Оледенение арктических островов
Особенности климата Земли Франца-Иосифа определяются высокоширотным положением, большой продолжительностью полярной ночи (120—125 суток), низким положением Солнца во время полярного дня (не выше 31—33° над горизонтом), большим альбедо снежно-ледяной поверхности (70—90%), а также положением архипелага вблизи от оси Исландско-Карской барической депрессии — основного пути движения циклонов из Северной Атлантики, приносящих обильные для этих широт осадки. В совокупности создаются благоприятные условия для существования ледников.
На Земле Франца-Иосифа четко различаются периоды аккумуляции и абляции. Период аккумуляции длится с сентября по май включительно и характеризуется резко выраженным циклоническим режимом погоды со снегопадами и метелями, отсутствием очень сильных морозов, но с отрицательными температурами воздуха на протяжении всего этого периода. Количество твердых осадков составляет около 200 мм. Ветровой режим отличается неустойчивостью: слабые ветры сменяются штормами. Средняя скорость ветра 8—9 м/с. Преобладающие по направлению и более сильные ветры — восточные и юго-восточные. Они играют большую роль как в распределении выпадающих осадков, так и в перераспределении уже отложенных.
Период абляции продолжается с июня по август и характеризуется устойчивыми положительными температурами воздуха. На уровне моря период абляции длится от 60—65 дней на юге архипелага до 40—45 дней — на севере. Наиболее интенсивное таяние снега и льда происходит во время вторжений теплого воздуха с южными и юго-западными ветрами, когда температура может подняться выше +10° при небольшой относительной влажности воздуха. Но большую часть теплого времени года стоит сырая облачная погода с туманами и периодическими снегопадами, что сильно снижает таяние ледников, а иногда оно и совсем прекращается.
При поднятии над уровнем моря по склонам ледниковых куполов температура воздуха понижается примерно на 0,6° на каждые 100 м высоты. В результате на высоких ледниковых куполах ни один из месяцев года не имеет средней температуры воздуха выше 0°, хотя отдельные теплые дни могут быть и там. Вертикальный градиент осадков равен 50 мм на 100 м. Следовательно, на самых высоких куполах архипелага годовая сумма осадков составит 440—450 мм. В период аккумуляции все осадки выпадают в твердом виде, в период абляции на их долю приходится примерно половина. В распределении осадков по территории архипелага наблюдается определенная асимметрия: на юге и юго-востоке осадков выпадает примерно в полтора раза больше, чем на северо-западе, что связано с различной удаленностью от источника питания — основной трассы влагонесущих циклонов, расположенной к юго-востоку от архипелага. Тепловой баланс ледников региона характеризуется приходом тепла главным образом за счет турбулентного теплообмена с атмосферой и расходом за счет радиационных условий. Вследствие высокого альбедо поверхности радиационный баланс большую часть года отрицательный, и только в течение 3 летних месяцев приход радиационного тепла преобладает над расходом, тогда как поступление тепла из атмосферы, приносимого относительно теплыми циклонами, происходит в течение 9—10 месяцев в году. Лишь в короткий период абляции радиационный теплоприход к поверхности является преобладающим, и таяние снега и льда на 75% идет за счет радиационного тепла и на 25% — за счет турбулентного теплообмена с воздухом.
В верхних частях ледниковых покровов, сложенных с поверхности снегом и фирном, таяние имеет место, но стока талых вод не происходит — они просачиваются в фирн и снова замерзают, а выделяемое при этом тепло идет на прогревание ледниковой толщи. Вниз по склонам ледяных куполов и выводных ледников абляция постепенно увеличивается. Средняя многолетняя величина поверхностной абляции на архипелаге составляет от 30—35 до 45—50 г/см2в год. Максимальная наблюденная величина суммарной годовой абляции равна 250 г/см2. Однако основную статью расхода ледников Земли Франца-Иосифа составляет откол айсбергов и морская абразия спускающихся к морю ледяных берегов, суммарная протяженность которых достигает 2655 км. По приблизительному расчету, с 1 км фронта выводных ледников на о. Гукера расходуется до 2 млн т льда в год, а с малоподвижных краев ледниковых покровов — до 0,2 млн т льда в год. По самому приблизительному подсчету суммарный годовой расход льда за счет откола айсбергов и морской абразии на Земле Франца-Иосифа составляет 2,5 млрд м3, или 2,3 млрд т.
