Переуглубление характерно для котловин и долин , размытых ледниками . Чрезмерно углублённый профиль долины часто подвергается эрозии до глубины, которая находится на сотни метров ниже самой нижней непрерывной линии поверхности ( тальвег ) вдоль долины или водотока . Это явление наблюдается под современными ледниками, в соленых фьордах и пресноводных озерах, оставшихся после таяния ледников, а также в туннельных долинах , частично или полностью заполненных осадками . Когда канал , образованный ледником, заполняется обломками , подземная геоморфическая структура оказывается эрозионно врезанной в коренную породу и впоследствии заполненной отложениями. Эти глубоко углублённые врезы в скальные структуры могут достигать глубины в несколько сотен метров ниже дна долины. [1]
Углубленные фьорды и озера имеют важное экономическое значение как гавани и места для рыболовства. Особый интерес для инженеров, геологов-нефтяников и гидрологов представляют переуглубленные котловины и долины, заполненные осадками (называемые туннельными долинами ); инженеры применяют информацию для разработки фундаментов и строительства туннелей, геологи-нефтяники используют расположение долин туннелей для выявления потенциальных нефтяных месторождений, а гидрологи применяют эти знания для управления ресурсами подземных вод. [1]
Переуглубление проявляется во всем диапазоне геологических особенностей, подвергшихся ледниковой эрозии. Это характерно для фьордов, фьордовых озер и цирков, образованных ледниками, ограниченными гористой местностью, а также туннельных долин, образовавшихся на периферии континентальных ледников, которые характеризуют ледниковые периоды.
Фьорды образуются, когда ледник прорезает U-образную долину в результате эрозии окружающей коренной породы. Большинство фьордов сильно углублены (т.е. глубже прилегающего моря). Фьорды обычно имеют подоконник или возвышение в устье, вызванное уменьшением эрозии по направлению к устью и добавленное к нему конечной мореной предыдущего ледника , что в некоторых случаях вызывает экстремальные приливные течения с сопутствующими порогами с морской водой.
Согне -фьорд в Норвегии простирается на 205 километров (127 миль) вглубь страны. Максимальная глубина его достигает 1308 метров (4291 фут) ниже уровня моря, и, что характерно для чрезмерного углубления, наибольшая глубина наблюдается во внутренних частях фьорда. Около устья дно резко поднимается к порогу на высоте около 100 метров (330 футов) ниже уровня моря. Средняя ширина главного рукава Согне-фьорда составляет около 4,5 км (2,8 мили). Скалы, окружающие фьорд, почти отвесно возвышаются над водой на высоту 1000 метров (3300 футов) и более. В заливе Скелтон в Антарктиде наблюдается аналогичное переуглубление до 1933 м (6342 футов), как и в проливе Мессье в Чили, который углубляется до 1288 м (4226 футов).
.jpg/1280px-Geirangerfjord_(6-2007).jpg)
Несье пишет: «...ледники необходимы для формирования фьордов. Самым убедительным признаком ледниковой эрозии является чрезмерное углубление дна фьордов значительно ниже нынешнего и прошлого уровня моря и их внешнего скального порога. Если измерять объем, эродированный за ограниченный промежуток времени, лед поток, образующий собственный четко выраженный дренажный канал (фьорд), по-видимому, является одним из наиболее значительных эрозионных агентов, действующих на Земле». [2]
Некоторые пресноводные озера, образовавшиеся в длинных ледниковых долинах с обширным переуглублением и часто с конечными моренами, блокирующими выход, называются фьордами или «фьордовыми озерами» (что соответствует норвежскому соглашению о присвоении фьордов). [3] Озера-фьорды обычно образуются в горных регионах, которые направляют ледяные потоки через узкие долины.
