Зоны льдообразования и особенности строения снежно-фирновых отложений ледников Актру.pdf Изучение процесса усвоения ледниками поступаю-щего на них вещества (т.е. весь путь превращения на-капливающегося на ледниковой поверхности снега влед) дает возможность получить сведения о зональнос-ти различных типов льдообразования, с которыми тес-но связаны внутренний и внешний массоэнергообмен,гидрологический и температурный режимы, глубинноестроение ледника и т.д.; а по известным особенностямстроения активной толщи ледника судить об изменчи-вости гидроклиматических условий в малоизученныхрайонах современного оледенения. Поэтому, именно типльдообразования служит тем первичным и основнымзвеном в сложной цепи взаимодействия между клима-том и оледенением, что, в конечном итоге, и определяетхарактерные этапы эволюции ледников.Материалом для исследования данного вопроса по-служили многолетние наблюдения на ледниках Акгруза последние 20 лет. Для изучения мощности и строе-ния фирновой толщи в областях питания ледников Акт-ру была заложена серия глубоких шурфов (рис. 1). Ос-новные работы были сосредоточены в области питанияледника Малый Акгру, где, помимо шести шурфов, мощ-ностью от 2 до 11 м, имелось семь термоскважин глу-биной 10-20 м Кроме того, использовались визуальныеоценки в трещинах и обрывах. В отдельных случаях,особенно в местах значительной мощности фирна,, при-менялось термобурение. Эти данные позволили оценитьдолю фирнового чехла в общей массе льда ледниковАктру на различные временные срезы (табл. 1), кото-рые соответствуют периодам средней (1981 г.), макси-мальной (1983-1989 гг)иминимальной(1991-1998 гг)мощности фирна.Как видим, этот незначительный слой, являющий-ся практически величиной чистой аккумуляции (безльдообразования в зоне ледяного питания), обладаетчрезвычайной изменчивостью как во времени, так ипо площади ледников и служит очень важным показа-телем направленности тенденций развития оледене-ния в целом.Всего в бассейне сосредоточено 1,183 км3 льда[17], что равноценно 1065 млн м3 воды, которая мо-жет образоваться в результате таяния этого количествальда и соответствует объему ледникового стока рекиАктру за 100 лет (при среднегодовом стоке в11 млн м3). Водозапас фирнового чехла, при среднейплотности 0,63-0,66 г/см3, равен 40 млн м3 воды. От-носительное инфильтрационное уплотнение толщифирна равно около 0,35-0,40. Следовательно, регули-рующая емкость ледников Актру только за счет сво-бодных пор составляет в среднем 15 млн м3 воды.Рис. 1. Схема расположения пунктов наблюдений на ледниках Актру (1 - шурфы, 2 - термоскважины, 3 - абляционные рейки)Т а б л и ц а 1Запасы льда и фирна (в скобках - в % от общей мощности) в ледниках АктруЛедникОбщая мощность, м (по [ 17]) Средняя мощность фи рна, м Максимальнаямощность, мсредняя максимальная на 1981 г. на 1989 г. на 1998 г.Малый Акгру 86 235 3,7 (4,3) 4,8 (5,6) 3,1 (3,6) 13Левый Аиру 90 185 4,1 (4,6) 5,3 (5,9) 3,4 (3,8) 17Правый Актру 56 194 3,8 (6,8) 5,0 (8,9) 3,0 (5,3) 15Водопадный 55 ИЗ 1,0 (1,8) 1,7(3,1) 0,6 (1,1) 5Кар Малого Актру 69 109 1,9 (2,8) 2,8(4,1) 1,3 (1,9) 6Стажер 53 91 3,4(6,4) 4,2(7,9) 2,8 (5,3) 8Всего по бассейну 75 235 3,7 (4,9) 4,8(6,4) 2,9 (3,9) 17Примечание: представленные данные (хроме максимальной мощности) относятся к общей площади каждого ледника.Мощность, строение и плотностьфирновой толщиНа рис. 2 представлены структурные разрезы фир-новой толщи ледника Малый Актру по линиям АБ иВГ (рис. 1) на конец сезона таяния 1984 г. Они харак-теризуют собой предельные мощности фирна, встре-35005WOРис. 2. Структурные разрезы ледника Малый Актру по линиям АБ н ВГ (Рис. 1.)на конец периода таяния 1984 г. (1 - шурфы, 2 - трещины, 3 - границы годовыхгоризонтов, 4 - фирн, 5 - лед)чающиеся на этом леднике, а также крайние значениядлительности льдообразования. Обращает вниманиедовольно сложное и разнообразное строение фирно-во-ледяной толщи.На поперечном профиле ВГ максимальные мощ-ности фирна приурочены к подножию склона ледо-раздельного гребня и составляют 13 м. Этот участокхарактеризуется самыми благопри-ятными условиями снегонакопле-ния. Кроме того, пониженные зна-чения радиационной составляющейтеплового баланса, вследствие зак-рытости горизонта, обеспечивает ималое количество воды, участвую-щей в преобразовании толщи. Шурф№ 4 (рис. 3) наглядно демонстриру-ет характерные особенности строе-ния этого участка. Чередующиесягоризонты фирна, мощностью от 110до 170 см, разделены прослойкамильда, постепенно увеличивающими-ся с глубиной, от 2 до 10-20 см.