Гляциология — наука о ледниках

Перед нами ледник и наша задача — с ним познакомиться. Казалось бы, нет легче задачи у географа. Ведь ледник — это не лес со всякими там деревьями, кустарниками, почвами и сотнями видов обитателей, к которым обращаешься с вопросом «кто?»; это даже не облако, которое может метать громы и молнии, а может их и не метать, это всего навсего большой кусок льда. А тот, что служит нам объектом ежегодных обследований, — даже не очень большой: километр в длину да метров четыреста в ширину.

Это ледник Обручева на Полярном Урале. Обмерить его вдоль и поперек, посмотреть, куда и как быстро он ползет, сколько снега выпадает на него зимою, сколько льда тает летом, увеличивается он или уменьшается. И все. Почти лабораторный эксперимент. Увы, не так-то все просто. К сожалению, наша лаборатория не запирается на замок. Приезжайте на следующий год — все добытые цифры уже устарели, у ледника не та длина и не та ширина, он уже не растет, а сокращается… И не всегда можно объяснить, почему это так.

Отчасти мы бессильны в своих прогнозах потому, что к ледникам долгое время относились потребительски; занимались ими лишь гидрологи. Нужно было знать, сколько воды получают и будут получать реки, питающиеся с гор. Сам же ледник оставался «вещью в себе». Специальная отрасль знаний — гляциология — и возникла всего столетие назад. Потому сведения о ледниках были в основном описательными. Между тем в современном своем виде это наука сложная.

Льдом, как известно, занимается физика твердого тела и минералогия. Льдом, составляющим часть планеты Земля, — геофизика, льдом — горной породой, к тому же весьма активной — геология. Льдом — преобразователем земного рельефа — геоморфология. Льдом — продуктом климата — климатология. Льдом — источником речной воды — гидрология. Перечень на этом не кончается… География, точнее, ее отпрыск — гляциология, должна объединить эти многие лики ледника в одно лицо, а математика и современная методика экспериментов сделать научный портрет его похожим на действительный облик. Подобный, кстати, «бригадный» метод познания типичен для наук о Земле.

Придали такой современный вид гляциологии последние полтора десятилетия. Но никаких революций здесь пока не произошло. Жизнь ледников до сих пор полна загадок, правда, кое-что в ней уже приоткрывается нам.

Наши подопечные, ледники Полярного Урала, служат науке природными моделями; стаж их служения, правда, еще очень невелик. Лишь недавно, лет тридцать назад, было вообще признано их существование; до тех пор считалось, что ледников на таких низких горах, как Урал, не может быть, так как линия вечных снегов, а значит, и зона образования ледников даже над Полярным Уралом не опускается ниже полутора километров.

А тут вдруг на каких-нибудь пятистах метрах над уровнем моря обнаружилась семья крошечных, абсолютно настоящих ледничков, будто специально созданных для нужд экспериментальной гляциологии.

Полноправность их пребывания на такой высоте сейчас убедительно обоснована тем, что здесь, на Севере, в глубоких карах и котловинах снега за зиму наметается так много, что он не успевает таять за короткое лето. Скопившись, он прессуется в фирн. Для рождения любого ледника этого достаточно, будь он величиной в полкилометра или в тысячи километров и просуществуй он потом десяток лет или десяток тысячелетий. Рождаясь из отложений снега в своих верховьях, он начинает медленное неотвратимое движение вниз, к своей гибели.

Не очень даже ясно, как назвать это движение: ученые долго спорили и еще спорят о том, каким образом движется ледник — течет ли он, ползет или слои его скользят по дну и друг по другу. Еще в 1830 году знаменитый «ледовед» Агассиц доказал, что ледник в своей середине движется быстрее, чем по краям. Через шестьдесят лет другой гляциолог, Рид, обнаружил, что векторы скоростей к тому же не параллельны поверхности; в своих верховьях ледник как бы прижимается к земле, а у языка он намерен оторваться от своего ложа. Эти наблюдения касались только поверхности. Передвижение льда на глубине проследить было труднее, и механизм его в общих чертах стал ясен лишь в последние пятьдесят лет. Помогла в этом металлургия. Выяснилось, что лед ведет себя, как и всякое поликристаллическое твердое тело (например, металл), близкое к точке плавления, другими словами — в глубине ледника лед пластичен. Некоторые опыты подтверждают такой вывод, но далеко не все гляциологи в нем уверены.

С этим выводом связан и другой — ледник не монолит. Каждый его кристалл движется сам по себе, находясь в то же время в сложных отношениях с соседями, составляя с ними единое целое. Предстоит до конца раскрыть принципы поведения этого целого, и мы участвуем в этом расследовании.

