Δρw : Δρi = ρwghw — ρighi,
где ρw и ρi — объемный вес воды и льда, g — ускорение силы тяжести, hw и hi — высота столба воды и льда. Соответственно при глубине трещины 30 м и глубине воды в ней 5 м у дна трещины возникает добавочное давление, равное 5∙104 Па. А как следует из степенного характера закона течения льда, даже незначительное увеличение напряжения вызывает существенное увеличение скорости деформации льда.
Таким образом, гидростатическое давление воды является немаловажным механизмом, способствующим проникновению воды внутрь ледников. Кроме того, даже незначительный поток энергии в направлении, перпендикулярном поверхности раздела лед—вода (где лед имеет температуру, равную температуре плавления), может вызвать фазовые переходы, приводящие к изменению водовмещающих емкостей.
Почти вся вода внутри ледников сконцентрирована в каналах стока, протягивающихся на многие километры. Диаметр таких каналов может превышать 2—2,5 м. Косвенным доказательством их существования служат фонтанирующие источники, которые обнаруживали на разных ледниках. Вода скапливается не только в каналах стока, но также в кавернах и линзах во льду.
Немаловажным источником воды, вытекающей из-под ледников, является донное таяние льда, которое происходит практически на всех ледниках, кроме тех, которые приморожены к ложу. Главный источник тепла в основании ледников — медленный геотермический подток тепла и небольшое количество тепла, выделяющегося в процессе движения льда при трении о ложе. X. Гесс в 1935 г. показал, что в среднем донное таяние на альпийских ледниках составляет менее 5,3 см/год, тогда как поверхностное таяние исчисляется несколькими метрами в год. На существование донного таяния указывают потоки воды, вытекающие из-под ледника даже зимой.
Значительные потоки талых вод, устремляясь внутрь ледника, часто высверливают глубокие колодцы и мельницы и в конечном итоге достигают дна ледника, где продолжают свой стремительный бег уже по каменному ложу. Полости мельниц и сухие русла на поверхности ледников отмечают прежние пути наледниковых потоков. Почти вся вода, образующаяся за счет таяния льда, бурными потоками вырывается наружу из ледниковых туннелей и гротов. Эти зияющие полости находятся на концах ледников. Нередко там образуются огромные арки высотой в несколько метров — «ледниковые ворота».
Чарующие оттенки голубого и зеленоватого льда в сочетании с грохочущей белопенной массой воды оставляют на всю жизнь неповторимые воспоминания о соприкосновении с миром льда. Ледниковые гроты и туннели привлекают пристальное внимание ученых, так как по этим полостям можно проникнуть в глубь ледника и провести там важные исследования. Но быстрое таяние ледяных сводов обусловливает недолговечность этих природных лабораторий. О подстерегающей опасности красноречиво предупреждают многочисленные отвалившиеся глыбы льда у входа в полости. Поэтому путешествие внутрь ледника обычно начинается с тщательного и длительного наблюдения за состоянием ледяного свода. Как далеко можно проникнуть внутрь ледников?
Протяженность естественных туннелей обычно не превышает несколько сотен метров. В 1982 г. на леднике Семенова в районе массива Хан-Тенгри на Центральном Тянь-Шане мы обследовали ледниковый грот длиной не менее 300 м. Он был двухэтажным, общая высота полости составляла примерно 8 м. Второй этаж внешне напоминал наблюдательную площадку, забраться на которую мы смогли по довольно крутой ледяной стене. В глубь грота площадка обрывалась почти отвесно, и, чтобы попасть на первый этаж, пришлось бы спуститься с высоты около 4 м на развалы крупных окатанных камней. Поглядев на их скользкие грани, блестевшие в полумраке, мы так и не рискнули прыгнуть и вернулись обратно. После недолгих поисков нам удалось обнаружить еще одно отверстие, которое вело на нижний этаж грота. Этот вход был настолько узок, что нам пришлось с трудом протискиваться сквозь ледяные стенки; зато буквально через несколько шагов высота ледяной пещеры увеличилась настолько, что мы выпрямились в полный рост. А пройдя по темному и мрачному ледяному коридору метров 70, мы очутились в том самом месте, которое только что видели с площадки верхнего этажа.