Хотя они существуют во многих странах, озера-фьорды, найденные в Британской Колумбии , Канада, являются иллюстрацией их природы. Здесь внутреннее плато расчленено многочисленными вытянутыми, ледниково-переуглубленными озерами. Одним из таких озер является озеро Оканаган , шириной 3,5 км и длиной 120 км, образовавшееся в результате ледниковой эрозии на глубину более 2000 м (6562 футов) ниже окружающего плато (и 600 м (1969 футов) ниже уровня моря), хотя большая часть эта глубина заполнена ледниковыми отложениями, так что текущая максимальная глубина озера составляет 232 м (761 фут). Подобные озера-фьорды длиной более 100 км (62 миль) встречаются и в других местах Британской Колумбии. [4] Озеро Кутеней , расположенное между горными хребтами Селкирк и Перселл в регионе Кутеней в Британской Колумбии, имеет длину примерно 100 км (62 мили) и ширину 3–5 км. Раньше оно сбрасывалось через желоб Перселла в озеро Миссула в Монтане . Точно так же туннельные каналы в долине Флэтхед под озером Флэтхед были образованы подледниковым дренажем из нескольких источников, таких как к северо-западу от долины (желоб Скалистых гор), к северу от долины (хребет Уайтфиш) и к северо-востоку от долины (Средний и Северные развилки реки Флэтхед) и впадали в долину, выходя на юг, в конечном итоге в долину Мишн и ледниковое озеро Миссула. Основания туннельных каналов прорезаны значительно ниже отметки озера Флэтхед, что указывает на то, что эрозия произошла в подледных туннельных каналах, находящихся под гидростатическим давлением подо льдом в Британской Колумбии. [5]
Туннельная долина — это большая, длинная долина U-образной формы, первоначально прорезанная подо ледниковым льдом недалеко от края континентальных ледниковых щитов, таких как тот, который сейчас покрывает Антарктиду, а ранее покрывал части всех континентов в прошлые ледниковые периоды . [6] Их размеры различаются (до 100 км в длину и до 4 км в ширину). Туннельные долины имеют классическое переуглубление с максимальной глубиной от 50 до 400 м; они различаются по глубине вдоль длинной оси. Их поперечные сечения имеют крутые боковые склоны (похожие на стены фьордов) и плоское дно, типичное для подледниковой ледниковой эрозии. Туннельные долины образовались в результате подледниковой эрозии водой и служили подледниковыми дренажными путями, несущими большие объемы талой воды. В настоящее время они выглядят как сухие долины, озера, впадины морского дна и участки, заполненные осадками. Если они заполнены осадками, то их нижние слои заполнены преимущественно ледниковыми, флювиально-ледниковыми или озерно-ледниковыми осадками, дополненными верхними слоями умеренного заполнения. [7] Их можно найти в районах, ранее покрытых ледниковыми щитами, включая Африку, Азию, Северную Америку, Европу, Австралию, а также на шельфе Северного моря, Атлантики и в водах вблизи Антарктиды.
Туннельные долины встречаются в технической литературе под несколькими терминами, включая туннельные каналы, подледные долины и линейные врезы.
В результате быстрой подледной эрозии в цирках вблизи вершин ледников могут образовываться переуглубления, в результате которых ложе ледника поднимается в направлении ледникового потока . Вогнутая форма амфитеатра открыта со стороны спуска, что соответствует более плоской части сцены, в то время как чашеобразная секция для сидения обычно представляет собой крутые скалистые склоны, вниз по которым лед и ледниковые обломки объединяются и сходятся с трех или более более высоких сторон. Пол цирка имеет форму чаши, поскольку представляет собой сложную зону конвергенции, объединяющую ледяные потоки с разных направлений и сопровождающие их горные породы, поэтому испытывает несколько большие силы эрозии и чаще всего выкапывается несколько ниже уровня нижнего уровня цирка. боковой выпуск (сцена) и его долина, спускающаяся по склону (за кулисами). [8] После таяния ледника в переуглубленной области образуется карбон .
Ледниковая эрозия происходит за счет истирания, когда лед и захваченные обломки перемещаются по подстилающей скале, за счет водной эрозии и переноса отложений, а также за счет циклов замерзания и оттаивания, которые выветривают коренную породу. Все процессы наиболее эффективны внизу ледникового льда – следовательно, ледник размывается внизу. Присутствие льда в зазоре снижает скорость выветривания боковых стенок, в результате чего боковые стенки становятся крутыми. Когда течение ледникового потока ограничено окружающей топографией, самые узкие участки потока будут разрушаться быстрее всего и врезаться наиболее глубоко, даже на глубины более 1000 метров ниже уровня моря. Результирующий профиль, наблюдаемый сквозь лед с помощью радара или видимый после таяния льда, называется переуглубленным. Хотя исследования все еще позволяют полностью понять происходящие процессы, в конце 20-го и начале 21-го веков был очевиден значительный прогресс. В этом разделе подробно описаны основные элементы нового понимания процессов, которые приводят к чрезмерному углублению.