Вот, скажем, на поверхность ледника падает снежинка. Что с нею будет дальше? Растает ли она? Попадет ли вглубь и станет частицей многолетнего льда? Пропутешествует ли со льдом до языка? Сколько времени ей на это потребуется? Баран, найденный в 1933 году Битти и Харуэллом на леднике Ляйелл в Иосемитском национальном парке (США) и ныне известный всем гляциологам, попав в трещину в верховьях ледника, пропутешествовал, как показывают расчеты, до его языка вместе со льдом за двести пятьдесят лет. Нам иосемитского барана заменяют вешки, расставленные с определенной частотой и в определенном порядке, они делают зримой жизнь ледниковой поверхности.

В мировой гляциологии сейчас несколько математических моделей динамики ледников. Но слишком еще мало практических исследований, которые бы показали, какая из моделей ближе к истине. Насколько же истинная картина необходима, становится особенно очевидным, когда загадки, загадываемые ледниками, приходится решать в срочном порядке.

Всем известны причуды «скачущего» ледника Медвежьего на Памире. Несколько лет он медленно и равномерно ползет по долине в соответствии со всеми законами механики, потом вдруг выбрасывает свой язык вперед на целые километры, стремительно захватывает новую территорию, угрожая Банчской долине потопами, селями и прочими бедствиями, а затем вновь замирает до следующего рывка, а язык его стаивает.

Медвежий — не единственный «скачущий» ледник. Такое явление оставалось долго незамеченным потому, что люди редко живут в непосредственном соседстве с ледниками.

Наш главный подопытный — ледник Обручева — ничем таким не примечателен. Он ведет себя «по правилам», тем удобнее на нем с этими правилами познакомиться. Начали мы с малого — с регулярных стереофотометрических съемок поверхности ледника и точных измерений координат движущихся с нею точек — вешек. Тут уместно повторить старую истину о том, что будничная работа в науке выглядит по своей дотошности занудно. Но вот наложенные друг на друга карты — результаты съемок и измерений — показали нам, что размеры, форма и масса ледника испытывают колебания со сложным частотным спектром. Как огромная амеба, ледник то распластывается, то собирается в комок, то вытягивается вперед, то поджимается.

Но в отличие от амебы он меняет и свою массу. Такой факт уже скучным не назовешь. Вот такая картина. Пока известно только самое общее толкование ее — изменения климата. В нашей власти рассмотреть и самые первые звенья в цепи климат — ледник: прибыль убыль массы ледника за счет осадков и таяния, что мы и делаем. Остальная часть цепи отношений ледников с климатом остается почти непознанной, ибо отношения эти очень сложные.

Известно, что с начала XVIII века до пятидесятых годов XIX ледники мира наступали. Это время даже назвали малым ледниковым периодом. С шестидесятых годов XIX века они начали отступать. А дальше? Как предсказать нам это наперед?

Отступание горных ледников вовсе не обозначает однозначно потепление климата. Ледник может питаться и таять быстрее или медленнее по сотням причин, действующих не по отдельности, а в совокупности. К тому же на каждый конкретный ледник влияет не климат вообще, а микроклимат в месте его нахождения. Даже в одном и том же районе один ледник может увеличивать свою массу, а его сосед в это же время начнет «худеть».

А кроме того, хотя климат, по мнению специалистов, — главный виновник изменений ледника, но и сам климат испытывает определенные влияния со стороны ледников. Поэтому один ледник — и даже сотня их — в отдельности не может служить термометром земного шара, а тем более не поможет предсказать, что станет с земным климатом в будущем. Другое дело — математическая модель их типичного поведения: она должна помочь определить, живем ли мы между малым и большим ледниковыми периодами, как утверждают многие ученые, или он вовсе кончился.

Но расчет поведения ледника по его математической модели требует знаний, которые могут быть получены только из наблюдений. Материалы наших наблюдений (кстати, уникальные, в чем нам помог объект исследований, очень уж нетрудно обмерять его), так вот, материалы наблюдений нескольких лет за переменами на поверхности ледника и движением льда способствуют выяснению сути механизма колебаний ледника.

Первый этап анализа уже дал результаты, и очень любопытные. Выяснилось, например, что граница между областью питания ледника, то есть площадью, где собирается пополняющий ледник снег, и той областью, где ледник теряет свою основную массу, даже при значительных колебаниях внешних условий (скорости питания и таяния) устойчиво сохраняет свое «плановое положение».

Другой наш вывод подтверждает классическое представление о леднике как о потоке льда, вопреки более поздним гипотезам о скольжении и жестком вращении. Движение льда ледника Обручева, по нашим наблюдениям — квазивязкое течение.

Четко разграничив колебания ледника, объясняющиеся его «личной» жизнью (то есть процессами, протекающими в самом леднике и на его дне), и те, что вызваны в основном изменениями снеговой нагрузки на него и скоростью таяния, мы установили, что ледник очень чутко, практически мгновенно реагирует колебаниями скорости на колебания массы. Этот физически объяснимый и, казалось бы, очевидный факт до сих пор оставался незамеченным.

Наши наблюдения сами по себе настолько сложны, что требуют продолжения. Их нужно продолжить на других ледниках. Без этого невозможна математическая модель поведения ледника — основа прогноза.

Автор: Д. Цветков.