В верхних слоях встречаются лин-зы, жилы, сосульки инфильтрацион-ного происхождения. В целом, раз-рез, мощностью 11 м, состоит на85% из фирна и на 15% из льда.В центральной части поперечно-го профиля отмечается общий про-гиб ледника, с уклоном в 3-6°, кото-рый про слеживается вплоть до ле-допада. Морфология поверхности, атакже соотношение величин аккуму-ляции-абляции здесь таковы, чтомощность фирновой толщи едва до-стигает 6 м и практически на 50%представлена льдом. В то же времяна других участках ледника при ана-логичных условиях мощность толщидостигает 7-9 м. Дело в том, что понаклонным (8-15°) ледяным про-слойкам с обеих сторон сюда посту-пают дополнительные порции воды,а незначительный уклон этой частиледника способствует ее застою, иРис. 3. Строение фирново-ледяной толщи в различных точках области питания ледника Малый Аюру(1 - сезонный снег, 2 - фирн, 3 - лед, 4 - границы годовых горизонтов)часть воды замерзает в зимний период. В этой зонетакже наблюдаются ледяные дайки, механизм форми-рования которых описан А.Б. Бажевым [1]. Оставша-яся часть профиля характеризует наиболее распрост-раненное строение основной площади области пита-ния и представлена разрезом главного опорного шур-фа № 3 (рис. 4), У правого борга вновь прослежива-ется понижение поверхности фирновой толщи вслед-ствие весьма интенсивного теплового воздействияскального обрамления.По продольному разрезу АБ характер строенияфирновой толщи в целом сохраняется. От начала про-филя (точка Б), на протяжении 300-400 м, 7-9-метро-вая толща представлена наклонными (4-7°) параллель-ными годовыми слоями, разделенными прослойкамильда (см, шурф № 3, рис. 4). Далее, слои фирна, по-степенно утоньшаясь по простиранию, последователь-но сверху вниз выклиниваются на поверхность. Этохорошо можно наблюдать в экстремальные годы (на-пример, 1998), когда снеговая граница оказываетсягораздо выше своего среднемноголетнего уровня.В противоположность фирновым горизонтам, слоии линзы льда, постепенно утолщаясь, сливаются другс другом, образуя все более мощные горизонты. В раз-резе все больше начинает преобладать лед. Наиболеепоказательным в этом смысле являются данные стра-тиграфического разреза по шурфу № 2 (рис. 3), в ко-тором более чем на 70% от общей мощности состав-ляет лед инфильтрационного и инфильтрационно-кон-желяционного происхождения.Рис. 4. Строение и плотность (р) фирново-ледяной толщи ледника Малый Аиру в опорном шурфе № 3за 1981-1984 гг. (Условные обозначения см. рис. 3)Не остаются постоянными мощность и строениетолпщ и год от года. На рис. 4 представлены осенниеразрезы фирновой толщи по шурфу № 3 за четырегода. Как видим, изменения очень значительны. Онивыражаются как в общем количестве водозапаса всейтолщи, так и в величине относительного количествафирна и льда. Например: число ледяных образованийв разрезе 1982 г. превышает таковые за 1984 г. в1,3 раза, а водозапас меньше в 1,1 раза.В целом из общей площади области питания лед-ника Малый Акгру на конец абляционного периода1984 г. участки полного набора годовых слоев зани-мают около 0,85 км2 или 37% площади, где число сло-ев составляет 7-10. На остальной площади их числоне превышает 1-6.На ледниках Левый и Правый Актру наблюдаетсяболее разнообразная картина распределения мощно-сти фирна по площади. На Левом Акгру две верхниеобширные ступени, с абсолютными высотами 3200-3400 и 3500-3700 м, составляющие около 70% пло-щади всей области питания, являются, по существу,основными зонами аккумуляции снежно-фирновыхмасс, максимальная мощность которых достигает 15-17 м. Исключение составляют зоны перегибов, гдефирновый чехол крайне мал (3-5 м). На Правом Акт-ру обращают на себя внимание зоны повышенной кон-центрации фирна, расположенные в двух карах. Наобоих ледниках основные снежно-фирновые массысосредоточены у правого подветренного склона; в товремя как противоположная сторона нередко бываетсовершенно лишена фирнового чехла. На ледникеВодопадный основные запасы фирна (3-5 м) сосре-доточены практически в его центре (зона прогиба по-верхности) в 400-600 м от конца языка. Далее, вверхпо профилю, фирновый чехол практически исчезаети питание этой части ледника происходит исключи-тельно за счет мощного слоя (20-30 см) инфильтра-ционно-конжеляционного льда.