Что такое лед
Лед – самая распространенная горная порода в Солнечной системе. Марс, Юпитер, Сатурн, Уран содержат огромные массы льда, а некоторые спутники планет сложены из него почти целиком. Например, галилеевы спутники Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) состоят из льда примерно на 70–90%. Головы комет также представляют собой, как правило, ледяные глыбы.
Как образуется лед в межзвездном пространстве и в Солнечной системе, до конца неясно. Среди существующих на этот счет точек зрения немало весьма любопытных – например о покрытой льдом планете Фаэтон, некогда существовавшей между орбитами Марса и Юпитера, а затем расколовшеся на множество частей; о случайном прилете в пределы Солнечной системы ледяных тел из межзвездных пространств; о ледяном спутнике Земли, упавшем на Землю около 20 тысяч лет назад и вызвавшем Всемирный потоп (известный из легенд и преданий). Во всяком случае, и в наши дни на Землю падают ледяные метеориты.
Ледяное тело из лежзв> здных пространств
Льда на Земле не так много, как на Юпитере, но и не так мало, как на Марсе: больше десятой части суши занято многолетними льдами, а пятая часть всей планеты ежегодно покрыта снегом.
Важно при этом, что самая обычная и привычная нам вода обладает удивительным и редким свойством. Так же, как и многие другие вещества, вода при понижении температуры переходит из газообразного состояния (водяной пар) в жидкое, а затем – ив твердое (лед).
Но в отличие от большинства других веществ, вода при замерзании не уменьшается, а увеличивается в объеме. Поэтому плотность льда меньше плотности воды, и он способен плавать в воде. Если бы не это, в первую же холодную зиму водоемы Земли промерзли бы до дна (лед тонул бы, а на поверхности образовывались бы новые порции, которые тонули бы в свою очередь). Мало кто из обитателей Земли выжил бы в таких условиях.
Частички воды, превращаясь в лед, могут, соединяться между собой разными способами и образовывать разные льды. Это похоже на поведение частичек углерода, которые тоже соединяются между собой по–разному, в зависимости от того, в каких условиях (при какой температуре и каком давлении) им приходится это делать. В итоге из одного и того же вещества – углерода – получается либо графит (мы хорошо знаем его по стержням в простых карандашах), мягкий, разрушающийся даже при соприкосновении с бумагой, либо алмаз – самый твердый из земных минералов, используемый в стеклорезах, сверлах и других инструментах. Разными бывают и льды.
В начале XX века немецкий ученый Г. Тамман открыл, а американский физик П. Бриджмен исследовал явление полиморфизма (многоформенности) льда. Оказалось, что существует около десяти разновидностей льда, и тот, с которым мы сталкиваемся в природе, – лишь одна из многих модификаций (ее называют лед–1).
Все другие льды тяжелее воды и отличаются от обычного многими свойствами. Лед–VI возникает при очень высоком давлении и тает при температуре 80°С (а не 0°С, как лед–1), а лед–VII выдерживает нагрев почти до 200°С. Похоже, что он иногда образуется при очень высоком давлении, которое возникает вблизи работающих турбин гидроэлектростанций, и из–за своей высокой твердости приводит к авариям. А в условиях, похожих на космические, был получен лед, в 2–2,5 раза плотнее всех других. Его свойства пока почти не известны.
Но и привычный нам лед–1 бывает разным. Лед, образующийся в атмосфере, отличается от льда, образующегося на поверхности суши или океана, – но главным образом не строением, а присутствием примесей. Например, в морских льдах есть частички солей, а в подземных – частички горных пород.
Льды и ледники
Ледниками называют скопления льда, но не любые, а те, что образуются на поверхности планеты без вмешательства человека (то есть морозильные, камеры ледниками не считаются).
И рождением своим, и смертью ледники обязаны свойству воды, отличающему ее от большинства других веществ: способности в обычных земных условиях пребывать в трех разных состояниях (жидком, твердом и газообразном).
