WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |

Направляю на конкурс НТВ отрывки из книг В.М. Котлякова (издания 20002003 гг.)

Из книги В.М. Котлякова «Гляциология Антарктиды»

М., «Наука», 2000, с.377387.

Глава 3 ПОДЛЕДНЫЕ ОЗЕРА В АНТАРКТИДЕ Процессы на ледниковом ложе ? емпературный режим ледникового покрова формируется в результате поступления тепла из атмосферы и из недр Земли, а также от внутренних деформаций льда. Я уже писал в начале этой книги о чрезвычайно низких температурах воздуха в центре Антарктического материка, что приводит к постоянно направленному вниз потоку холода в ледниковой толще.

Температура толщи в Антарктиде, как правило, сначала понижается с глубиной. Этому есть две причины. Вопервых, в результате движения ледника из центральных, более суровых областей поступают массы холодного льда, оказывающиеся на глубинах десятков и сотен метров. Расчеты показывают, что при скорости движения льда 10 м/год и аккумуляции 10 г/(см2·год) при стационарном климате нужно 5 тыс. лет (за это время ледник продвинется на 50 км), чтобы в верхних 400 м возник отрицательный градиент температуры.

Но не всегда этим можно объяснить наблюдающееся распределение температур в толще льда. Нередко такой ход температур отмечен и на ледоразделе, где подтока холодного льда нет. В этом случае причиной служит современное потепление климата. В более глубоких слоях мы измеряем реликтовые температуры, свидетельствующие о более холодном климате в недалеком прошлом.

Отрицательный, или обратный, градиент температуры в ант­арктических скважинах наблюдается во льду до глубин 100, 200 и даже 800 м, а затем идет постепенное повышение температуры с глубиной. При огромной мощности антарктического ледника в недрах его создается колоссальное давление и в глубоких горизонтах температура может достигнуть точки плавления льда.

Формирование подобных представлений о тепловом режиме Антарктического ледникового покрова продолжалось более 100 лет. В свое время У. Кельвин определил равновесную толщину льда в центре ледникового покрова приблизительно в 2000 м и исходил из того, что лед приморожен к своему ложу. П.А. Кропоткин (1876) полагал, что в толще больших и холодных сверху ледников температура линейно повышается с глубиной, как и в дру­гих горных породах, однако его расчет температурного режима не противоречил гипотетической антарктической ледяной «лепешке», предложенной У. Кельвином.

Исходя из существования геотермической ступени в ледяной толще, Н.Н. Зубов (1955) ввел понятие критической толщины ледника, т.е. такой его мощности, при которой благодаря колоссальному давлению температура льда может достигать точки его плав­ления на горизонтах, расположенных выше поверхности ложа. К этому времени в центральной части Антарктиды уже были измерены толщины льда в 3500–4000 м, и Н.Н. Зубов (1959,а, б) подчеркнул, что в удаленных от берега местах на ложе Антаркти­ческого ледникового покрова может происходить таяние, несмотря на очень низкую температуру поверхности ледника. Однако Г. Робин (Robin, 1955) показал, что и в условиях мощного ледника геотермическое тепло, поступающее из недр Земли, может отводиться вверх, если существует интенсивное выхолаживание льда за счет его движения сверху вниз. Оказалось, что предположение Н.Н. Зубова в применении к мощному антарктическому леднику имеет серьезные ограничения.

В 1961 г. И.А. Зотиков на основе материалов первых четырех советских антарктических экспедиций провел теплофизические расчеты с использованием уравнения теплопроводности и учетом в нем конвективного члена, определяющего вертикальный перенос холода сверху вниз, и показал возможность таяния на ложе ледника в центральной части Антарктиды (Зотиков, 1961, 1962). В расчетах И.А. Зотикова, в отличие от Г. Робина, было показано, что изза огромной толщины льда отвод тепла от нижней поверхности ледника невелик, и часть его постоянно затрачивается на таяние придонного льда. Появляющаяся вода в виде не толстой пленки выдавливается на те участки, где толщина льда меньше, и там вновь замерзает. В то же время в углублениях подледного ложа она может скапливаться и формировать подледные резервуары воды.

