледниковый покров расположен на Северном острове Новой Земли. Длина его по водоразделу составляет 413 км, а наибольшая ширина достигает 95 км (Долгушин Л.Д., Осипова Г.Б., 1989). Остров Ушакова, лежащий между Землей Франца-Иосифа и Северной Землей, представляет собой сплошной ледниковый купол, края которого обрываются к морю ледяными стенами высотой от нескольких метров до 20-30 м, а на острове Виктории, расположенном западнее Земли Франца-Иосифа, свободен ото льда лишь небольшой участок пляжа площадью около 100 м 2 .
При движении к востоку все бульшая часть островов остается свободной ото льда. Так, острова архипелага Земли Франца-Иосифа почти сплошь покрыты ледниками, на Новосибирских островах оледенение характерно лишь для самой северной группы островов Де-Лонга, а на острове Врангеля покровного оледенения нет - здесь встречаются лишь снежинки и небольшие леднички. Большинство снежно-ледовых образований представляют собой многолетние снежники с ядрами инфильтрационного льда.
Толщина ледниковых покровов арктических островов достигает 100-300 м, а запас воды в них приближается к 15 тыс. км 3 , что почти в четыре раза больше годового стока всех рек России.
Оледенение горных областей России и по площади, и по объему льда значительно уступает покровному оледенению арктических островов. Горное оледенение характерно для наиболее высоких гор страны - Кавказа, Алтая, Камчатки, гор Северо-Востока, но встречается и в невысоких горных массивах северной части территории, где снеговая граница лежит низко (Хибины, северная часть Урала, горы Бырранга, Путорана, Хараулахские горы), а также в районе Маточкина Шара на Северном и Южном островах Новой Земли.
Многие горные ледники лежат ниже климатической снеговой границы, или «уровня 365», на котором снег сохраняется на горизонтальной подстилающей поверхности в течение всех 365 дней в году. Существование ледников ниже климатической снеговой границы становится возможным за счет концентрации больших масс снега в отрицательных формах рельефа (часто в глубоких древних карах) подветренных склонов в результате метелевого переноса и схода лавин. Разница между климатической и фактической снеговой границей измеряется обычно сотнями метров, но на Камчатке превышает 1500 м. Площадь горного оледенения России немногим превышает 3,5 тыс. км 2 . Наиболее широко распространены каровые, карово-долинные и долинные ледники. Большая часть ледников и площади оледенения приурочена к склонам северных румбов, что обусловлено не столько условиями снегонакопления, но и большей затененностью от солнечных лучей (инсоляционными условиями). По площади оледенения среди гор России первое место занимает Кавказ (994 км 2). За ним следует Алтай (910 км 2) и Камчатка (874 км 2). Менее значительное оледенение характерно для Корякского нагорья, хребтов Сунтар-Хаята и Черского. Оледенение других горных районов невелико. Самыми крупными ледниками России являются ледник Богдановича (площадь 37,8 км 2 , протяженность 17,1 км) в Ключевской группе вулканов Камчатки и ледник Безенги (площадь 36,2 км 2 , протяженность 17,6 км) в бассейне Терека на Кавказе. Ледники чутко реагируют на колебания климата. В XVIII - начале XIX вв. начался период общего сокращения ледников, который продолжается и поныне. В настоящее время большинство ученых считает, что на территории России прослеживаются следы трех ледниковых эпох в плейстоцене: миндельской (или окской) - ранний плейстоцен; рисской (днепровской с московской стадией) - средний плейстоцен; вюрмской (валдайской) - поздний плейстоцен (см. рис. 1).
