Р. Голдтвейт, проводивший структурные исследования льда на леднике Барно, установил, что плоскости скола образуют с ложем углы от 10 до 36°. Согласно его расчетам обломочный материал поступает по плоскостям с участка ложа, удаленного на 400 м от края ледника, где мощность льда составляет 60 м. В Гренландии плоскости сколов, обогащенные камнями, были зафиксированы на расстоянии 275 м от входа в глубокий туннель.
Механизм внедрения обломков в базальные части ледников, скорее всего, связан с их включением в лед при замерзании режеляционной пленки воды. Иногда по плоскостям сколов в ледники затягиваются целые пачки подстилающих мерзлых слоистых осадков — песков, алевритов, глин. Об одном из таких случаев сообщает Л. С. Троицкий, обнаруживший в основании ледника Валлокра на Шпицбергене в мореносодержащем льде пласт суглинков мощностью до 2 м, набитый раковинами морских моллюсков. Пласт был пронизан тонкими ледяными прослойками — шлирами, характерными для мерзлых грунтов. Можно предположить, что в данном случае плоскость скола была заложена не по кровле примороженных к леднику суглинков, а по одному из их внутренних ледяных шлиров, совпадающему с напластованием осадков. Конечно, конкретные механизмы поступления минеральной составляющей в основание ледников раскрыты еще не до конца. Но тем не менее ясно, что именно здесь кроется одна из узловых проблем динамической гляциологии. В этом отношении весьма перспективно структурное изучение мореносодержащего льда.
Обратим внимание, что в нижней части ледника часто заметна полосчатость, образование которой связывают с послойно-пластическим характером движения льда по внутренним плоскостям скольжения. Отличительным признаком полосчатости является чередование тонких прослоев молочно-белого льда с прозрачным и льдом, обогащенным обломочным материалом. По мнению советского гляциолога С. А. Евтеева, проводившего детальные структурные исследования в краевой части Антарктического покрова, во время послойно-пластического течения лед вдоль плоскости среза, по-видимому, частично плавится. При последующем замерзании он образует чистый, лишенный воздушных включений «хрустальный» лед. Последний чередуется со льдом, несущим большое количество обломочных частиц, и мутным белым льдом, в который мигрировали воздушные включения при таянии. Эта полосчатость, напоминающая слоеный пирог, хорошо выражена также в основании многих горных ледников.
Итак, мореносодержащий лед — важная составная часть ледников, и без его специального изучения невозможно понять, как ледники разрушают горы, выяснить происхождение многих специфических форм рельефа, которые встречаются в областях, ныне свободных от льда.
Роль ледников в разрушении гор
Самые характерные черты рельефа высокогорья — остроконечные гребни и вершины, огромные циркообразные углубления на склонах, корытообразные долины со скоплениями камней на их днищах, скалы, иссеченные рубцами и ссадинами. Встречая столь необычные образования на значительном удалении от современных ледников, конечно, трудно сразу догадаться, что это следы более обширного древнего оледенения. Не одно поколение ученых кропотливо изучают их распространение и строение, что в совокупности дает представление о размерах былых оледенений и роли ледников в разрушении гор.
Установлено, что движущийся лед в одних случаях может разрушать поверхность горных пород, а в других, напротив, сгружать огромные массы камней. Соответственно принято различать формы рельефа, возникшие в результате ледниковой эрозии и связанные с отложением ледниками каменного материла.
Экзарационные формы рельефа имеют разные размеры — от гигантских ледниковых долин (трогов) и углублений на склонах гор (каров), некогда вмещавших ледниковые тела, до небольших штрихов, выемок, рытвин и борозд на поверхности скал и даже отдельных камней.
Значительные участки скал вблизи современных ледников выглядят как сплошь отполированные льдом. Впервые на такие участки обратил внимание Л. Агассис в 1840 г., высказав правильное предположение об активной рельефообразующей роли движущегося льда. Следы механического воздействия ледников на ложе детально освещены в классическом труде П. А. Кропоткина «Исследования о ледниковом периоде».
Какой вид имеют отдельные формы ледниковой абразии? Обычно ледниковые штрихи отличаются небольшими размерами и крайне редко превышают 1 м в длину. Они встречаются на горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностях, ориентированных как по направлению движения льда, так и вкрест ему. Иногда штрихи начинаются и постепенно углубляются, но могут быть и резко очерченными на всем протяжении. Глубина штрихов различна: более крупные напоминают шрамы, или борозды, более мелкие — царапины.
