5 лет назад
Нету коментариев

Рассматривая океан и атмосферу во взаимодействии, нельзя забывать и о поверхности материков, так как и они энергично участвуют в обмене теплом с атмосферой, а различия в тепловом режиме толщи океанических вод и поверхностного слоя материков, связанные с различием их физических констант и характеристик, создают различия характеристик климата над ними, рождают звенья общей циркуляции атмосферы.

Но если необходим учет теплового взаимодействия атмосферы с поверхностью обычного материка, то тем более это необходимо в случае крупного оледенения. Оледенение по существу всей толщей участвует в теплообмене с атмосферой. Кроме того, и это главное, между атмосферой, океаном и оледенением в процессе их взаимодействия происходит сложный обмен масс, за­ключающийся в перераспределении между ними воды, сопровождающийся фазовыми переходами ее во все состояния (жидкое, твердое и парообразное). Вода, испаряясь с поверхности океана, поступает в атмосферу. Перенесенная в таком состоянии на материк, она выпадает в виде осадков и накапливается на поверхности в виде снега и льда. Лед, растекаясь под действием силы тяжести, обламывается у краев оледенения и в виде айсбергов уносится в океан, где снова переходит в жидкую фазу. Так замыкается обмен в процессе взаимодействия системы океан — атмосфера — ледяной материк.

Здесь была описана лишь общая схема обмена. В действительности она сложнее: часть испарившейся из океана воды в виде осадков выпадает обратно на его поверхность; в прибрежной зоне часть льда испаряется в атмосферу, часть тает, стекая в океан, а часть твердых осадков переносится ветрами по поверхности и сбрасывается на побережье в воду.

Именно эта сторона взаимодействия океан —атмосфера — оледенение оказывается особенно сложной для изучения, так как определение статей массового или вещественного баланса является чрезвычайно трудной задачей. Рассмотрим в качестве примера основные из этих статей. По первым наблюдениям в Антарктиде предполагалось, что на ее поверхности накапливается за год от 70 до 100 мм осадков. Более поздними наблюдениями было установлено, что скорость питания оледенения значительно меньше и для большинства районов материка составляет 50— 60 мм в год. При этом считается, что 30 мм из них дает кристаллизация влаги из воздуха, 15—20 мм выпадает за счет образования изморози и 10—15 мм в виде осадков из воздушных масс, движущихся на материк с океана. Говоря так, имеют в виду вторжение циклонов на материк — явление, как нам уже известно из схемы циркуляции воздуха над Антарктикой, не частое и главное охватывающее лишь прибрежные, а не центральные районы материка. Влага, выпадающая на поверхность в результате кристаллизации и изморози, есть влага, доставленная во все районы материка с моря, но уже основными потоками циркуляции муссонного типа.

Новые определения показали, что снос снега с поверхности в океан, осуществляемый ветрами, в десять раз меньше того, который определили по первым наблюдениям, и составляет 662 тыс. т в год с погонного километра побережья или 9-109 т в год со всего материка.

Основная статья расхода оледенения — откалывание айсбергов — до сего времени определена лишь приблизительно.

И без того трудная задача о режиме оледенения осложняется еще двумя обстоятельствами: изменением высоты уровня океана и вертикальными перемещениями как самого материка, так и его скального основания под действием меняющейся ледовой нагрузки. Эти явления не могут не влиять на общую судьбу оледенения.

Современный режим полярных областей планеты позволяет утверждать, что для образования мощного оледенения необходимо основное условие: наличие в полярных областях планеты материка или крупного архипелага островов, окруженных водами океана. Именно в таких условиях может возникнуть циркуляция воздуха, переносящая влагу с моря на материк, где она имеет возможность накапливаться, выпадая в виде твердых осадков. Доказательством этого является оледенение Антарктиды, оледенение Гренландии и отсутствие таковых в районе Северного полюса и в полярных областях Евразийского и Американского материков. Не исключена возможность, что и периодические ледниковые эпохи северного полушария были связаны не только с изменением общего теплового баланса планеты, но и с геологическими причинами, приводившими к изменению лика Земли.

Некоторые исследователи считают, что оледенение в Антарктике начало формироваться в среднем плиоцене. Но существует также мнение, относящее начало формирования этого оледенения к началу плейстоцена. Как же происходил процесс формирования ледникового покрова? Считают, что он начался, в первую очередь, одновременно на всех возвышенностях материка и островов, находящихся к югу от 65-й параллели. Нижние части горных ледников постепенно сливались в долинах, образуя сплошной многокупольный ледниковый покров суши. В дальнейшем, как предполагается, слияние куполов происходило в следующем порядке. Первыми слились Восточно-Антарктический купол и купол Элсуэрта. Потом к ним стали присоединяться другие купола, и последним к единому оледенению Антарктиды присоединился купол Мэри Бэрд.