Здесь пещера освещалась проникающим сверху светом. Ледяные стены в нескольких местах были просверлены потоками талых вод. Они бурлили и исчезали внизу, где текла уже настоящая подледниковая река. Развалы камней под ногами оказались отложениями ледника — донной мореной, а под ними просматривалось скальное ложе, исчерченное причудливыми штрихами и бороздами. Здесь ледник методично разрушал свое ложе, буквально выбивал из него каменные обломки. Голубой свод первого этажа грота был весьма непрочен, от него то и дело обрывались крупные глыбы и с грохотом разбивались внизу. Такие опасные участки мы пересекали резкими перебежками. Только попав в темный дальный угол ледяного зала, мы почувствовали себя в безопасности. И тут, к нашему удивлению, выяснилось, что грот продолжается еще дальше узким коридором, по которому удалось пройти еще метров 150, освещая путь карманными фонарями. Под ногами была довольно ровная ледяная поверхность — прежнее ледяное русло реки. Относительно недавно река глубже врезалась в лед, и теперь поток рокотал метра на три ниже нас.
Грот, в котором мы побывали, вовсе не считается особенно большим. Известно, например, что под ледником Южный Иныльчек, тоже сползающим с массива Хан-Тенгри, вероятно, находится туннель протяженностью около 14 км. Он идет от конца ледника до озера Мерцбахера, названного по имени известного немецкого географа, который впервые проник в этот труднодоступный уголок Тянь-Шаня в самом начале нынешнего столетия. Ф. Мерцбахер обратил внимание, что язык ледника Южный Иныльчек является, в сущности, гигантской ледяной плотиной, которая преграждает сток с соседнего ледника Северный Иныльчек. Таким образом, озеро Мерцбахера является ледниково-подпрудным. Уровень воды в нем подвержен резким колебаниям. К концу лета (чаще всего в начале сентября) озеро максимально наполняется талыми водами ледника Северный Иныльчек. В это время оно имеет длину около 4 км, ширину 1 км и объем порядка 200 млн. м3. Под влиянием скопившейся воды ледяная плотина неожиданно всплывает, и огромный бурлящий поток врывается в чрево ледника Южный Иныльчек по туннелю. Вода быстро достигает конца ледника и вызывает паводок на реке Иныльчек (рис. 5). Котловина озера опустошается буквально за несколько дней, после чего вход в туннель снова закупоривается льдом до следующего года. Регулярность паводков на реке Иныльчек и их большие масштабы вызывают необходимость проведения постоянных наблюдений за состоянием ледников и уровнем озера. Сейчас на основе этих данных удается заблаговременно подготовиться к прорыву ледяной плотины и тем самым избежать возможных катастрофических последствий паводка.
Рис. 5. Схематический разрез через ледники Южный и Северный Иныльчек
а — перед прорывом озера Мерцбахера; б — после прорыва; в — гидрограф стока в устье реки Иныльчек в июне—сентябре 1963 г. Максимальный расход воды связан с прорывом озера
1 — верхний ярус ледников; 2 — средний ярус, по которому происходит сток воды из озера; 3 — нижний ярус; 4 — ледяной барьер и озеро с айсбергами; 5 — айсберги на сухом дне озера
Воздействие одного из таких паводков нам довелось испытать на себе. Это произошло осенью 1982 г. на Шпицбергене во время проведения гляциологических работ на леднике Грёнфьорд. В течение нескольких дней шли проливные дожди, и мы отсиживались в крошечном деревянном домике, построенном на песчаной равнине неподалеку от конца ледника. Однажды вечером мы заметили, что наш дом превратился в корабль, который, медленно покачиваясь, двигался в море. Как это могло произойти? Ведь невозможно было предположить, что дом, благополучно простоявший полтора десятка лет, будет снесен неожиданным ледниковым паводком именно во время нашего в нем пребывания. При таких паводках бурлящие потоки талых вод особенно быстро меняют свои русла. На пути одного из потоков и оказался наш домик. С большими трудностями, спасая наиболее ценное снаряжение, нам удалось выбраться из ледяной воды.
Ледниковые туннели известны и в других горных странах, но раньше всего с ними познакомились жители Альп, что нередко кончалось драматически. Из книги в книгу переходит история о том, как в конце прошлого века один швейцарец упал в трещину Гриндельвальдского ледника, но по счастливой случайности остался жив. Проскользив вниз около 120 м, он достиг основания ледника, отделавшись лишь переломом руки. Не потеряв присутствия духа, в полной темноте он начал искать выход из ледяной западни и, двигаясь по туннелю, вышел из ледника у подножия горы Веттерхорн.