С этим свойством связан круговорот воды в природе. Главные процессы этого круговорота – испарение воды (из водоемов); перемещение паров в атмосфере; их конденсация (то есть превращение из пара в жидкую воду); выпадение на поверхность Земли в виде различных осадков (дождя, снега, града и т.д.) и стекание воды с континентов в океаны. Энергией эти процессы обеспечивают Солнце и сила тяжести.
Если температуры воздуха достаточно низки, выпавший снег не успевает растаять даже за лето (возникают так называемые снежники–перелетки, то есть сугробы, переживающие лето, «перелетовывающие»). Снег в них оказывается погребенным под всё более мощными толщами свежевыпавшего снега. Давление вышележащих слоев, а также периодическое замерзание и оттаивание воды, просачивающейся на глубину, приводит к тому, что он превращается в фирн (от немецкого Firn – прошлогодний, старый) – крупнозернистый уплотненный лед.
Он состоит из связанных между собою ледяных крупинок и представляет собой промежуточное между снегом и льдом состояние воды. Через некоторое время строение его меняется, границы между зернами исчезают, и он превращается в массивный, сплошной ледниковые лед. Возникают ледники – естественные, природные скопления льда.
У всякого ледника (если только это и элый ледник, а не кусочек или остаток – типа айсберга есть область питания, где условия таковы, что скорость образования льда превышает скорость его расхода (расход льда – это его исчезновение; обычно – таяние, испарение и разрушение например, обламывание айсбергов).
Соотношение прихода и расхода льда – баланс ледника – зависит от температуры и влажности воздуха и многих других факторов. Баланс может быть положительным: приход больше расхода. Тогда ледник растет в области питания. При этом происходит следующее: во–первых, ледник начинает выстужать все, что его окружает – и воздух, и землю. И зона его питания вырастает (а следом подрастает сам ледник). А во–вторых, лед, если его накапливается достаточно много, начинает ползти в разные стороны. И опять–таки увеличивает свою область питания.
Строение ледника 62
Конечно, ледник не может расти безгранично. Рано или поздно он добирается до тех мест, где температуры достаточно велики, чтобы расход льда «победил». Здесь ледник останавливается.
Если условия не меняются, ледник может существовать довольно стабильно многие годы (например, в Антарктиде обнаружен лед, возраст которого более полумиллиона лет). Но если условия меняются, – по каким–либо причинам становится теплее, – баланс ледника становится отрицательным. Превышение расхода над приходом приводит к уменьшению количества льда, а иногда и к полному уничтожению ледника.
Рост и таяние небольших ледников можно наблюдать постоянно – это совершенно обычные процессы. А вот рост и разрушение гигантских ледяных покровов, существовавших на Земле в ледниковые периоды, не наблюдал никто (из способных записать или сообщить свои наблюдения). Поэтому о том, насколько быстро росли и отступали (таяли) ледники–гиганты, споры не прекращаются до сих пор.
Льды на суше
Среди ледников, которые лежат на поверхности суши, обычно выделяют две главные группы ледников: горные и покровные. Разница между ними в первую очередь в их размерах, но она влечет за собой и другие отличия. Первые относительно невелики, и их. форма определяется рель эфом того места, где они образовались. А вот вторые – такие толстые, что лед перекрывает все неровности рельефа и движется туда, куда направлен уклон его собственной поверхности (а вовсе не туда, куда наклонена поверхность земли под ним). Примерно так же ведут себя грязекаменные потоки – сели, возникающие обычно в горах, когда начинается весеннее снеготаяние. Это не водный поток, а вязкая масса грязи и камней (которые могут достигать доброго десятка метров в поперечнике). И эта масса часто течет не туда, куда наклонена поверхность, по которой она движется, а в ту сторону, куда наклонена ее поверхность. То есть не так, как течет вода. И в этом – одна из опасностей селя. Он и без того – одно из самых грозных явлений природы: представьте миллионнотонный поток, с легкостью ворочающий глыбами в десятки тонн весом, рвущийся с гор быстрее, чем автомобиль! А то, что сн течет не туда, где его можно ожидать, исходя из звания рельефа местности, делает его еще более грозным.