Гляциологи провели подробное радиолокационное исследование Гамбурцевых гор Антарктиды во время Международного полярного года , что позволило определить как толщину вышележащего ледникового льда, так и высоту коренной породы внизу. Исследование показывает переуглубление дна долины на глубину до 432 метров (1417 футов), в то время как в долинах имеются крутые боковые впадины. На рисунке слева показаны три основные области переуглубления длиной 3 километра (2 мили), 6 километров (4 мили) и 16 километров (10 миль). [9] Части этого профиля будут использоваться для иллюстрации образования чрезмерно углубленных долин.
Верхняя сторона переуглубления, расположенная над ледником, называется головной стенкой, а нижняя сторона ледника называется неблагоприятным склоном. Вода, стекающая по головной стене, получает энергию, которая растапливает окружающий лед, создавая каналы. По мере прохождения воды через дно ее температура продолжает падать; поскольку в этот момент она находится под высоким давлением, температура плавления подавляется, и вода становится переохлажденной по мере таяния окружающего льда. Текущая вода переносит осадки и локально размывает коренную породу. [10]
Поверхностные воды стекают через мулены в подледную систему каналов, которые позволяют течь в полости во льду. По мере увеличения потока потери напора в каналах увеличиваются, что приводит к увеличению уровня воды и, соответственно, к более высокому гидравлическому давлению у верхней стенки ледника. По мере того, как каналы создают давление, они оказывают давление на полости и пористую базальную ткань. Повышенное давление поддерживает воду внутри ледника, а повышенное давление на ложе снижает давление, которое лед оказывает на ложе (так называемое эффективное давление на ложе). Поскольку трение о ложе пропорционально эффективному давлению на ложе, это повышение давления способствует базальному движению ледника. [11] [12] [13]
Наибольшая эрозия наблюдается вдоль головной стенки. Это объясняется сезонным поступлением воды в эти районы через мулены, что приводит к меняющемуся, но периодически высокому давлению, высоким скоростям потока и большим колебаниям температуры. Считается, что это изменение способствует добыче блоков на головной стене в сочетании с эрозионной силой быстро движущихся потоков обломков, увлекаемых текущей водой. [10]
Талые воды с поверхности ледников имеют тенденцию мигрировать к основанию ледникового щита. Оказавшись там, вода смазывает поверхность раздела между льдом и коренной породой. Гидравлическое давление воды становится значительным – оно обусловлено наклоном поверхности вышележащего льда и топографией дна. Гидравлическое давление компенсирует часть веса ледника (лёд меньшей плотности имеет тенденцию вытесняться водой). Оба эффекта усиливают движение базального льда. Данные о движении льда показывают существенное увеличение скорости льда в периоды присутствия талой воды (т. е. летом (по сравнению с зимними фоновыми значениями). Ледник не движется равномерно, а скорее демонстрирует меняющиеся модели движения в течение сезона, что приводит к В результате сезонной эволюции подледниковой дренажной системы.Наибольшие движения ледников наблюдались в переходные периоды, когда в ледник поступало все больше воды. [14] [15]
Переменный приток воды увеличивает скорость течения льда. Наблюдения показывают, что подледные воды стекают либо по каналам при низком давлении, либо через сообщающиеся между собой полости при высоком давлении. Скорость потока воды, превышающая критическую, приводит к образованию каналов и замедлению ледников. Более высокие скорости устойчивого потока воды фактически подавляют движение ледников. Эпизодические увеличения поступления воды, например, вызванные сильными суточными циклами таяния, приводят к временным скачкам давления воды. Такие шипы вызывают ускорение льда. Аналогичным образом, дожди и дренаж поверхностных озер вызовут движение. [13]
Аналитические модели ледниковой эрозии предполагают, что потоки льда, проходящие через ограниченные пространства, такие как горные перевалы, вызывают усиленную эрозию под более толстыми и быстрыми ледяными потоками, что углубляет русло под областями как вверх, так и вниз по течению. Основной физический феномен заключается в том, что эрозия увеличивается с увеличением скорости сброса льда. Хотя это упрощает сложные взаимосвязи между изменяющимся во времени климатом, поведением ледникового покрова и характеристиками дна, оно основано на общем признании того, что усиленные разгрузки льда обычно увеличивают скорость эрозии. Это связано с тем, что скорость базального скольжения и скорость эрозии взаимосвязаны и определяются одними и теми же переменными: толщиной льда, уклоном нижележащего слоя, вышележащим ледниковым уклоном и базальной температурой. В результате смоделированные фьорды имеют наибольшую глубину через самые узкие каналы (т.е. регионы с самой высокой местностью, окружающей самый высокий рельеф). Это соответствует реальным физическим наблюдениям за фьордами. [16]