Чуть позже И.А. Зотиков (Zotikov, 1963) построил картусхему областей непрерывного таяния у ложа Антарктического ледникового покрова, которая впоследствии была детализирована и опубликована в Атласе снежноледовых ресурсов мира (рис. 3.34).



По расчетам И.А. Зотикова (1977, 1982,а), непрерывное подледниковое таяние в Центральной Антарктиде может достигать 3–5 мм в год. Уже в конце 60х годов было получено экспериментальное подтверждение этой гипотезы. При бурении глубокой Рис. 3.34. Таяние на коренном ложе Антарктического ледникового покрова скважины на станции Бэрд буровой снаряд на глубине 2164 м достиг ложа, и в скважину стала поступать вода, поднявшаяся почти на 60 м.

Доказанное теперь и теоретически и экспериментально подледниковое таяние в Центральной Антарктиде имеет важные географические, геологические, климатические и биологические следствия (Зотиков, 1982б).

Наличие жидкой воды под многокилометровой толщей ледникового покрова, очевидно, приводит к формированию подледниковой дренажной сети. Такая же сеть озер и каналов, повидимо­му, возникала и в центральных частях плейстоценовых ледниковых покровов Европы и Америки. В результате здесь формировались типичные аллювиальные формы рельефа. Следовательно, они возникали не только в процессе дегляциации, как иногда считают и сейчас, но и в период максимального развития ледниковых покровов.

Подледниковые воды в центре ледниковых щитов типа Ант­арктического служат гидравлическим передатчиком высокого давления воды в глубинные слои горных пород. Это вызывает движение жидкостей и газов в породах к периферии щитов. Таким образом можно объяснить приуроченность нефтяных и газовых месторождений к периферии древних ледниковых покровов Европы и Америки. Отсюда ясно, что и в Антарктиде край ледникового покрова и обрамляющие его области антарктического шельфа могут содержать значительные скопления нефти и газа.

Поступающая изпод центральных областей ледникового покрова под шельфовые ледники талая пресная вода вступает в контакт с холодной морской водой и опять замерзает в тыловых частях шельфовых ледников. При потеплении климата и возрастании количества вытекающей изпод ледникового покрова воды возможно действие обратных связей. Повторное замерзание пресной воды приводит к большему нарастанию льда в шельфовых ледниках и тем самым стабилизирует при меняющемся климате границы наземного антарктического оледенения и океана в районе шельфовых ледников.

В условиях постоянного подледникового таяния к нижней поверхности ледника поступает не только свежая пресная вода, но и растворенный в ней воздух, сжатый до давления в несколько сот атмосфер, а также пыльца и другие органические вещества, принесенные на ледник вместе с атмосферными осадками. Не исключено, что в таких условиях у ложа Антарктиды существуют своеобразные проявления жизни.

Поскольку на значительных пространствах ледникового ложа Антарктиды непрерывно идут процессы таяния, нельзя утверждать, что Антарктический ледниковый покров находится в устойчивом состоянии. Вполне вероятно, что весь ледниковый щит или отдельные его части подвержены периодическим резким наступаниям (сёрджам). Об этом я уже писал во второй части этой книги.

Подобный режим Антарктического ледника создает особую остроту при обсуждении вопроса о захоронении в Антарктиде радиоактивных отходов, впервые поднятого еще в 60х годах. Предполагалось, что за время движения вместе со льдом к побережью эти отходы полностью распадутся и станут безопасными. Однако это далеко не так.

Основным требованием к любой идее захоронения в ледниковом покрове веществ с высоким уровнем радиации должна быть уверенность в том, что окружающие океаны или атмосфера не будут заражены в результате неконтролируемой утечки радиоактивных отходов. Возможны три способа такого захоронения: свобод­ное втаивание в лед контейнеров с радиоактивными отходами; втаивание связанных контейнеров; помещение контейнеров на поверхности ледникового покрова. Все эти способы не гарантируют нежелательных изменений температурного режима и таяния льда в тех случаях, когда хранящие устройства выйдут из строя и радиоактивный материал начнет, втаивая, опускаться к ложу ледника.