Упоминавшиеся поверхности, внешне как будто гладко отполированные, на самом деле покрыты системой бесчисленных царапин, часть которых видна только под микроскопом. Естественно, степень полировки должна соответствовать размерам абрадирующих обломков. Наибольший эффект создает тонкий глинистый и алевритовый материал — ледниковая мука. Поверхности, отпрепарированные этим материалом, выглядят как отглянцованные.
Исследователь XIX в. Мартин писал: «Природа пользовалась здесь теми же приемами, которые применяем мы в технике при отделке металлов и камней: поверхность последних натирается шлифовальным порошком и приобретает гладкость и блеск благодаря отражению света от многочисленных невидимых глазу царапин. Скопления галек, песка и ила на дне ледника представляют собой такой шлифовальный порошок, подстилающая их порода заменяет поверхность металла, а ледник, двигающий камни и песок и давящий на них, является как бы рукой полировщика»[3].
Полированные скалы подвергаются выветриванию и недолго сохраняют свой свежий облик. Их возраст обычно не превышает 15—20 тыс. лет, что отвечает самым последним этапам ледниковой истории.
Мелкие царапины, по-видимому, образуются частицами песка и алеврита, в создании штрихов и борозд участвуют крупные валуны. Поскольку лед обладает меньшей прочностью, чем скальное ложе, ясно, что абрадирующие частицы, скорее всего, не просто вморожены в лед, а прижаты к ложу более крупными валунами. При скольжении ледника эти частицы врезаются в ложе на несколько миллиметров. Так, в Альпах X. Карол обнаружил в туннеле под ледником Обер-Гриндевальд штрихи глубиной 4 мм. П. Вейре во время подвижки другого ледника Боссон видел, как валуны, вмерзшие в основание ледника, штриховали ложе. В отдельных местах при этом появились настоящие шрамы длиной до 40 см, шириной до 1—2 см и глубиной до 3,5 мм. В боковой расщелине на леднике Конурленг на Тянь-Шане мы наблюдали и более крупные штрихи, врезанные в мраморную плиту на глубину до 6 мм.
Иногда при движении ледника режущие обломки не просто скользят по ложу, а испытывают дополнительное вращение. При этом в контакт с ложем вступают новые грани камней, и в результате возникает сложная система штриховки. Довольно непросто ответить также и на вопрос о происхождении крупных борозд, длина которых в областях древних покровных оледенений иногда исчисляется километрами, а глубина — десятками метров. Конечно, даже крупные долинные ледники не вырабатывают такие гигантские борозды. Однако в горах довольно часто встречаются продольные выемки длиной по нескольку десятков метров и глубиной до 0,5 м. Не исключено, что такие борозды маркируют преобладающие пути разноса крупных валунов и указывают направление движения древних ледников. Надо, впрочем, заметить, что с формами ледниковой штриховки могут иметь сходство штрихи, возникающие во время прохождения селей, снежных лавин и т. д. Направление штриховки часто меняется в связи с особенностями подледникового рельефа, например когда лед преодолевает скальные выступы.
Давно было отмечено, что если на поверхности мелкозернистых пород штриховка и полировка, выработанные ледником, достаточно четки, то на поверхности грубозернистых пород они менее ясно выражены, но зато там чаще сохраняются ледниковые выбоины. Со времен исследований Т. Чемберлена (1883 г.) различают выемки в форме полумесяца, выбоины с выпуклостью, обращенной против движения льда, и борозды движения, возникающие при вращательном движении обломков.
Существуют и более новые классификации ледниковых выбоин. Р. Даль, работавший в горах Северной Норвегии, предложил выделять: 1) ложбинки, ориентированные по направлению движения льда, глубиной до 0,5 м, с острыми краями и крутыми бортами, встречающиеся вместе со штриховкой; 2) борозды на крутых плоских поверхностях со сглаженными бортами; 3) серповидные выемки (не всегда строго симметричной формы), развитые на плоских поверхностях и склонах, нередко в сочетании с мелкими штрихами; 4) овальные ямки и котлы.