Большой практический интерес представляют зна-чения плотности снежно-фирновой толщи ледника: еепространственные различия, скорость и величина из-менения от начального значения до плотности льда,ее преобразования на различных глубинах. Решениеэтих вопросов так или иначе связано с чисто регио-нальными условиями формирования определяющихфакторов процессов льдообразования (аккумуляция,таяние, температура и строение толщи и т.д.), кото-рые, как показывают работы [8, 11, 13 и др.], сугубоиндивидуальны в каждом конкретном районе. Поэто-му, для различных районов с разным режимом ледни-ков такие зависимости будут свои.На рис. 4 и 5 показаны распределение плотности поглубине в различных точках ледника. Прослеживаетсяединая закономерность: плотность фирна в районах сполным наборам годовых слоев вначале быстро (от0,48-0,55 до 0,60-0,65 г/см3 в пределах первых 1-3 сло-ев), а затем медленнее (от 0,65 до 0,88 г/см3) нарастаетс глубиной. На рис. 6а показаны изменения плотностиАр за летний сезон по глубине Z в средний, а также ми-нимальный и максимальный по условиям аккумуляциигоды Как видим, во всех случаях скачок изменения плот-ности для слоя текущего года составляет 0,12-0,15 г/см3, что соответствует почти 20-30% первоначальнойплотности; в слое предшествующего года Др = 0,08-0,12 г/см3 или 8-10%, и далее идет уменьшение до 0,02-0,04 г/см3 или 3-5%. Заметим, что эпюры этих зависи-мостей подобны эпюрам распределения запасов холо-да по глубине перед началом таяния [16].На основании всех имеющихся материалов пост-роена кривая распределения плотности р фирна поглубине Z (рис. 66), представляющая собой ломануюлинию. Первая часть ее, более крутая, соответствуетверхним 1-2 горизонтам, где средний прирост плот-ности фирна на каждый метр глубины составляет 0,06-0,08 г/см3. Вторая часть кривой более пологая и пока-зывает среднее увеличение плотности по глубине, рав-А. ЬоЭогиЛнмй {tfliа* в.6 as Pr/fc***. / м « й Дкгру КОо4 об . at 9г/смлл. Правый Актру (лЛ)м пь at Рг/«-м3Т6S452IОРИС. 5. Строение и плотность (р) фирново-ледяной толщи на ледниках Водопадный, Левый и Правый Актрув конце сезона таяния 1981 г. (Условные обозначения см. Рис.3.)Рис. 6. Изменения плотности фирна (Лр) в шурфе Ks 3 за летяие сезоны в различные По условиям аккумуляции годы (а),а также зависимость платности фирпа от глубины (Z) на леднике Малый Актру (б)ное 0,02-0,03 г/см3 на метр. По сравнению с имею-щимися в [6, 11, 13 и др.] сведениями, наша криваяболее крутая и, соответственно, приращение плотно-сти по глубине больше. Это объясняется, по-видимо-му, тем, что в данном случае мы имеем дело с холод-ным типом льдообразования (в противоположностьтеплому на ледниках Абрамова и Марух). Резкий пе-региб в значениях плотности на глубине 2-3 м пока-зывает ту предельную мощность, где и сосредоточеносновной объем инфилътрационного льдообразова-ния, а также наблюдаются наибольшие значения вер-тикальных деформаций толщи (см. ниже).Оседание определялось путем повторного измере-ния расстояния между деревянными штырями, вби-тыми на границе каждого годового горизонта, весной1981 г. в шурфе № 3 с последующими его замерами всентябре этого же года, весной и осенью 1982 г. Заимеющихся два летних сезона величина оседанияпрактически оставалась одной и той же, равной 2,2-2,5%, а за зимний период 1981/82 г. - 1,6%(т.е. за годв среднем - 4%). Ее значения между слоями распре-делились следующим образом: 6-9% составляет осе-дание первого слоя, 4-5%-второго, 1,0-1,7%-в пос-ледующих слоях. Кроме того, в мае 1981 г. в районешурфа № 3 был «разбит» квадрат со стороной 50 м.Повторные измерения расстояния между вершинамиэтого квадрата в июне 1982 г, показали, что деформа-ция толщи за счет растяжения составляет около0,011 год-1 или 1,1%. Таким образом, увеличение плот-ности фирновой толщи за счет вертикального оседа-ния составляет около 4%, но горизонтальное растя-жение уменьшает его на 1%, в результате - прираще-ние плотности равно 3% в год. Полученные результа-ты по ледникам Актру аналогичны имеющимся в лите-ратуре [11, 14], а это, в свою очередь, свидетельствуетоб однородности процессов деформации толщи за счетстатических и динамических напряжений на различ-ных ледниках.Инфильтрация и просачивание талой водыв фирновую толщуК настоящему времени накоплен большой опыт иполучены конкретные данные о процессах инфильт-рации в фирново-ледяную толщу в различных ледни-ковых районах [2, 3,4,11 и др.]. Показана их роль вовсем многообразии факторов, определяющих веще-ственный и энергетический баланс ледников. Для оп-ределения этой важной характеристики в области пи-тания ледника Малый Акгру зимой 1981 г. был выб-ран наиболее типичный участок, внутреннее строениекоторого представлено разрезом шурфа № 3 (рис. 4),где и были поставлены наблюдения за скоростью про-сачивания талых вод с использованием красителя.