<<
>>

5.4. Криосфера

Криосфера — прерывистая и непостоянная по конфигурации оболочка Земли в зоне теплового взаимодействия атмосферы, гидросферы и литосферы с отрицательными или нулевыми температурами, при которых вода находится в твердой фазе (лед, снег, иней, мерзлота) или в переохлажденном состоянии.

Вода в твердом состоянии представляет собой кристаллизующийся минерал — лед, наличие которого в литосфере, гидросфере и атмосфере придает им новые качества и позволяет выделить особые сферы (зоны): криолитосферу — зону мерзлых горных пород, криогидросферу — зону морских льдов, хионосферу — зону отрицательных температур в атмосфере. Следовательно, криосфера занимает особое место среди и внутри геосфер и может рассматриваться самостоятельно, но фактически это определенное состояние частных геосфер.

Распространение криосферы (рис. 5.14) тесно связано с природными условиями различных районов — суровой Арктики и Антарктики, высокими горами и равнинами полярных областей, где резко континентальный климат становится причиной превращения подземных вод в лед вечной мерзлоты. Для криосферы характерна глобальная дисимметрия, когда в районах с холодным морским климатом или влажным континентальным образуются льды наземные (ледники), а в районах холодного сухого континентального климата — льды подземные.

Ледяной покров. Современное оледенение включает: оледенение поверхности суши и верхних горизонтов земной коры и ледяной покров гидросферы — плавучие (пресноводные и морские) льды. Лед следует рассматривать как природный материал, который в течение сезонов года непрерывно меняет свои свойства. Даже в одном и том же географическом районе, на одном и том же месте лед осенью и весной настолько различен по своим физико-механическим свойствам, что представляет собой разные физические тела. В природе встречается только одна обычная фаза замерзшей воды — лед I.

Кроме нее существуют пять других устойчивых и одна неустойчивая разновидности льда (по другим источникам, на Земле существует 14 различных типов льда). Однако они появляются лишь при огромном давлении и могут быть получены только в лабораторных условиях.

Рис. 5.14. Криосфера земного шара (Мир географии, 1984): 1 — область многолетнемерзлых горных пород и ледяных покровов; 2 — области систематического сезонного промерзания почвы; 3 — области кратковременного и несистематического промерзания почвы; 4 — области, лишенные промерзания почвы

Льды суши встречаются в форме временных (сезонных) образований, появляющихся в холодное время года, и в виде многолетнего ледяного покрова, включающего наземные, плавучие и сползающие с берега шельфовые ледники, а также подземные льды в районах вечной мерзлоты. Общая площадь многолетних и сезонных снегов составляет 115 млн км2, или 22 % земной поверхности. При современных климатических условиях квазипостоянный ледяной покров суши состоит преимущественно из ледников.

Ледники покрывают примерно 10% всей площади суши, причем 11% ледникового льда находится в Гренландии, 85,6% в Антарктиде и только 3,4% в горных и субполярных районах. Однако эти относительно небольшие площади ледяной суши в горах играют огромную роль в жизни планеты и людей. В период максимального распространения ледников — плейстоценовую эпоху оледенения они занимали 32% суши. Точно подсчитать общий объем льдов суши невозможно, так как данных о толщине антарктического ледникового щита еще недостаточно, тем более что антарктические исследования постоянно дают гляциологам новый материал. Один из таких «сюрпризов» связан с открытием на южном континенте вблизи станции «Восток» подледного озера на глубине около 3730 м. Здесь же расположена наиболее глубокая скважина, к 1998 г. достигшая 3623 м. Анализ керна льда показал его сложное строение, различный характер загрязнения и накопление в течение почти полумиллиона лет (рис.

5.15). Разбуривание ледникового покрова Гренландии показало в целом сходную картину строения льдов и изменения их основных характеристик.

По оценке Р. Флинта, объем современных ледников составляет 24?106 км3. Если распределить этот объем равномерно по поверхности суши, она окажется под ледяным покровом толщиной 182 м. Подсчитано, что таяние этих льдов поднимет уровень Мирового океана на 50—60 м и приведет к затоплению примерно 20 млн км2 суши. Общий объем льдов на Земле в 32 раза превышает массу всех поверхностных вод суши. Мощность льда в ледниковых щитах, по данным дистанционного зондирования, иногда достигает 3400 м и более (Гренландия, Антарктида).