На ледниках Земли Франца-Иосифа гляциологи выделяют следующие зоны льдообразования: снежно-ледяную (предположительно), холодную фирновую, ледяного питания и абляции. Наиболее распространена холодная фирновая зона, занимающая 70% общей площади области питания ледников архипелага. В этой зоне превращение снега в фирн и лед происходит в течение нескольких лет и завершается на глубине 15—20 м. Расположенная ниже ледяная зона занимает интервал между холодной фирновой зоной и верхней границей области абляции. Таким образом, верхняя граница ледяной зоны совпадает с фирновой линией, а нижняя — с границей питания. Этой зоной занято около одной трети площади области питания архипелага. В целом же вся область питания на Земле Франца-Иосифа составляет 44% от общей площади оледенения, а 56% приходится на область абляции.
Верхние горизонты ледниковой толщи в пределах холодной фирновой зоны испытывают частичное прогревание за счет повторного замерзания талых вод, и поэтому температура здесь выше, чем в расположенной гипсометрически ниже зоне ледяного питания. Так, по наблюдениям на куполе Чюрлениса (о. Гукера) в пределах холодной фирновой зоны температура льда на глубине 9 м и более устойчиво держалась —3°, а в зоне ледяного питания на тех же уровнях была -10°.
Немногочисленные сведения о скоростях движения льда ледников Земли Франца-Иосифа свидетельствуют о том, что в ледниковых куполах лед движется со скоростями, меньшими примерно на порядок, чем в выводных ледниках. По измерениям на о. Гукера скорость движения льда в пределах ледникового купола Чюрлениса не превышала нескольких метров в год, а на выводных ледниках Седова и Юрия достигала 50—60 м в год. Почти все выводные ледники Земли Франца-Иосифа оканчиваются в море, и поэтому скорости движения льда в этих ледниках, как и в выводных ледниках Антарктиды и Гренландии, увеличиваются от истоков вплоть до фронтального обрыва ледниковых языков. В этом отношении они коренным образом отличаются от горных ледников, оканчивающихся на суше, для которых характерно убывание скоростей движения льда от границы питания к концам ледниковых языков. Как и в других ледниковых районах, наблюдается увеличение скоростей движения льда летом и уменьшение зимой. Отмечены также коротко-периодические колебания часовых и суточных скоростей движения льда.
Наблюдения за балансом массы льда и соответствующие расчеты свидетельствуют о том, что за 30 лет (с 1930 по 1959 г.) ледниковые покровы Земли Франца-Иосифа ежегодно теряли более 3 млрд т, или 23—24 г/см2. За 30 лет это соответствует 8-метровому слою льда. Приведенные данные согласуются с эволюцией климатических условий в пределах атлантико-европейской климатической области Арктики [Каталог ледников. 1965; Гросвалъд и др. 1973].
О. Ушакова находится в Северном Ледовитом океане между Землей Франца-Иосифа и Северной Землей. Он целиком покрыт льдом — коренные породы нигде не выходят на поверхность. По данным сейсмозондирования, ледниковый покров острова лежит на низменном цоколе из коренных пород, самые высокие части которого поднимаются немногим более 50 м над ур. м., а в ряде мест ложе ледника расположено ниже уровня моря.