Температура толщи измерялась как непосредственнов шурфе, так и по скважинам № 8 и № 9 (рис. 1).Как известно [2], процессы инфильтрации являют-ся функцией многих переменных, главные из которых- продолжительность и интенсивность таяния, началь-ная структура толхци и ее изменения по глубине, тем-пературное состояние и условия стока талых вод. Та-яние в районе шурфа началось 5 мая и до времениполного пропитывания толщи, которое отмечается23 июля, на поверхности образовалось 600 мм талойводы. Таким образом, средняя скорость инфильтрацииталых вод составляет за период 9 см/сутки, а средняяинтенсивность таяния - 7,5 мм/cyim Причем скоростьинфильтрации в этот период крайне неравномерна:меньше всего она в сезонном снеге (4-6 см/сутки) исвязана, в основном, с малой интенсивностью таяния;затем скорость инфильтрации постепенно увеличива-ется и у основания снежной толщи достигает 10-15 см/сутки; на контакте снег-фирн отмечается ееминимальное значение - 2-4 см/сутки, Запас холодав этом слое составил (в пересчете на слой воды) око-ло 50 мм, а с поверхности поступило 140 мм талойводы. Следовательно, в период с 5 по 31 мая - време-ни полной пропитки снежной толщи, интенсивностьтаяния составила 5 мм/сутки, а интенсивность «реа-лизации» холода - около 2 мм/сутки. В фирновом слоепредшествующего года (1980) скорость инфильтрациивозрастает от 3-4 - в верхней части, до 10-15 см/сут-ки - у его основания, н вновь замедляется на контактес летней поверхностью 1979 г, - до 2-3 см/сутки. Та-кой пульсирующий характер инфильтрации в фирно-вых слоях объясняется, главным образом, особеннос-тями строения толщи, где годовые слои отделяютсямощными ледяными прослойками - до 20-30 см. Вцелом скорость инфильтрации в фирне составила 10-11 см/сутки. При этом интенсивность подачи воды споверхности в этот период (с 1 июня по 23 июля) воз-росла до 8,7 мм/сутки, а запас холода в фирне соста-вил около 90 мм.Скорость фильтрации сквозь уже промоченнуюснежно-фирновую толщу в период с 24 июля по 10 ав-густа (конец периода таяния) будет зависеть, в основ-ном, от интенсивности поверхностного таяния и, по-этому, водоотдача из толщи должна происходить до-вольно быстро. Во всяком случае, как следует из на-блюдений на Марухском леднике [И], хотя эффектив-ный поток имеет сечение, примерно равное лишь 5-10% сечения сообщающихся пор, но этого вполнедостаточно для быстрой фильтрации того количестваталой воды, которое обусловлено таянием.Зоны льдообразованияМногочисленные данные по аккумуляции и тая-нию, температурному состоянию, распределению истратиграфии снежно-фирновых отложений и т.д. по-зволяют по известным признакам достаточно надеж-но выделить в областях питания ледников Актру оп-ределенные наборы зон льдообразования, которыехарактерны для большинства районов современногооледенения Алтая.Рассмотрим зональность процессов льдообразова-ния при средних условиях, наблюдавшихся на ледни-ках Акгру за последние 20 лет, используя при этомграничные условия существования той или иной зоны,выявленные по массовым измерениям на ледникеМалый Акгру. Основными критериями выделения гля-циологических зон служили разработки П.А. Шуйс-кого [21, 22] , Е.Н. Цыкина [20], А.Н. Кренке [9^ 10,12], а также использовались характерные признаки тойили иной зоны, основанные на стратиграфическихособенностях строения фирново-ледяной толщи, по-лученных в различных ледниковых районах [2,5,6,7,11,13,14,18,19 идр.].На ледниках бассейна выделены следующие зоныльдообразования; холодная фирновая, фирново-ледя-ная и ледяного питания (рис. 7),Холодная фирновая, или инфильтрационно-рекри-сталлизационная зона простирается по всей кромкеюжного ледораздела бассейна от его подножий (3370-3400 м) до самых верхних гребней - вершина Акгру-Баш (4075 м), и занимает 3,49 кмг или 36% площадиобластей питания ледников Акгру (табл. 2). Наличиеучастков наибольшей аккумуляции на нижних преде-лах и закономерное уменьшение таяния на верхнихсоставляют общее правило для области распростра-нения данной зоны. Особенно это хорошо выраженона Левом Акгру, где нижняя граница расположена на30-90 м ниже, чем на других ледниках бассейна иимеет здесь наибольшее распространение. Вертикаль-Рис. 7. Распределение зоны ледообразования и величин внутреннего питания на ледниках Актру в среднем за период1977 -1999 гг. (I - холодная фирновая зона, 2 - фнрново-ледяная зона, 3 - зона ледяного питания, 4 - зона абляции,5 - величина внутреннего питания (г/см2), 6 - граница зон ледообразования)ный диапазон на Малом Авару составляет 270 м, Пра-вом Актру - 480 м, Левом Актру - 720 м.Климат в пределах холодной фирновой зоны ха-рактеризуется самыми низкими температурами воз-духа, которые зимой достигают -30 + -40°С, а сред-нелетние (июнь-август) на средней высоте зоны со-ставляют - 2 -г -3°С.В пределах рассматриваемой зоны суммарная акку-муляция по ледникам изменяется от 100 до 125 г/см2,достигая в отдельных точках до 200 г/см2 (табл. 2).В течение периода летнего таяния поверхность снеж-ного покрова сохраняет весьма высокое альбедо (75-85%), поэтому, количество солнечной радиации, по-глощаемой поверхностью, уменьшено почти в 1,5-2,0 раза по сравнению с нижележащими зонами. Это-му способствует летний максимум осадков, которыездесь полностью выпадают в твердом виде. Тем неменее, таяние в холодной фирновой зоне составляет20-40% общих снегозапасов. Количество талой водыколеблется от 400 до 150 мм, закономерно уменьша-ясь с высотой. Остаток снега в конце непродолжи-тельного теплого периода, длящегося здесь около 30-50 дней, составляет в среднем 160 см, изменяясь от100 до 200 см,Результаты структурного анализа показывают(рис. 3, шурф № 4 ) , что преобразование снега в ледна большей части площади этой зоны происходит за8-10 лет (на участках максимальной мощности фир-на - за 10-12 лет) и заканчивается на глубинах от 10до 18 м в условиях отрицательных температур исклю-чительно под действием оседания и рекристаллиза-ции. Последнее составляет 35-40% в общем процес-се льдообразования, а инфильтрационное - 60-65% ипроисходит, в основном, в верхних 5-8 м толщи.Фирново-ледяная, или инфильтрационная зонаимеет наибольшее распространение и составляет5,31 км2 или 55% общей площади областей питанияледников Акгру (табл. 2). Она занимает обширные,сравнительно выположешше пространства в неболь-шом диапазоне высот (3150-3440 м). Нижней грани-цей является фирновая линия. Отдельные пятна еевстречаются как внутри холодной фирновой (см. Ле-вый Акгру), так и ледяной (Водопадный и Кар Мало-го Акгру) зон льдообразования (рис. 7). В первом слу-чае это обусловлено малой аккумуляцией из-за сносаснега ветром на выпуклом участке ледника, во-вто-ром- наоборот, концентрацией снега в вогнутых фор-мах рельефа на более низких пределах.Льдообразование в этой зоне завершается инфильт-ращюнным путем. Причем, за 2-3 года в этой зоне об-разуется такое количество воды, которого хватило быдля полного превращения фирна в лед. Однако около30-80% ее уходит в сток. Поэтому льдообразованиедлится 6-7 лет - на участках полного набора годовыхслоев, и 2-5 лет - на остальной части зоны. Об этом жесвидетельствуют и стратиграфические разрезы (рис. 3,4, 5), Увеличение плотности за счет статических и ди-намических напряжений составляет 3% (см. выше), чтоза 7 лет дает прибавку плотности 0,07-0,08 г/см3, а это,в свою очередь, соизмеримо с годовым инфильтраци-онным льдообразованием. Таким образом, процессыоседания и рекристаллизацииусноряЕот общий процессльдообразования сроком на 1 год.Зона ледяного питания, или инфильтрационно-конжеляционная зона.На долинных ледниках бассейна - Малый, Левыйи Правый Акгру - эта зона наблюдается в виде узкой,иногда прерывистой, полосы шириной не болееТ а б л и ц а 2Средние величины суммарной аккумуляции {Ct), таяния (At) и внутреннего питания (f)в различных зонах льдообразования ледников Актру за период 1977-1999 гг.Ледник Зоны льдообразования В целом поХолодная фирновая Фирново-ледяная ледяная зона абляции ледникамS 0,30 1,45 0,11 0,87 2,73АН 3440 3710 3180-3440 3160-3180 2235-3160 2235-3710Малый Актру Ct 125 107 91 60 94At 35 75 91 220 119F 35 25 12 - 19S 1,34 1,60 0,15 2,06 5,15дн 3390-3870 3150-3390 3130-3150 2455-3130 2455-3870Правый Актру aAt118401056775755919591112F 40 22 7 - 17S 1,85 1,77 0,07 2,26 5,95ДН 33 50-4070 3180-3350 3160-3180 2530-3160 2530-4070Левый Акгру ctAt11535957070705721589119F 35 23 7 - 19s - 0,22 0,26 0,27 0,75ДН - 3200-3380 3180-3552 3055-3180 3055-3552Водопадный ct _ 80 45 40 56At - 55 45 125 75F - 17 18 - 11s _ 0,27 0,31 0,33 0,91Кар МалогоАктруAHCtAt-3160-330090553140-350050502650-3140501202650-35006585F - 21 17 - 128 3,49 5,31 0,90 5,79 15,49Всего по ДН 3350-4070 3150-3440 3130-3552 2235-3180 2235-4070ледникам Ct 117 100 60 57 87бассейна At 38 69 60 199 112f 38 23 14 - 17Примечание: S - площадь зоны, км2; АН - диапазон