Ледовая река! При взгляде на горно-долинные ледники, особенно издалека, сравнение их с реками приходит на ум само собой. Как и вода, лед заполняет нижнюю часть долины и движется по ней сверху вниз под действием силы тяжести. Как и река, ледник обтекает высокие выступы долины, образуя своего рода острова. Ледники-притоки никогда не пересекают главный ледник, а вливаются в него. Правда, они долго сохраняют самостоятельность, отгораживаясь от основного потока каменной грядой. Но и на реках такое явление нередко: на протяжении многих километров ниже устья воды Суры и Свияги текут под правым берегом Волги, резко отличаясь цветом от ее воды.
Однако если это и река, то течет она чрезвычайно медленно. Воды горных потоков за сутки успевают проделать путь до 100 км. За это же время горные ледники смещаются на несколько сантиметров. Скорость 1 м в сутки встречается очень редко и преимущественно лишь на очень крупных долинных ледниках Гималаев. В большинстве же случаев она составляет 1–80 см/сутки.
Вода не только в реках, но и в океанах, и в озерах движется в тысячи раз быстрее ледников.
Огромное количественное различие приводит к качественно различному типу движения водных и ледниковых потоков. Бросим в реку на разном расстоянии от берега пронумерованные по порядку поплавки и последим за ними. Рано или поздно номера их перепутаются: тот, что был у правого берега, выйдет на середину или к левому берегу, и наоборот. Такая путаница вызывается неустойчивым, вихревым, или турбулентным, характером движения водных потоков.
Забурим в ледник несколько таким же образом пронумерованных реек и будем из года в год наносить их точное положение на план. Картина получится совершенно иной: пути реек, или линии тока льда, нигде не пересекутся. Каждая из них прочертит на плане кривую без всяких петель и изгибов. Такое абсолютно устойчивое движение потока называется ламинарным. В воде такой поток удается получить только в лабораторных условиях. Ледниковые же потоки движутся именно таким образом.
Представим себя в составе группы туристов, продвигающейся вверх по леднику, которая собирается перевалить через его верховья и выйти в другую долину. Вечер наступил неожиданно быстро, поднимающиеся над ледником крутые скальные стены дали густые тени. Похолодало. Поверхность льда подмерзла, как бы высохла. Пора было разбивать лагерь и готовиться к ночевке. Но ни одного ровного участка на скалах найти не удалось, и было решено поставить палатку прямо на льду. Четыре человека расположились вдоль стенок палатки, посередине разместили рюкзаки, импровизированный стол.
Ночью туристы проснулись от глухих ударов. Опасаясь землетрясения, они выглянули из палатки, но все было тихо. Ни один камень не упал со скал. Крепкий предутренний сон овладел обитателями палатки. Когда они проснулись, то увидели, что палатка провисла и была готова вот-вот упасть. А в середине, между спальными местами, зиял провал во льду. Заглянуть в него можно было, не вылезая из мешка. Гладкие отвесные стенки трещины мерцали голубовато-зеленым светом. Они уходили на 10–20 м в глубь ледника. К счастью, ширина трещины была недостаточна, чтобы поглотить рюкзаки, а тем более самих путешественников.
Дальнейший путь по леднику оказался трудным. Трещины встречались через каждые 10–20 м, а ширина их местами достигала нескольких метров. Правда, ни одна трещина не пересекла ледник от берега до берега.
Кончилась зона трещин. Туристы вышли на ровное и спокойное фирновое поле и направились к перевалу. Там, где пологий участок переходит в крутой подъем, их ожидала самая большая трещина. Она протянулась в виде гигантской подковы, отделяя основную массу фирна от фирново-ледяной облицовки, покрывающей крутые горные склоны. Ширина подгорной трещины (швейцарцы назвали ее бергшрунд) местами достигала 10 м, а глубина – многих десятков метров. На отвесных ледяных стенах были прекрасно видны ежегодные слои фирна, разделенные темными загрязненными, иногда насыщенными валунами прослойками, образовавшимися во время летнего таяния.
Такие обнажения – овеществленная история ледника. Вон виднеется очень тонкий, несколько дециметров, слой. В то лето (какое именно – легко подсчитать по числу слоев) «здоровье» ледника резко ухудшалось: почти весь зимний снег успел стаять. Многочисленные валуны свидетельствуют об усилившихся в то время камнепадах. А рядом лежит слой толщиной в несколько метров– то был удачный для ледника год с богатым питанием.