Даже поверхностные наблюдения в прибрежной зоне Антарктиды показывают, что оледенение в прошлом здесь было более мощным. Это свидетельствует о том, что размеры оледенения Антарктиды в некоторый период времени сократились. Штриховка на сглаженных движением ледника скальных глыбах, остатки морен — «берегов» — и переднего вала каменных обломков бывших ледников, валуны, принесенные ими и сейчас лежащие на высоте нескольких сотен метров над уровнем моря на скальных обнажениях, вершинах оазисов и прибрежных островах, не оставляют в этом никакого сомнения. Подтверждают это и подводные валы, видимо, моренного происхождения, обнаруженные на расстоянии от 80 до 200 км от современного края оледенения. О смещении края оледенения и к северу и к югу в далеком прошлом свидетельствует и чередование соответствующих форм морских отложений, обнаруженное в геологических пробах, взятых со дна океана в прибрежной его полосе.

По наблюдениям за следами древнего оледенения, проведенным в местах выхода отдельных скал и вершин, было установлено, что в районах, близких к центральным, уровень его находился на 60 м выше, чем теперь. Именно следы, оставленные оледенением на нунатаках, позволили оценить положение его поверхности в далеком прошлом. Такие же наблюдения в прибрежной полосе показали, что поверхность оледенения находилась выше современного на 200—300 м, а в некоторых местах (залив Мак-Мердо) на 1500 м. Все современные оазисы в те времена находились, естественно, подо льдом. На северной оконечности Антарктического полуострова мощный ледниковый наземный покров продолжался в океан обширным шельфовым ледником, охватывавшим все многочисленные прибрежные острова и западную группу Южных Шотландских островов. Ледниковый покров морей Росса и Уэдделла доходил до дна этих морей. Считается, что площадь древнего оледенения в пору его максимального развития была на 25% больше площади современного, т. е. на 3,5 млн. км2, а по объему на 12 млн. км3, т. е. на 40—50%.

Сокращались ли размеры оледенения в прошлом по сравнению с современными? Об этом удается судить по исследованной структуре донных морских осадков. Результаты наблюдений показали, что отступление оледенения к югу могло иметь место в прошлом, но далеко не столь значительное по сравнению с распространением его на север. Сведения о размере и времени изменения площади оледенения весьма скудны. По некоторым данным, можно предположить, что таковые происходили на протяжении последних 1 млн. — 300 тыс. лет, причем приблизительно синхронно с изменениями климата в северном полушарии. Предполагают, что последнее сокращение площади оледенения Антарктиды происходило от 15 тыс. до 6 тыс. лет назад.

На побережье залива Мак-Мердо были обнаружены следы повторных наступлений и отступлений ледников. Считают, что их было четыре. Таким образом, синхронность с режимом оле­денений в других областях земного шара и разнообразие местных изменений в различных районах побережья характерно для режима оледенения Антарктиды.

В отличие от оледенений в других областях Земли, претерпевших существенные изменения за последние 15 тыс.— 6 тыс. лет, оледенение Антарктики в этот период менялось незначительно и неравномерно.

По наблюдениям, проведенным в последние несколько десятилетий, оказывается, что край наземного оледенения в одних местах побережья Антарктиды остается стационарным, в других медленно отступает и утоньшается. За этот же срок нигде не было обнаружено случая роста ледникового покрова. Уменьшение толщины края оледенения характеризуется, например, такими цифрами. На острове Короля Георга за 12 лет толщина ледникового покрова уменьшилась в среднем на 5,75 м, в районе горы Гауса на Земле Вильгельма II в среднем на 8 м за 55 лет. Граница льдов в море Росса после продвижения на север заняла современное положение около 4 тыс. лет назад. Хотя по очень скудным наблюдениям считают, что режим края плавучего ледникового покрова очень разнообразен в различных районах побережья, но в среднем бюджет льда в нем отрицательный, т. е. край отступает на юг.

Основными условиями, от которых зависит режим оледенения, как уже известно, являются: климат, изменения уровня Мирового океана, вертикальные перемещения материка. При этом считают, что общее расположение материков и океанов сохраняется.

Как же изменялись эти условия в прошлом?

Принято считать, что уровень океана в конце плиоцена был на 200 м выше современного. В ледниковые эпохи он понижался на 100—150 м, поднимаясь в межледниковые до 100 м. В «малый ледниковый период» уровень океана был на 1—4 м ниже современного. В наше время наблюдаются повышение уровня океана от 2 до 4 мм в год.

Об очень древних вертикальных перемещениях материка Антарктиды ничего не известно. Поднятие, вызванное уменьшением ледовой нагрузки, произошедшее в результате сокращения пло­щади оледенения 15 тыс.— 6 тыс. лет назад, предположительно продолжается и сейчас. Морские террасы, обнаруженные в заливе Мак-Мердо и на Берегу Бадда, относящиеся по времени к голоцену,— свидетельство поднятия материка в этот период. Средняя скорость поднятия за промежуток времени от 2 тыс.— 6 тыс. лет до настоящего времени оценивается приблизительно в 1,7—4 мм/год.

Менялся со временем и климат. Считают, что в четвертичном периоде, в ледниковые эпохи, климат был холоднее и суше современного. Температура и влажность воздуха, по предположению, становились выше и больше в межледниковые эпохи. Сейчас среднегодовая температура на Южном полюсе равна —49° С. По расчетам, она опускалась в ледниковые эпохи до —110° С и поднималась в межледниковые до —30° С.

Есть некоторые данные, свидетельствующие о потеплении климата Антарктики и в наше время. Так, температура на глубине затухания сезонных колебаний в толще льда, измеренная на станции «Литл-Америка» в Китовой бухте с 1911 до 1958 гг., повысилась на 2,6° С, на Земле Королевы Мод в районе бельгийской станции «Король Бодуэн» аналогичными наблюдениями установлено повышение температуры, близкой к средней годовой, на 2° С за период с 1933 по 1958 гг. Такие же изменения наблюдались и в других пунктах побережья Антарктиды. Отсутствие наблюдений за среднегодовой температурой даже в недалеком прошлом во внутренних областях материка (первые такие наблюдения были проведены на станции «Пионерская» с мая 1956 по май 1957 гг.) не позволяют провести аналогичные оценки для этих областей.

Еще и сейчас неизвестно, как изменяется скорость питания оледенения за счет выпадения осадков при потеплении и при похолодании климата. Исследования структуры фирна, в котором достаточно отчетливо видны годовые слои осадков, позволили считать, что с 1550 до 1750 гг. и с 1760 до 1957 гг. скорость питания оледенения была почти одинаковой. Однако в последнем периоде отмечен рост скорости питания на 15—20% за столетие. Естественно, что такие определения скорости питания не обладают большой точностью. Измерениями, проведенными с помощью радиоактивного свинца, удалось показать, что на Южном полюсе в течение последних ста лет скорость питания оставалась постоянной.

Северная граница оледенения Антарктиды так или иначе соприкасается с морем или проходит в море. Именно благодаря этому появляется основная статья расхода — обламывание шельфовых ледников и обрушивание ледяного барьера. Это в значительной мере ограничивает рост площади оледенения, хотя при увеличении питания, а вместе с этим и скорости растекания, граница оледенения может далеко распространиться и в море. Не будь обламывание льда в море расходной статьей, в основном таяние его края было бы в более умеренных широтах.

Так определяется основная особенность оледенения Антарктиды по сравнению с оледенениями других областей земного шара, а именно его стабильность.

Итак, в настоящее время еще невозможно предвычислить изменения площади оледенения по заданным изменениям условий его образования. Трудность таких расчетов усугубляется невозможностью оценить влияние современных изменений уровня моря без знания скорости вертикальных перемещений материка.

Для изучения режима всего оледенения Антарктиды весьма важным является изучение островных оледенений типа оледенения острова Дригальского. Эти оледенения являются как бы моделями ледникового покрова Антарктиды, своеобразными индикаторами его режима. Так, например, происходящее сейчас уменьшение толщины оледенения острова Дригальского хорошо согласуется с общим потеплением, отразившемся и на температуре льда, повысившейся в среднем на 1° С.

При составлении суммарного бюджета ледникового покрова Антарктиды в настоящее время некоторые исследователи получили превышение приходной части над расходной, при этом наименее надежным оказывалось определение расходных статей, и особенно за счет обламывания края оледенения.

Сопоставление расчетной скорости движения края оледенения (в среднем 225 м в год) с наблюдаемыми показало, что не исключено и превышение статей расхода над суммарным приходом льда.

О превышении расхода льда над приходом свидетельствует и отсутствие признаков наступления края оледенения Антарктиды. Положительный бюджет в этом случае возможен только при превышении прихода над оттоком льда в центральных областях оледенения, но данные, которые позволили бы ответить на этот вопрос, пока не получены.

Обнаруженная синхронность режимов оледенений северного и южного полушарий, относительное постоянство осадков и другие сведения о режиме оледенения Антарктиды позволяют сделать два важнейших вывода. Очевидно, что режим оледенения связан с общепланетарными изменениями климата, изменением теплового, динамического и влажностного режимов атмосферы Земли. Развитие оледенения несомненно связано с похолоданием, а сокращение с потеплением.

Исследуя взаимодействие океан — атмосфера — оледенение, нельзя не отметить огромной климатообразующей роли ледяного покрова материка. Тепловая инерция оледенения, связанная с потерями и выделением тепла при таянии и замерзании, приводит к значительной стабилизации климата Антарктики, делает изменения его очень плавными. Действительно, общепланетарное изменение климата приведет к таянию, уменьшению оледенения, особенно у его края, но на это потребуется огромное количество тепла, в результате чего температура воздуха изменится незначительно.

Тепловая и механическая инерция системы океан — атмосфера — оледенение могут привести и к другому характеру изменения их режимов. Увеличение контраста температур поверхности океана и материка усиливают циркуляцию воздуха. В результате перенос тепла с моря на материк увеличивается. Так или иначе, со временем это должно привести к уменьшению контраста тем­ператур и ослаблению циркуляции. Следовательно, открывается возможность появления автоколебаний в тепловом и динамическом режимах системы. Период таких колебаний и амплитуда изменений характеристик режима будут меньше периода и амплитуды общепланетарных изменений климата.

Итак, судьба оледенения зависит не только от теплового режима атмосферы в данной области планеты (от теплового баланса), но и от вещественного, учитывающего все статьи прихода и расхода массы оледенения.

Говоря о значительном таянии и сокращении того или иного оледенения, однозначно связывают с этим необходимость подъема уровня Мирового океана. Но при этом следует помнить, что в ответ на подъем подкоровых масс Земли в месте исчезновения ледниковой нагрузки и увеличения нагрузки над ложем океана может увеличиться глубина некоторых областей его и тем самым поглотить воду растаявших ледников, в результате чего уровень океана может и не измениться.

В заключение следует сказать, что, отдавая должное влиянию глобальных изменений климата на судьбу оледенений, нельзя исключить и возможной решающей зависимости их от изменения геологического лика планеты: возникновения и исчезновения материков в полярных областях, а также от возможных изменений положения точек поверхности Земли по отношению к оси вращения или изменений положения самой оси вращения в пространстве, что должно приводить к коренным изменениям распределения климатических зон и сезонного хода тепловых и других характеристик климата.

Представим себе, что по каким-то причинам ось вращения Земли оказалась перпендикулярной к плоскости ее вращения вокруг Солнца. В этом случае не было бы смены времен года, Солнце на полюсах никогда бы не заходило и казалось катящимся по горизонту, как это бывает в настоящее время в дни весеннего и осеннего равноденствия. На полюсах при этом было бы постоянно и одинаково холодно, а на экваторе одинаково в течение всего года тепло. Теперь представим себе, что ось вращения Земли находится в плоскости ее движения вокруг Солнца. В этом случае на полюсах полгода будет господствовать день и полгода ночь. В дни равноденствия Солнце на полюсах будет подниматься над горизонтом и «обегать» его, но не поднимаясь выше. В летнее время лучи не заходящего за горизонт Солнца будут падать в полярных областях почти отвесно. В экваториальных областях Солнце будет проходить близко к зениту в моменты равноденствия, нормально поднимаясь над горизонтом и погружаясь за него в течение суток. Как видим, в полярных областях в течение года будет четыре сезона, но зимой и летом условия будут меняться от полярных до тропических. В экваториальных областях смена сезонов окажется совсем иной: в течение года все сезоны повторятся по два раза. При этом и в экваториальных областях, и в областях, лежащих близко к оси вращения Земли, условия менялись бы в течение года от полярных к тропическим.

Как нам уже известно, палеоклиматологи, ссылаясь на ряд фактов, утверждают, что климат далекого прошлого был на нашей планете более мягким и что растительность самых различных областей Земли была почти одинаковой. Некоторые объясняют изменения климата большей интенсивностью теплового излучения Солнца в эпохи потепления. Но, как видим, одинаковые тепловые условия в различных областях планеты могут возникнуть и при соответствующем расположении оси вращения Земли. Мы рассмотрели лишь два предельные изменения положения оси. Промежуточные положения ее могут привести к иным сменам сезонов года в различных областях планеты, к иному распределению климатических зон.

Начатое в 1955—1958 гг. интенсивное международное изучение Антарктики не менее интенсивно продолжается и в настоящее время. Это позволит уже в скором будущем проникнуть в тайны своеобразной области земного шара и расширить наши знания о природе всей нашей планеты