высот от нижней границы до верхней, м.20-100 м. Вертикальная протяженность колеблется от0 до 40 м. Тем не менее, площадь, занятая ею, состав-ляет 0,90 км2 или 9% от общей площади областей пи-тания ледников Актру и на 63% представлена на двухплосювершинных ледниках - Водопадный и КарМалого Актру (рис. 7), В силу своих морфологичес-ких особенностей, а также доступности для основныхветров, которые в данном месте достигают штормо-вой силы, существуют условия для массового сносаснега, а довольно низкие температуры воздуха спо-собствуют значительному выхолаживанию верхнихгоризонтов ледниковой толщи - благодаря чему со-здается положительный баланс вещества. В течениипериода таяния на участках, где снегозапасы не пре-вышают 30-50 см и велики запасы холода, происхо-дит их усвоение в виде слоя инфильтрационнош льдатолщиной 20-35 см, а там где их более 100-150 см -часть талых воя не уместившись в порах несгаиваю-щего остатка, стекает за пределы зоны. Другая частьзамерзает и образует линзы конжеляционного льда,наложенного поверх инфильтрационного льда. Нало-женный лед хорошо отличается от ледникового блес-тящей поверхностью, сероватым цветом, слоистостью,пузырчатостью; определяется как по разности отче-тов в конце каждого периода абляции, так и в шур-фах. Ледообразование здесь завершается в теченииодного года.Зона абляции занимает в среднем 5,79 км2 или 37%суммарной площади ледников бассейна. Вертикаль-ная протяженность зоны составляет от 150 (Водопад-ный) до 1000 м (Малый Акгру). Льдообразованиездесь носит временный характер: в летний периодпосле стаивания снежного покрова вначале обнажа-ется наложенный лед, мощностью 5-15 см, которыйбыстро стаивает по мере поднятия сезонной снеговойлинии, Высокие значения летних температур воздуха исолнечной радиации обеспечивают интенсивное таяние,которое в несколько раз превышает объем аккумуляциии на нижних пределах составляет 350-600 г/смг.Таким образом, рассмотренная схема зональностипроцессов льдообразования на ледниках Актру пред-ставлена типичным «нонтиненгалып,1м» (по АН. Кренке[10]) набором зон льдообразования, обусловленнымсуровыми климатическими условиями и низкими тем-пературами льдаЗависимость типов льдообразованияог климатических измененийОсновными климатическими факторами, опреде-ляющими тип питания, служат аккумуляция и таяние,которые являются следствием увлажнения и теплово-го баланса гаяциальной зоны. Изменение этих пара-метров могут быть связаны как с движением ледника,так и, в большей мере, с нестационарностью климатаво времени [12], а это, в свою очередь, существенноотражается на характере процессов льдообразованияи приводит к заметному смещению их границ.Выше было установлено, что роль талых вод в об-разовании льда является ведущей, и поэтому основ-ной тип льдообразования - инфильтрационный, с ко-торым связаны наибольшие изменения структурыфирновой толщи. Стратиграфические колонки опор-ного шурфа № 3 (рис. 4) демонстрируют существен-ную перестройку строения толщи. Наличие все болееутолщающихся ледяных прослоек, соответствующихграницам слоев 1078-1982 гг., свидетельствуют о про-грессирующем процессе преобразования фирново-ледяного типа питания в ледяной. В этот промежутоквремени (1978-1982 гг.) равновесие между приходоминфильтрации и не стаивающим остатком снега, свой-ственное фирново-ледяной зоне, было нарушено. Ко-личество инфильтрационного льда значительно пре-вышало объем пор (PS) в снежном остатке (S). Массафирна с каждым годом сокращалась, а ледяные про-слойки, маркирующие годовые горизонты, утолща-лись за счет намерзания подпружеиной воды в порахфирна. Из средней аккумуляции за эти годы в районешурфа, равной 90 г/см2, чистый приход (сумма внутрен-него питания и снежного остатка) составил 50 г/см2, изних 30 г/см2 пошли на образование льда, а 20 г/см2являются не стаивающим снежным остатком. Такимобразом, условие существования фирново-ледянойзоны (по А.Н. Кренке [9]) не выполняется. По сотно-шению между количеством пор среднегодового остат-ка, способного вместить только PS = 1,3 х 20 = 26 г/см2,и инфильтрационной аккумуляцией, равной 30 г/см2,можно заключить, что район шурфа № 3 по условиямсуществования в 1978-1982 гг. относится к зоне ле-дяного питания. После завершения периода абля-ции 1982 г. водозапас всех слоев фирна в разрезе со-ставил около 250 г/см2. При средней плотности фир-на, равной 0,64 г/см3, относительное инфильтрацион-ное уплотнение равно 0,35, поэтому, для заполнениявсех пор фирна необходимо 250 х 0,35 = 90 г/см2 льда.Если бы условия, характерные для периода 1978-1982 гг., сохранились и дальше, то четырех сезоновхватило бы для полного превращения толщи в лед.Однако, сплошные ледяные массы льда могут появить-ся и раньше, т.к. увеличение мощности ледяных про-слоек ведет к тому, что глубинные фирновые слои ока-жутся погребенными и станут недоступными влияниюталых вод. При этом резко сократится прирост твер-дого вещества и увеличится поверхностный сток та-лых вод. Наступит такой момент, когда в течение од-ного сезона весь выпавший слой снега частично илиполностью стаивает, образуя в первом случае, в ос-новном, инфильтрационный, во-втором - инфильтра-ционно-конжеляционный лед.Стратиграфический разрез шурфа № 2 (рис. 3)показывает практически полный сценарий замещенияфирново-ледяной зоны питания на ледяную. Начинаяс 1978 г., чистый прирост вещества в районе шурфасостоял только из повторно замерзшей воды в порахфирна и в виде инфильтрационного льда в прослой-ках, разделяющих прежде почти 2,5-метровую фир-новую толщу, сформированную в период соответству-ющих условий 1975-1977 гг. В процессе инфильтра-ции и замерзания уже в 1980 г. верхние годовые слоисгруппировались в один 80-сантиметровый слой ин-фильтрационно-конжеляционного льда Вскрытие тол-щи в конце сезона абляции 1981 г. показывает полнуюизолированность незначительных прослоек режеляци-онного фирна на глубинах 80-115 и 170-190 см отповерхности. Фильтрация талых вод с использовани-ем красителя обнаружена только до глубины 40 см.Количество нового льда в 1981 г. составило 12 см, в1982 г. - 17 см. Таким образом, в районе шурфа № 2практически за три года произошла почти полная сме-на фирново-ледяной зоны на ледяную. Для участковледника с полным набором годовых слоев (шурфы№ 3, 5,6, рис. 3 и 4) этот процесс, видимо, займет 6-7 лет при соответствующих условиях.Структурный разрез, представленный на рис. 3,отражает особенности межгодовой изменчивости ус-ловий льдообразования, характерных для холоднойфирновой зоны. В данном случае морфология разре-за показывает, что в период 1978-1982 гг толща на-ходилась в переходной фазе от холодного фирновогольдообразования к фирново-ледяному. В этом убеж-дает наличие толстых ледяных прослоек в среднейчасти разреза, а также количественные соотношениямежду инфильтрационной аккумуляцией и объемомпор в снежном остатке, свойственные фирново-ледя-ной зоне. Более того, содержание льда в толще в кон-це периода абляции 1982 г. было, видимо, предельным,и дальнейшее сохранение подобных условий привелобы к окончательной смене типа льдообразования.Отепление толщи посредством инфильтрации и замер-зания воды вряд ли могло продолжаться, т.к. сравни-тельно большие уклоны в этой части ледника могливызвать преждевременный сток талой воды по про-межуточным водоупорам, хотя в нижней части разре-за сохранялся отрицательный температурный режим.Поэтому, в данном случае нижнюю часть холоднойфирновой зоны следует выделить в особую переход-ную полосу, названую Г.Н. Голубевым [4] субхолод-ной фирновой подзоной. Основным условием ее су-ществования является наличие участков области пи-тания с значительными уклонами, где несмотря набольшие мощности фирна, которые, в большинствесвоем вызваны нестационарностью колонки фирна засчет ее движения, в такие периоды как 1978-1982 гг.,может происходить сток талых вод по промежуточ-ным водоупорам.Преобразование одной зоны в другую сопровожда-ется изменением температурного режима деятельногослоя ледника [16]. Так, средняя температура в районешурфа № 2 в конце периодов абляции 1980-1982 гг.составила: (-2,7; -3,2; -3,8)°С, для шурфа № 3 за этотРис. 8. Структурные разрезы (шурф № 1) в начале (а) и в юнце (б) периодов таяния 1983-1985 гг.на леднике Малый Актруже период - (-1,2; -1,7; -2,0)°С соответственно. Пони-жение температуры объясняется тем, что в толще уве-личивается количество льда; а, как известно [21], лед,по сравнению с фирном, обладает значительно большейтеплопроводностью и теплоемкостью, поэтому и выхо-лаживание таюй толщи в зимний сезон происходит силь-нее. Этому еще способствовало и малое снегонакопле-ние в этот период (на 20-30% ниже нормы), от которогозависит степень предохранения ледника от выхолажи-вания. Летом в фирново-ледяной зоне, а, тем более, ле-дяной, отепление деятельного слоя выражено слабее,чем, например, в холодной фирновой зоне, т.к. умень-шается инфильтрадионная аккумуляция и увеличивает-ся сток. Поэтому в ледяной толще, подстилающей фирн,постоянно сохраняется холодный режим с отрицатель-ными температурами.