Поскольку он продолжает течь и начинает подниматься вверх по противоположному склону под умеренными (или «теплыми») ледниками, давление уменьшается, и в базальном льду нарастает хрупкий лед . Наносы, переносимые водой, будут увлечены наросшим льдом. [17] В той точке ледника, где лед нарастает на противоположном склоне вблизи конечной точки ледника, абляция верхнего поверхностного льда превышает (для недавно наблюдавшихся ледников) скорость нарастания внизу. Конечный эффект заключается в том, что для ледника, который сохраняет свою общую форму, масса ледника будет переноситься потоком воды для нарастания нового льда, переносом отложений в слои толщиной в несколько метров, наблюдаемыми в зоне аккреции, и перемещением всей массы льда для восстановления лед проиграл абляцию. [10]
Способность переноса наносов и нагрузка наносов в подледниковых речных ледниках, в которых вода не переохлаждена, а также в ледниках, находящихся далеко в режиме переохлаждения, существенно различаются. Когда образуется морена или моренная отмеля (коренная порода), переуглубление заканчивается растущим образованием наносного дна. Когда происходит значительное увеличение высоты на противоположном склоне, лед растет из-за переохлаждения ручьев, текущих вверх по слишком крутому склону моренной отмели, что приводит к падению пропускной способности транспорта ниже доставляемой нагрузки, вызывая отложения, заполняющие противоположную сторону переуглубляющейся обратной стороны. к порогу переохлаждения. Когда поток способен удалить все доставленные осадки, но не способен разрушить коренную породу так же быстро, как ледник, расположенный выше по течению, размывает коренную породу в переуглубленной области, тогда на коренной породе образуется лед, а подледная эрозия опускает ложе ледника в переуглубленной области, оставляя при этом ледниковое ложе в переуглубленной области. подоконник из коренной породы. [8]
Подледная эрозия ускоряется за счет образования подледных ледяных линз , что способствует процессу переуглубления.
Под антарктическими ледниковыми щитами наблюдались полосы отложений или ледникового тилла ; Считается, что они возникают в результате образования ледяных линз в обломках и коренной породе. В ледниковых регионах с более быстрым течением ледниковый щит скользит по водонасыщенным отложениям (ледниковый тилль) или фактически плавает по слою воды. Тилль и вода служили для уменьшения трения между основанием ледникового щита и коренной породой. Эти подледниковые воды происходят из поверхностных вод, которые сезонно стекают в результате таяния на поверхности, а также в результате таяния основания ледникового покрова. [18]
Рост ледяных линз в коренных породах под ледником прогнозируется в летние месяцы, когда у подножия ледника достаточно воды. Ледяные линзы будут образовываться внутри коренной породы, накапливаясь до тех пор, пока порода не станет достаточно ослабленной, чтобы расколоться или отколоться. Слои горных пород вдоль границы между ледниками и коренной породой освобождаются, в результате чего образуется большая часть отложений в этих базальных областях ледников. Поскольку скорость движения ледника зависит от характеристик этого базального льда, продолжаются исследования, направленные на более качественную количественную оценку этого явления. [19]
Озера норвежских фьордов служат прекрасной иллюстрацией чрезмерного углубления; Все днища озер в следующем списке девяти самых глубоких фьордовых озер Норвегии лежат ниже уровня моря, хотя эти озера являются пресноводными. [20]
Геологи применяют термин «переуглубление» к другому явлению, отличному от переуглубления ледников, — резкому опусканию речной долины, которое может произойти, когда море, в которое она впадает, высыхает. Во время так называемого Мессинского кризиса солености бассейн Средиземного моря был геологически отделен от Атлантического океана . Испарение понизило уровень моря более чем на 1000 метров в устье реки Роны и на 2500 метров в устье реки Нил , что привело к чрезмерному углублению этих долин. [21] Нил сократил свое русло до нескольких сотен футов ниже уровня моря далеко вверх по течению в Асуане и на 8000 футов (2500 м ) ниже уровня моря к северу от Каира . [22]
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )