Ледяной континент

Антарктиду часто называют "ледяной континент" или "континент, закованный в лед". Это справедливо. Мощный слой льда покрывает почти весь континент. Лишь около 0,3% его поверхности свободно ото льда (30-40 тыс. км²). Огромная масса льда заполнила все неровности коренного ложа, оставив на поверхности лишь наиболее высокие хребты и отдельные вершины. Наибольшая высота ледника - около 4000 метров над уровнем моря - зафиксирована в центре Восточной Антарктиды (82° ю. ш., 75° в. д.). Средняя высота поверхности Антарктиды составляет 2020 метров.

Лед - вязкопластическое тело, и под тяжестью собственного веса он растекается. Вследствие этого антарктический ледниковый покров медленно течет из внутренних районов к берегам. Часто весь антарктический ледник называют ледяным куполом. Но это не совсем точно. Исследования последних лет установили, что ледниковый покров Антарктиды имеет несколько куполов, по крайней мере девять, откуда происходит радиальное растекание льда. Но ледяные потоки в центральных районах сливаются друг с другом, образуя единый ледяной щит, или "ледяную шапку". Наиболее высокую часть ледяного щита, выше 3000 метров, называют Центральной Антарктидой. Высоты поверхности здесь изменяются весьма плавно, незаметно на глаз. Вот почему на карте Антарктиды можно встретить слово "плато". Так самый высокий район поверхности ледника между станциями Комсомольская - Восток - Полюс Недоступности называется плато Советское. Район вокруг Южного географического полюса называется Полярное плато. Высоты поверхности ледника Западной Антарктиды значительно меньше высот Восточной. В центре Земли Мэри Бэрд наибольшая высота едва превосходит 2000 метров.

Ледниковый склон начинается от отметки 3000 метров и имеет плавное понижение к периферии континента. Чем ближе к берегу, тем склон становится круче. Ширина его в Восточной Антарктиде составляет 700-900 километров. В нижней части склона - краевой зоне Антарктиды - в ряде мест существуют выводные ледники. Выводные ледники - это своеобразные реки в ледяных берегах, их скорость в 2-3 раза превышает скорость движения окружающего льда, Подобно горным ледникам, они текут в глубоких долинах коренных пород с неровным дном, и вследствие этого в них образуется огромное количество трещин. Некоторые выводные ледники в виде плавающих языков выдаются в море на десятки километров. От них откалываются караваеобразные, сильно изрезанные трещинами айсберги. В горных районах выводные ледники текут с ледниковых плато между горных вершин и в некоторых местах также впадают в море, в большинстве же случаев они, выходя из горных долин, растекаются и впадают в шельфовые ледники. Особенно много таких выводных горных ледников стекает с Полярного плато по долинам Трансантарктического хребта и впадает в шельфовый ледник Росса. Некоторые из этих ледников служили наземным партиям "дорогой" к Южному географическому полюсу. Выводные ледники производят величественное впечатление, напоминая ледяную реку в белых ледяных берегах.

Там, где в береговой зоне подо льдом нет долин, ледяной покров обрывается в море отвесной стеной высотой от 10 до 60 метров. Значительная часть побережья окаймлена шельфовыми ледниками, представляющими собой гигантские ледяные плиты, находящиеся на плаву и только местами опирающиеся на поднятия морского дна. Шельфовые ледники состоит изо льда, сползающего в море и растекающегося, вследствие его вязкопластических свойств, над прибрежной шельфовой зоной морей. Образование шельфовых ледников, вероятно, связано с теми районами побережья, где имеются подводные банки, прибрежные острова или сильно изрезанный берег Сползающий в море лед, будучи легче воды, всплывает и раскалывается на блоки. Там, где нет поднятий дна, островов или глубоких бухт, блоки уплывают в океан в виде айсбергов. Если же блоки задерживаются препятствиями, то они покрываются обильно выпадающим в прибрежной зоне снегом. Снег сначала забивает трещины в блоках и пространство между последними, а затем покрывает поверхность. Под влиянием частичного таяния летом снег уплотняется, превращается в лед и поверхность выравнивается. Со временем весь лед и снег превращаются в единый монолит - плиту.

Над глубокой частью моря под влиянием океанских волн края шельфового ледника обламываются и куски его в виде плоских айсбергов уплывают в океан. Шельфовые ледники иногда растекаются в сторону океана в течение многих лет, а потом от них почти мгновенно отламываются гигантские айсберги, длиной в десятки и даже сотни километров и шириной в несколько километров.

Побережье Антарктиды более чем наполовину (по последним данным, 55,7%) окаймлено шельфовыми ледниками. Некоторые шельфовые ледники имеют огромные размеры. Наиболее крупные из них - шельфовый ледник Росса, площадью 547350 км², шельфовый ледник Фильхнера - Ронне - 534970 км². Другие ледники - меньше, но все же достаточно солидные по размерам, например, ледник Ларсена у восточных берегов Антарктического полуострова - 91050 км², ледник Эймери у берега Земли Мак-Робертсона - 45930 км², ледник Шеклтона, к востоку от Мирного, - 39710 км², Западный шельфовый ледник, к западу от Мирного, - 26100 км².

Общая площадь шельфовых и выводных ледников, по последним данным, составляет 2233000 км². Море под шельфовыми ледниками местами простирается на 800-900 километров. В разных местах шельфовых ледников имеются ледниковые купола - это острова, покрытые снежно-фирновым льдом.

Скорость движения ледника в центральных районах составляет, по некоторым данным, 2-3 метра в год - величина, которую пока трудно измерить. К периферии скорость его возрастает и у берегов достигает десятков и сотен метров в год. Наиболее интенсивно движение льда в выводных ледниках - от 200 до 1200 метров в год, в шельфовых ледниках - от 0 до 1800 метров в год и у недифференцированного края - от 0 до 200 метров в год. Так как шельфовые ледники составляют более половины длины береговой линии, то основной расход льда происходит за счет откола айсбергов от шельфовых ледников.

Питание ледникового щита осуществляется в основном за счет выпадения снега на его поверхность.

Что же преобладает в нашу эпоху - расход льда или его накопление? Подсчетом такого бюджета занимались многие ученые. Но приходили к разным выводам: одни получали отрицательный бюджет, то есть уменьшение антарктического щита, другие - положительный, то есть накопление. Методы измерения прихода и расхода льда слишком неточны, их ошибки во много раз превышают получаемый остаток. Поэтому пока считается, что бюджет массы антарктического леднинового покрова близок к нулю, или, как говорят гляциологи, он находится в квазистационарном состоянии.

Сколько же всего льда заключено в антарктическом ледяном щите?

По данным измерений, толщина льда в некоторых местах достигает 4000 метров, максимальная - 4200 метров. Подсчитано, что если весь лед Антарктиды распределить равномерно по всей ее площади, то слой льда составит около 1800 метров. Площадь Антарктиды почти 14000000 км². Следовательно, в антарктическом леднике заключено около 26000000 км³ льда. Много это или мало?

Если бы антарктический ледник растаял, то уровень Мирового океана поднялся бы более чем на 60 метров, а это означает, что тогда все прибрежные, густо населенные людьми территории оказались бы затоплены, площадь океана увеличилась бы почти на 20000000 км². Или еще одно сравнение. Объем пресной воды в реках и озерах земного шара всего лишь около 180000 км³; если же растопить лед Антарктиды, то эта величина превзойдет 23000000 км³. Некоторые ученые предлагают растопить лед Антарктиды, тогда, говорят они, климат Земли улучшится. Но из приведенных сравнений видно, что площадь суши при этом значительно убавится, поступление шестидесятиметрового слоя пресной воды в океан изменит систему установившейся циркуляции вод океана, изменится циркуляция атмосферы и произойдет еще много непредвиденных катастрофических изменений в природе Земли. Так что растапливать лед Антарктиды не стоит.

Исследователей также интересуют строение толщи ледяного покрова и процессы в самом ледяном покрове. В поверхностном слое снег постепенно превращается в лед. Измерения показали, что количество снега, выпадающего за год, в центральных областях составляет (в пересчете на воду) 2 г/см² в год, а ближе к берегу - до 80 г/см² в год. На глубине около 50 метров снег превращается в фирн, а на глубине 120-160 метров - в лед. Плотность льда почти не меняется с глубиной и в среднем составляет 0,9 г/см².

Первая глубинная скважина была пробурена на станции Бэрд в 1968 году от поверхности до коренного ложа. Глубина скважины составила 2164 метра. Вторая глубинная скважина пробурена на станции Восток, до глубины 950 метров. Из скважины по всей толще вынимались колонки льда, или керны. Подвергая керны различным анализам, определяли возраст льда. На глубине 950 метров возраст льда оказался равным 46 тысячам лет. По содержанию изотопов кислорода в кернах оказалось возможным определить изменения температуры атмосферы в разные эпохи. Так, установлено, что примерно 15-10 тысяч лет назад в районе станции Восток произошло потепление на 5°. Такие же данные показали глубинные керны, взятые в леднике у станции Бэрд и в Центральной Гренландии в Арктике. По другим геологическим данным известно, что примерно 15-10 тысяч лет назад кончился последний ледниковый период, ледники на земном шаре отступили - исчез гигантский ледник, покрывавший Северную Европу и Северную Америку. Кроме того, что эти данные подтвердили момент перехода от эпохи похолодания к эпохе потепления, они свидетельствуют также, что изменения климата на Земле происходили одновременно в северном и в южном полушариях.