Следовательно, в такие периоды как 1978-1982 гг.,температура деятельного слоя в холодной фирновойзоне будет повышаться вследствие увеличения ин-фильтрационной аккумуляции и более глубокого про-никновения талых вод, а в фирново-ледяной и ледя-ной - понижаться. Если направление климатическихусловий изменится на противоположное (увеличитсяаккумуляция и уменьшится таяние), то будет иметьместо обратное изменение температурного режима.Действительно, после пятилетнего периода прояв-ления отрицательного баланса массы, в 1983 г. вновьнаметилась тенденция к увеличению фирнового пита-ния [15]. Последующие три года (1983-1985) характе-ризуются в годовом и зимнем периодах повышеннымколичеством осадков и положительными аномалиямитемпературы воздуха, которые составили +0,4, +1,6,-Ю,9°С соответственно. Летом, при осадках, близких кнорме, понижение температуры воздуха от среднихмноголетних значений составили (-1,5 -з--2,5)°С. Мно-гочисленные летние снегопады слоем 5-20 см надолгопокрывали ледники, тем самым уменьшая их таяние на10-30%. Эти годы отличаются значительной аккумуля-цией снега, превышающей норму на 20-30 г/см2. В ре-зультате, на площади ледника, где в предшествующийпериод интенсивно таял многолетний лез, начала обра-зовываться фирновая толща. Основные особенности ееформирования представлены на рис. 8.Как видим, в первый год после реализации холода190-сантиметровой толщи снега талые воды достиг-ли поверхности льда, температура которого равнялась-8,5°С. На контакте снег-лед началась активная реа-лизация запасов холода с интенсивным замерзаниемталых вод, образовавших толщу льда в 32 см. В раз-резе она имеет неравномернослоистое строение,объясняющееся неравномерным поступлением талыхвод на контакт с предыдущим слоем. В1984 и 1985 гг.в процессе летнего льдообразования сформировалисьслои льда, равные 20 и 14 см, а температура на кон-такте фирн-лед, перед началом таяния составила -7,8и -7,0°С соответственно.Таким образом, увеличение фирнового питаниявлечет за собой повышение температуры деятельногослоя в фирново-ледяной и понижение - в холоднойфирновой зоне. Последнее подтверждается измерени-ями в шурфе № 4, где температура толщи по сравне-нию с 1982 г. понизилась на 1,1 °С.Вышеизложенное дает основание полагать, что впериод 1978-1982 гг. наблюдалась явно выраженнаятенденция к смене типов питания: с холодного фир-нового на фирново-ледяной, фирново-ледяного - наледяной, что, несомненно, отражает ухудшение усло-вий существования ледников. В последующий пери-од знак осадконакопления и снеготаяния изменилсяна противоположный и стало возможным накоплениефирна. Причем, фирновое питание появляется сразупосле возникновения необходимых условий, длитель-ность существования которых будет влиять только намощность фирна. Осредненные параметры существо-вания той или иной зоны за каждый из представлен-ных периодов показывают, что увеличение аккумуля-ции и уменьшение таяния на 15-20% по отношению кпериоду 1978-1982 гг. приведет к тому, что условияфирнового питания окажутся в соответствии с их сред-немноголетним значением. Изменение тех же парамет-ров на 20-30% вызовет на большей площади областиаккумуляции ледника установление холодного типапитания. В целом за 9 лет чередование кратковремен-ных условий, свойственных для различных зон льдо-образования, сформировали многослойную фирновуютолщу, отвечающую, очевидно, тем средним клима-тическим условиям, которые характерны для стадиисовременной деградации ледников Актру.Таким образом, очевидная обусловленность про-цессов льдообразования климатическими условиямидает возможность определить их изменения за после-дующий период инструментальных наблюдений наледниках Актру (1986-1999 гг.). Темболее, что наблю-дения в опорных шурфах продолжаются по настоя-щее время. Наиболее благоприятный период для раз-вития оледенения отмечается в период 1983-1990 гг.,который характеризуется интенсивным фирновымпитанием. Основным типом льдообразования былхолодный инфильтрационный, остальные два типаимели кратковременный и переходный характер. Впоследующие годы (1991-1997) климатические усло-вия были близки к среднемноголетним и их коротко-периодические колебания (порядка 2-3 лет) менялилишь направление питания, с преобладанием - фир-ново-ледяного. В последние годы вновь наметиласьтенденция к интенсивной деградации фирновых по-лей с переходом от фирново-ледяного типа питания кледяному.

Скачать электронную версию публикации