Ледниковый покров острова представляет собой единый купол площадью 325,5 км2. В центре, где толщина льда достигает 250 м, он поднимается почти до 300 м над ур. м. К периферии купола, имеющего в плане слегка овальные очертания, толщина льда постепенно уменьшается. К морю края купола обрываются ледяными стенами высотой от нескольких до 20—30 м. На севере острова незначительно выдвинулся в море конец небольшого выводного ледника.
Остров отличается суровым климатом. Средняя годовая температура воздуха равна -14,5°, а самого теплого месяца (июля) -0,3°. В году не более 20— 30 дней с положительной температурой воздуха. Характерны высокая относительная влажность, частые туманы, пасмурная погода. В верхних частях купола выпадает 350—^ЮО мм, на высоте 50 м — около 200 мм осадков в год. Выпадают они преимущественно в твердом виде в осенне-зимние месяцы, когда преобладают юго-восточные ветры. Летнее таяние хотя и кратковременно, но происходит достаточно интенсивно и охватывает всю площадь купола. Поверхность купола выше 150 м занята холодной фир-ново-ледяной зоной, где ежегодно образуется горизонт фирна с небольшими прослоями инфильтрационного льда. Ниже по склону текут многочисленные мелкие ручьи, талые воды заполняют поры снежного остатка, и при замерзании в этой зоне образуется сплошной слой льда. С краевого обрыва ледникового купола и выводного ледника в море время от времени обрушиваются глыбы льда, образуя небольшие айсберги.
В настоящее время ледниковый покров о. Ушакова не имеет признаков отступания. Прошлая эволюция ледникового покрова неизвестна [Каталог ледников. 1980].
Северная Земля — самый северный архипелаг Азии — расположена между морями Карским и Лаптевых, на юге отделена от п-ова Таймыр проливом Виль-кицкого. Архипелаг состоит из 4 крупных островов (Октябрьской Революции, Большевик, Комсомолец и Пионер) и ряда мелких. Северная Земля была открыта в 1913 г. русской гидрографической экспедицией на кораблях «Таймыр» и «Вайгач», впервые исследована и нанесена на карту экспедицией Всесоюзного арктического института в 1930 — 1933 гг. [Урванцев. 1935; Ушаков. 1951].
Острова сложены интенсивно дислоцированными породами различного состава и возраста — от протерозоя до кайнозоя (песчаниками, сланцами, известняками, доломитами, диабазами, гранитами). Тектонические разломы делят архипелаг на отдельные островные блоки, в частности ими предопределены узкие и глубокие проливы Шокальского и Красной Армии.
Рельеф островов преимущественно платообразный, переходящий на отдельных островах в пологохолмистый и равнинный с останцовыми возвышенностями. Наиболее возвышенные участки островов покрыты ледниками. Вершины ледяных куполов поднимаются до 900 — 950 м на о-вах Большевик и Октябрьской Революции и до 780 м на о. Комсомолец.
Северная Земля по площади оледенения и запасам воды, законсервированной в ледниках, стоит на втором месте в советской Арктике после Новой Земли: ледники занимают примерно половину всей площади островов (Прилож. № 2, табл. 6). Подавляющее большинство их относится к покровному типу и представлено сложными ледниковыми щитами и ледниковыми куполами с выводными ледниками по периферии. Кроме того, довольно много небольших ледников горного типа: долинных, каровых, присклоновых, висячих и др., но на их долю приходится лишь немногим более 1,2% общей площади оледенения.
В Каталоге ледников СССР на Северной Земле выделено 17 ледниковых комплексов, включающих 225 ледников общей площадью 17 180 км2, в том числе: 51 купол — 13 781 км2, 99 выводных ледников — 2985 км2, 3 шельфовых ледника — 258 км2и 72 ледника других типов — 157 км2. Кроме ледниковых комплексов на Северной Земле есть еще 62 ледника площадью 1145 км2, в том числе 16 простых куполов — 1076 км2и 46 ледников горного типа — 69 км2. Всего же на Северной Земле насчитывается 287 ледников общей площадью 18 325 км2 (Прилож. № 2, табл. 7).
Ледниковые щиты и купола в их внутренних частях характеризуются плато-образной или слабовыпуклой поверхностью, и лишь у краев склоны становятся круче, местами появляются выводные ледники. Сложный подледный рельеф часто не находит отражения в рельефе ледниковой поверхности, что является следствием больших мощностей льда (до 500 — 600 м). Трещины во внутренних частях ледниковых щитов и куполов встречаются редко, в краевых же частях, особенно на языках выводных ледников, трещин много, и они служат препятствием для транспорта. Ряд выводных ледников спускается к морю ледяными обрывами и продуцирует айсберги. Из 500 км общей протяженности ледяных берегов на Северной Земле около 190 км приходится на долю активных фронтальных обрывов ледников. Часть выводных ледников оканчивается на суше. Их концы окаймлены моренными грядами. На о-вах Комсомолец и Октябрьской Революции есть один довольно большой и два небольших шельфовых ледника, получающих питание с ледниковых щитов. Морфология и размеры ледников горных типов почти целиком зависят от орографических условий.
Климат Северной Земли определяется ее высокоширотным положением и влиянием основных барических центров — арктического и сибирского антициклонов, с одной стороны, и Баренцево-Карской ложбины Исландской депрессии — с другой. Циклоны проникают на архипелаг со стороны Карского моря в осенне-зимнее время. Антицикло-нальный режим погоды устанавливается обычно в марте — апреле. Циклоны, идущие со стороны Атлантики, приносят пасмурную погоду и осадки, а антициклоны — морозы. На побережье средняя температура самого холодного месяца (февраль) -33°, самого теплого (август) . +1,6°. На вершинах щитов и куполов температура воздуха в течение всего года не поднимается выше 0°. Бесснежный период ни прибрежных равнинах продолжается 2—2,5 месяца. Осадков здесь выпадает от 100 до 230 мм в год, в том числе до 90 мм в виде снега. На ледяных щитах и куполах до высоты 400 м количество твердых осадков равно примерно 150 мм, а на высотах 750 — 950 м над ур. м. — 450 — 500 мм в год.
Климатические условия определяют высоту границы питания и фирновой линии. Наиболее низкое положение (300 — 370 м) граница питания занимает на о. Шмидта и на щите Академии Наук (о. Комсомолец). В юго-восточном направлении уровень границы питания постепенно повышается до 600 м на южном склоне ледника Ленинградского (о. Большевик). Фирновая линия лежит всюду выше границы питания на 150 —350 м. Этот интервал занят зоной ледяного питания ледников.
Питание ледников снегом обеспечивается в основном циклонами, которые приходят с запада. На вершине щита Академии Наук аккумуляция составляет 40 — 45 г/см2в год, по мере движения на юго-восток она уменьшается до 15 — 20 г/см2в год на вершине щита Ленинградского. Аккумуляция на вершинах ледниковых щитов и куполов существенно снижается ветрами, сдувающими снег в депрессии рельефа и в зону абляции. Малая мощность фирна (льдообразование завершается в 2 — 3 года) на ледниках Северной Земли приводит к сильному выхолаживанию ледниковой толщи, и на глубине затухания сезонных колебаний и ниже всегда держится отрицательная температура (в среднем -11,8°), близкая к средней годовой температуре воздуха в данном районе.
В теплое время года таяние захватывает практически всю поверхность ледников Северной Земли, хотя в привершинных частях ледниковых щитов и куполов оно незначительно. По наблюдениям на куполе Дежнева (о. Октябрьской Революции), в 1965 г. период таяния продолжался 70 дней (июнь — август). За это время на куполе на высоте 405 м над ур. м. абляция составила 133,4 г/см2, а у края ледникового купола — 250 — 300 г/см2.
По наблюдениям за 1974 — 1980 гг., на всей площади купола Вавилова (о. Октябрьской Революции) средняя аккумуляция составила 31 г/см2,