Практически все горы мира охвачены современным оледенением. Распространение ледников подчиняется широтной географической зональности и высотной поясности, поэтому в зависимости от географической широты ледники находятся на разной абсолютной высоте. Все ледники испытывают движение, и их размеры изменчивы во времени. Перемещаясь под действием силы тяжести, ледники и вмерзшие в них породы производят огромную разрушительную работу — экзарацию (выпахивание) поверхности горных пород, транспортируют продукты разрушения горных пород и отлагают перенесенный материал — морены.

Рис. 5.15. Данные ледяного керна из скважины на станции «Восток» и глубоководных отложений за четыре климатических цикла (по В.М.Котлякову, 2000): 1 — вариации ?18О (стандартное отклонение) по данным колонок глубоководных отложений; б — содержание дейтерия (?D) в ледяном керне; в — содержание СО2 во льду; г — содержание пылеватых частиц в ледяном керне; д — электропроводность льда, выраженная в относительных единицах как бегущее среднее за 3 м. Цифрами обозначены морские стадии

Вечная мерзлота — это часть земной коры, которая характеризуется средней нулевой или отрицательной температурой. Площади, занятые вечной мерзлотой, составляют 21 млн км2, или 14% суши.

Из них только 4,7% находится в Южном полушарии, а 95,7 % расположены в Северном, главным образом, на северо-востоке Евразии, в Канаде, на островах Арктики и в Гренландии. Объем подземных льдов оценивается в 0,2 млн км3. Максимальной мощности (1500 м) слой вечной мерзлоты достигает в верховьях р. Мархи (приток Вилюя).

Мерзлые грунты, как и ледники, отражают не только современные климатические условия, но и обстановку прошлых эпох. Обладая большой инерцией, они сохраняются некоторое время даже при потеплении климата.

Плавучие льды. Образование плавучего льда довольно драматическое событие в жизни природы, поскольку замедляется обмен между океаном и атмосферой, происходящий обычно через поверхность двух сред — жидкой и газообразной.

Плавучий лед образуется при охлаждении воды ниже точки замерзания, которая различна для пресной и морской воды. С понижением температуры плотность воды увеличивается, и, опускаясь, холодная вода вытесняет более теплую к поверхности. Такой процесс называется конвекцией. Если охлаждение продолжается, то мощность смешанного слоя будет увеличиваться. Когда поверхностный слой воды охладится до точки замерзания и перестанет опускаться, начнется льдообразование. Другим условием образования льда является наличие ядер кристаллизации, вокруг которых идет интенсивное нарастание льда. По мере роста ледяные кристаллы смерзаются друг с другом и образуют пластичный слой льда.

По своим физическим и механическим свойствам морской лед отличается от пресноводного, что обусловлено соленостью морской воды. Соленость льда колеблется от 0 до 15‰, составляя в среднем 3—8‰. По шкале твердости минералов твердость пресного льда при 0°С близка к твердости каменной соли, при -30°С равна твердости плавикового шпата и его не берет даже стальная пила.

Плавучие льды классифицируют по: происхождению (морские, речные, или выносимые в море, и материковые, или глетчерные), типу (ледяные иглы, сало, снежура, шуга, нилас и др.), возрасту (начальные стадии образования, молодые и многолетние, или паковые — опресненные льды возрастом более двух лет, мощность которых около 2—2,5 м).

Особое место в этом подразделении занимают айсберги, которые формируются на суше. Хотя лед представляет собой твердое тело, он все же медленно течет и от сползающего ледника на линии берега периодически откалываются огромные блоки. Поскольку плотность льда составляет около 90% плотности морской воды, айсберги остаются на плаву. Приблизительно 3/4 объема айсберга находится под водой. После своего образования айсберги увлекается океаническими течениями, выносятся в более низкие широты и постепенно тают. Наибольшее впечатление производят антарктические айсберги, которые по сравнению со своими северными собратьями обладают огромными размерами. Число айсбергов обоях полушарий меняется по годам.

Распределение льдов в Мировом океане следует закону географической зональности, поэтому основными ледовыми районами являются полярные и приполярные области северного и южного полушарий.

В Северном Ледовитом океане льды сохраняются в течение всего года и находятся в постоянном движении. Средняя граница льдов в Северной Атлантике проходит несколько южнее 72° с.ш., но ее истинное положение зависит от месяца года и гидрометеорологических условий. Наибольшего развития ледяной покров в Северном полушарии достигает в марте, когда общая площадь, занятая льдами, составляет около 16,4 млн км2. К концу лета она сокращается вдвое. В летний сезон южные акватории арктических морей частично освобождаются ото льда и становятся судоходными. Арктические льды выносятся в Атлантический океан через пролив между Гренландией и Шпицбергеном, а также проливы Канадского архипелага. Помимо плавучих льдов в районе Гренландии, северного побережья Канады и Ньюфаундленда часто встречаются айсберги. Большая их часть зарождается на побережье Гренландии, севернее 68°30' с.ш., где всего лишь сто ледников продуцируют около 15 000 айсбергов ежегодно. Отдельные арктические айсберги достигают 35° с.ш.

Ледяное кольцо вокруг Антарктиды имеет ширину от 280 до 1100 миль (1 морская миля равна 1852 м).

Средняя граница распространения льдов в Южном полушарии проходит около 59° ю.ш., однако ее истинное положение также зависит от гидрометеорологических условий и сектора Южного океана: индийского, тихоокеанского, атлантического. Антарктида — страна льда. Колоссальные ледники сползают к урезу воды, формируя своеобразные ледяные берега Южного океана. Занимаемая антарктическими айсбергами площадь составляет в среднем за год около 62,5 млн км2. Основная масса морских льдов формируется в морях Уэддела, Беллинсгаузена и Росса, откуда под действием течений и ветров они переносятся к северу.

Гибель суперлайнера «Титаник» в ночь с 14 на 15 апреля 1912 г. продемонстрировала, какую угрозу навигации могут представлять айсберги. Наблюдения за ледовой обстановкой и обнаружением айсбергов осуществляют Международный ледовый патруль и национальные службы ряда стран. Ареалы распространения льдов постоянно отслеживаются и картируются.

Роль ледяного покрова. Вода в твердом состоянии также играет важную роль в реализации влаго- и теплообмена земной поверхности. Во-первых, ледяной и снежный покровы участвуют в энергетическом бюджете Мирового океана. Вода — хороший поглотитель солнечной энергии, а лед, в особенности пресный, и снег — очень хорошие отражатели. Если чистая вода поглощает около 80 % поступающей радиации, то морской лед может отражать до 80 % и более. Вследствие этого суша и океаны получают меньше солнечной радиации, так как значительная часть ее отражается ледяной поверхностью. Во-вторых, образование морского льда в значительной мере уменьшает взаимодействие океана с атмосферой, задерживая распространение конвекции в глубь океана. В-третьих, прямые и рассеянные лучи Солнца легко проходят через ледяной покров и, достигая верхнего слоя воды, почти целиком поглощаются. Обратной отдачи подледной водой тепла в атмосферу не происходит, так как лед задерживает длинноволновое излучение и создает, подобно стеклу, парниковый эффект. Перенос тепла должен осуществляться уже через лед — весьма плохой проводник тепла. Благодаря этому лед не только предохраняет лежащие под ним слои воды от охлаждения, но и способствует их нагреванию. В-четвертых, в покрытых льдом полярных областях процессы переноса тепла и скрытой теплоты парообразования, важнейшие в тепловом балансе океана, фактически останавливаются. В итоге разность температур атмосферы между тропиками и полярными областями резко увеличивается. Это приводит к более энергичной циркуляции в глобальной системе ветров, что, в свою очередь, обусловливает более мощный атмосферный теплоперенос к полюсам.

<< | >>
Источник: Ю. П. Селиверстов, А. А. Бобков. Землеведение: Учеб. пособие для студ. вузов. 2004

Еще по теме 5.4. Криосфера:

  1. 4.1. Понятие о географической оболочке как объекте землеведения
  2. 5.4. Криосфера
  3. 5.8. Антропосфера
  4. ПЕРЕЧЕНЬ ПЕРИОДИЧЕСКИХ НАУЧНЫХ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДАНИЙ,ВЫПУСКАЕМЫХ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ, В КОТОРЫХРЕКОМЕНДУЕТСЯ ПУБЛИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВДИССЕРТАЦИЙ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИДОКТОРА НАУК
  5. 2Л. АТМОСФЕРА2.1 Л. Строение и состав атмосферы