Заглядывая в головокружительную пропасть бергшрунда, туристы насчитали пять или шесть слоев фирна, а глубже пошли уже слои льда. Вот она, кухня ледникового, или глетчерного, льда. Фирн спрессовывается под давлением все нарастающих сверху толщ, а поры между его зернами заполняются водой, замерзающей со временем.
Обойдя бергшрунд, туристы поднимаются на перевал. Теперь весь ледник виден как на ладони. С верхней точки, пожалуй, удобнее всего представить себе наиболее общую схему движения ледника. Но для этого придется вооружиться пространственно-временным воображением. Ведь предстоит мысленно ускорить изнурительно медленное движение реального ледника и к тому же проследить за движением в его непрозрачных глубинах.
В последний момент последнего дня периода абляции окрасим небольшую площадку в верховьях фирнового бассейна идеальным неразмываемым красителем. Отметим попутно, что в подобных экспериментах многое приходится абстрагировать. Итак, кусочек фирна окрашен. Таяние в этом году закончилось, и первый зимний снег похоронил окрашенную площадку. Со временем она будет уходить все глубже под снег. В течение лета какая-то часть его растает, а другая останется в виде слоя чистого накопления фирна. Через год наша площадка окажется уже на некоторой глубине под поверхностью ледника. Но если ледник, на котором ведется опыт, находится в устойчивом (стационарном) состоянии,. длительно не изменяет форму и размеры, то, следовательно, наша площадка продвинулась вниз не только относительно его поверхности, но и относительно неподвижного скального ложа. Мало того. Выше по течению от маркированной площадки тоже накопилась какая-то масса фирна, причем поверхность ледника.. и здесь не изменила своей высотной отметки. А это значит, что наша площадка не только опустилась вниз, но и сдвинулась вперед. Если сложить оба эти ее движения по правилу сложения векторов, то результирующий вектор окажется направленным вниз по течению ледника и в то же время в глубину его тела.
Так будет продолжаться год за годом, десятилетие за десятилетием. Не упуская все время из вида окрашенную площадку, мы увидим ее след в виде плавно изогнутой пространственной кривой, или траекторию движения льда. Глубже всего площадка погрузится под поверхность ледника на вертикали, проведенной через границу питания. А на дальнейшем пути своего следования она начнет приближаться к поверхности. Ведь в области абляции ежегодно стаивает какой-то слой льда, в то же время уровень поверхности устойчивого ледника не снижается. Это возможно только благодаря тому, что лед движется не только вперед, но и вверх, восполняя тем самым срезанные таянием слои.
Наш воображаемый эксперимент подтверждается геометрически (см. рисунок на стр. 104). Он подтверждается и данными физических экспериментов. Интересны, например, опыты с металлическими стержнями, вмороженными в лед. Их смещение определяли затем методами магнитометрии и электроразведки. К сожалению, нужны века, чтобы проследить траектории стержней по всей длине даже небольшого ледника.
Но хитроумные исследователи пытаются обойти даже относительную скоротечность жизни человека. Конечно, нельзя ускорить естественный процесс движения ледника. Однако можно подобрать другой физический объект, отличный по пространственно-временным масштабам, но подчиненный тем же законам движения. Метод, называемый физическим моделированием, находит все большее применение в науке о движении ледников. Влажная глина, мыло, вар и другие самые неожиданные вещества – вот материал, из которого создаются совсем маленькие и подвижные ледники. Во многих случаях экспериментаторам уже удалось с их помощью воспроизвести в лаборатории ряд явлений, характерных для настоящих природных ледников.
Исходя только из установленной и вполне очевидной геометрической схемы движения ледника, можно выяснить и некоторые важные характеристики этого движения. Возьмем для примера небольшой карово-долинный ледник Института географии АН СССР (Полярный Урал), который уже более 10 лет непрерывно исследуют гляциологи. Площадь его аккумуляции в среднем 300 000 кв. м, а ежегодное чистое накопление массы в среднем по этой площади около 1 т в год на каждом квадратном метре. Геофизическими методами установлено также, что толщина льда «на границе питания (средняя толщина по поперечному разрезу шириной 600 м) равна 120 м, а его плотность 0,9 т/куб. м. Кроме того, наблюдения показали, что если поверхность языка ледника е последнее десятилетие значительно снижалась, то в верховьях ее положение вполне устойчиво.
Какой вывод можно сделать? Один-единственный. Чтобы ежегодно масса льда в 300 000 т проходила через поперечное сечение площадью 600 м Х 120 м = 72000 кв. м, ледник должен двигаться со скоростью 300 000 т/год: (0,9 т/куб. мХ72 000 кв. м) = 4,6 м/год. Многолетние измерения смещения реек, забуренных в лед, полностью подтверждают этот вывод.