В пробуренных скважинах выполняются наблюдения за температурой разных слоев льда. Начиная с глубин 100-150 метров температура льда плавно повышается. Расчеты показывают, что у коренного ложа температура достигает точки плавления пресного льда с учетом давления столба льда. Эти расчеты подтвердились в скважине у станции Бэрд. Когда бур достиг коренных пород, в скважину пошла пресная вода, поднявшаяся на высоту 60 метров. Температура ее была - 1,6°, что соответствует температуре плавления льда при давлении столба льда высотой 2164 метра. Этот факт, а также теоретические расчеты дают основание предполагать, что в центральных частях Антарктиды у коренного ложа идет непрерывное таяние льда. Это таяние происходит за счет двух факторов: давления льда и трения при его движении и главным образом за счет тепла, поступающего из глубин Земли,- геотермического потока тепла. Талая вода выдавливается к краям ледникового щита и здесь снова замерзает или стекает в океан по подледным долинам. Есть некоторые основания считать, что талая вода может скапливаться в котловинах, образуя подледные озера, там, где толщина льда достигает 3000 метров и более. Это предположение основано на том, что в ряде мест отражения радиоволн, полученные при радиолокационном зондировании ледника, оказались свойственны отражению от границы лед - вода, а не лед - скалистый грунт. Такие места имели в диаметре несколько километров и напоминали чаши озер.

В связи с этим советский гляциолог Игорь Алексеевич Зотиков в 1977 году выдвинул очень смелую гипотезу о существовании в таких озерах простейшей органической жизни. В монографии "Тепловой режим ледникового покрова Антарктиды" Зотиков пишет:

"Принимая во внимание, что у поверхности в центральных областях антарктического ледникового покрова найдены и органические вещества, такие, как пыльца и споры растений, которые, так же как и воздух, транспортируются к ложу, следует считать, что у ложа ледникового покрова Антарктиды даже в центральных ее частях имеются не замерзшая, богатая воздухом вода и какое-то количество пищи - органических остатков в виде указанной пыльцы и спор, что позволяет говорить о возможности поддержания там тех или иных, по-видимому, простых проявлений жизни. Это могут быть живые организмы, занесенные к ложу с поверхности ледника и не погибшие за время длительного пребывания в холодном льду. Это могут быть и простейшие организмы, сохранившиеся у ложа, когда там не было льда. В этом случае можно говорить о жизни, изолированной от окружающей среды в течение времени, соизмеримого со временем устойчивого существования ледникового покрова Антарктиды".

Во всяком случае, поставлена очень интересная проблема. По теоретическим расчетам того же И. А. Зотикова, в течение года у нижней поверхности наземного ледникового покрова Антарктиды образуется около 60-100 км³ воды. По сравнению с общим количеством пресной воды, законсервированной в ледниковом покрове Антарктиды, то есть 23 млн. км³, это небольшая величина, но она, по-видимому, играет важную роль в движении ледника, служа своего рода "смазкой", уменьшающей трение на границе лед - коренное ложе, и в распреснении морских вод там, где эта вода стекает в океан по подледным глубоким долинам. Рядом исследователей было обнаружено интенсивное образование внутриводного льда в толще воды под ледяным припаем у берега Антарктиды. Вероятно, этот внутриводный лед образуется за счет пресной воды, стекающей из-под ледника: попадая в толщу холодной морской воды, пресная вода, имея меньшую температуру замерзания, чем соленая морская вода, моментально замерзает и кристаллы льда постепенно поднимаются и прилипают к нижней поверхности припая, увеличивая его толщину.

Подсчитано, что за счет откола айсбергов, подледного стекания воды, поверхностного стока летом, при летнем таянии в узкой краевой зоне, а также за счет испарения и сдувания снега ветром с края ледникового покрова расходуется и поступает в Южный океан около 2300 км³ пресной воды в год.

Какова история современного ледникового покрова Антарктиды? Ледниковые отложения в виде галечников, валунов и валунных глин обнаружены в обнажениях Трансантарктического горного хребта. Но это было древнее оледенение, так как над этими ледниковыми отложениями залегают угленосные отложения, содержащие отпечатки папоротников и других листьев теплолюбивой флоры далекого пермского периода. Это древнее оледенение имело место 280-300 миллионов лет назад. Современное оледенение Антарктиды началось примерно 10 миллионов лет назад - в начале плейстоцена.

Рис. 2. Карта рельефа поверхности Антарктиды

Предполагается, что вначале образовались горные ледники на всех возвышенностях Антарктиды южнее 65-й параллели. Постепенно спускаясь, ледники начали заполнять долины. У подножия они сливались друг с другом, и в результате со временем образовался единый многокупольный ледниковый щит Антарктиды. Некоторые данные свидетельствуют, что антарктический щит на протяжении длительной истории в зависимости от изменений климата то увеличивался, то сокращался. По следам ледниковой штриховки на свободных ото льда скалах, по подводным валам морен в прибрежных районах Южного океана, отстоящих от современного края ледникового покрова на 80-200 километров, и некоторым другим данным установлено, что антарктический ледник имел большие размеры, чем сейчас. Его мощность в центральных районах Антарктиды была выше современной на 60 метров, ближе к берегу - на 200-300 метров, а площадь - на 3,5 млн. км². Тогда все прибрежные оазисы были покрыты льдом, шельфовые ледники окаймляли весь континент и охватывали многие прибрежные острова, а уровень Мирового океана был ниже современного уровня почти на 200 метров. Это было так называемое плейстоценовое оледенение. Сокращение ледника произошло 10-15 тысяч лет назад. О том, происходило ли с тех пор существенное сокращение размеров антарктического ледника, можно лишь строить догадки, так как следы изменений уровня океана погребены под современным ледником.