Для решения вопроса о захоронении в Антарктиде тепловыделяющих веществ очень важно определить степень устойчивости ее ледникового покрова. За последние 250 тыс. лет ледниковые покровы Северного полушария появлялись и исчезали под действием естественных процессов, в то время как размеры Антарктического ледникового щита изменялись лишь на 10–20%. Наши знания о механизме возникновения и исчезновения ледниковых покровов, изменении солнечной постоянной, геотермическом потоке тепла и последствиях влияния человеческой деятельности на изменения климата пока недостаточны, чтобы предсказать будущее ледникового покрова Антарктиды.

Как мы только что видели, во многих районах Восточной Антарктиды под ледниковым покровом обнаружены подледные резервуары воды, и в обширных зонах ледников ложе имеет темпе­ратуру таяния льда. Подо льдом могут существовать каналы, по которым происходит сток воды в океан за очень короткий промежуток времени. Таким образом, хотя сейчас можно более твердо, чем ранее, говорить о мерзлом состоянии некоторых областей подледникового ложа, эти области все же относительно малы, и нет никакой уверенности в том, что они и впредь будут оставаться мерзлыми. К этому стоит добавить, что к настоящему времени выяснена большая чувствительность ледникового покрова, а следовательно, и глобальная опасность, к захоронению тепловыделя­ю­щих радиоактивных материалов даже в его верхних слоях.

В стационарных условиях частицы льда или термически инертные загрязнения будут находиться в некоторых районах Восточной Антарктиды в течение 105 лет. Методы динамической гляциологии позволяют предсказать время пребывания частицы в ледниковом покрове на тысячу или десять тысяч лет вперед, но мы пока не имеем возможности предвидеть поведение самого ледникового покрова. Более того, сказанное относится к ледниковому покрову, находящемуся в стационарном состоянии, но такая модель не учитывает элементов риска изза возможных резких наступаний ледника.

Таким образом, Антарктический ледниковый покров не должен служить местом захоронения радиоактивных веществ, которые необходимо изолировать от биосферы на период в несколько сотен тысяч лет. Но для определенного ответа на это вопрос с научных позиций наших знаний о физике и термодинамике ледниковых покровов еще недостаточно.

Подледное озеро «Восток» Итак, в начале 60х годов И.А. Зотиков теоретически доказал, что существует критическая толщина ледника, при превышении которой на ледниковом ложе начинается таяние льда. В результате расчетов для ледникового покрова от станции Мирный в глубь континента выяснилось, что уже в 350 км от берега реальная толщина льда начинает превышать ее критическое значение, так что почти во всей Центральной Антарктиде, несмотря на очень низкие средние годовые температуры, у ложа идет непрерывное таяние.

В 1959 и 1964 гг. при сейсмозондировании в Центральной Ант­арктиде А.П. Капица получил сейсмограммы в районе станции Восток с двумя отражениями на глубинах 3730 и 4130 м. Тогда верхнее отражение приняли за отражение от днища льда, а нижнее отражение приписали границе ледниковых отложений и коренных пород. Однако последующий анализ показал, что вполне вероятно, а теперь уже определенно, мы имеем здесь дело не с ледниковыми отложениями, а с водной толщей, превышающей 400 м.

В 70х годах Британский полярный институт им. Р. Скотта выполнил большую программу полетов (см. рис. 2.2) с радиозондированием в Центральной Антарктиде (Oswald, 1975; Oswald, Robin, 1973; Robin et al., 1971). На лентах радиозондирования в некоторых местах маршруты пересекали участки, где отражения подо льдом принимали своеобразный характер (рис. 3.35). Можно было предположить, что в этих местах полетные линии пересекали крупные скопления подледниковых вод, которые тогда, в 70х годах, были названы подледными озерами.

Плотность полетных галсов в антарктические летние сезоны 1971/72 и 1974/75 гг. с зарегистрированными «водными отражениями» от дна ледника в районе станции Восток была столь велика, что Г. Робин с коллегами (Robin et al., 1977) предположил существование в центральной части Восточной Антарктиды большого подледного озера с центром примерно в 150 км к северозападу от станции Восток.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.