Во многих случаях даже приблизительная толщина ледника неизвестна. Тогда произведенный выше расчет поможет определить ее, если только известно сальдо баланса массы выше некоторого поперечного створа и измерена скорость движения льда через него. Правда, часто задача осложняется тем, что поверхность ледника не остается неизменной. Тогда в расчет необходимо ввести поправку. В случае непрерывного утолщения ледника она должна учесть (со знаком минус) ту часть массы, которая поступила на ледник, но еще не прошла через исследуемый поперечник. В случае же постоянного похудания ледникового тела поправка учитывает (со знаком плюс) дополнительный поток льда, обусловленный только оседанием и растеканием льда выше избранного поперечника.
Един в трех лицах. Ледник движется. Это его органическая потребность и неотъемлемое свойство. Но как именно он движется?
Выпилим изо льда брусок, поставим его на доску и начнем поднимать один конец ее. В какой-то момент брусок поедет вниз по доске. Чем не модель ледника? И так просто. Можно найти немало подтверждений такого характера движения и на природных ледниках. Они, несомненно, скребут и шлифуют свое ложе, как ледяной брус доску. Они могут толкать перед собой грунт, создавая из него валы – морены напора. Так же поступит с лежащими на его пути предметами и ледяной брус. Как будто все в порядке, достаточно написать уравнение движения бруса, и теория построена. Но взглянем еще раз на настоящий ледник. Из широкой фирновой области он входит в узкую долину, пройдя которую, снова расширяется.
Но ведь ледяной брус, во-первых, застрял бы в теснине, во-вторых, раскололся бы на повороте и, в-третьих, в расширении долины сохранил бы свою первоначальную и, как у любого твердого тела, постоянную ширину. Очевидно, мы поспешили с выводами.
Вернемся к образу ледника как реки. Ее русло заполнено водой – вязкой жидкостью, принимающей форму вмещающего ложа и начинающей двигаться при малейшем приложении силы.
Можно предположить, что в больших массах лед – тоже жидкость, только гораздо более вязкая, чем вода, вулканическая лава или расплавленный металл. Такое предположение было сделано гляциологами. Оно позволяло применять разработанные методы гидродинамики. Построенные уравнения движения ледника как вязкого тела смогли многое объяснить. Теоретически получались плавные линии тока, сходящиеся в теснинах и расходящиеся в расширениях долины. Скорость течения плавно нарастала от бортов к центру потока и от дна к поверхности. Все это наблюдалось и в природе.
Но дальнейшие исследования ледников породили новые сомнения. Ученые использовали любую возможность, чтобы проникнуть на дно ледника и изучить процессы на контакте лед – ложе.
Представьте себе тоннель, просверленный подледниковым ручьем. Дно тоннеля – скалистое ледниковое ложе, а своды состоят из льда. Продвигаться вперед приходится осторожно. Впаянные в лед валуны постепенно вытаивают и грозят вот-вот рухнуть. Правда, основная масса валунов и частиц грунта сосредоточена в придонном слое. Начинается путешествие при дневном свете, проникающем через устье тоннеля. Потом свет становится синим, а через сотню шагов наступает темнота и приходится включать ручные фонари.
Вдруг в однородном до сих пор по строению леднике обнаруживается явное нарушение. От дна к поверхности наискось тянется сильно загрязненный валунами и мелкоземом слой. У геолога не возникло бы сомнения о его происхождении. Это плоскость тектонического надвига. Здесь ледник раскололся и верхний ледяной блок заскользил вверх по нижнему, увлекая за собой придонную грязь. Такое явление явно не согласуется с представлением о льде как вязкой жидкости.
В некоторых подледниковых тоннелях (в естественных и искусственных) были тщательно измерены скорости движения льда на контакте с ложем. Результат оказался с точки зрения теории вязкого течения неожиданным: все исследованные ледники заметно скользили по ложу так, как это делал наш примитивный ледяной брусок. Скорость скольжения, например, альпийского ледника Аролл составила 3 см/сутки. Правда, на поверхности лед двигался со скоростью 15 см/сутки. В других случаях скорость скольжения достигала половины и даже 90% величины поверхностной скорости.
Но вязкая жидкость вообще не может скользить по дну. Мало того, в ламинарном режиме движения, единственно возможном при огромной вязкости и медленном движении ледника, она никак не может воздействовать на ложе. А это опять явное противоречие с природой. И на дне и на бортах долины видны отчетливые следы штриховки, полировки скал ледником. Проведены даже первые измерения скорости истирания ложа (экзарации).
И еще одно, едва ли не решающее расхождение между теорией вязкого течения ледников и наблюдаемыми в природе явлениями. Оно состоит в том, что на двух ледниках, близких по основным параметрам (уклон поверхности и ложа, толщина льда, его температура), скорости движения различаются иногда в десятки и сотни раз. Это относится и к одному и тому же леднику. Теория вязкого течения ледников не может объяснить таких различий а скорости. Давно известно явление текучести металлов. Пока напряжение, приложенное к металлическому бруску, не слишком велико, он неподвижен. Но вот достигнуто некоторое критическое напряжение, и брусок начинает изменять форму, растекаться, оставаясь твердым. При этом если даже незначительно увеличить напряжение, скорость процесса растекания резко увеличится. Так выглядит пластическое течение, законы которого многое могут объяснить в поведении природных ледников.
В настоящее время наиболее обоснованной выглядит теория вязкопластического движения ледников. В соответствии с ней ледник при небольшом напряжении движется как вязкая жидкость, а при возрастании напряжения до некоторого предела (по разным данным, от 1 до 1,6 кг/см2) начинают действовать законы пластического течения. При этом, поскольку наибольшие напряжения достигаются у дна, здесь же сосредоточивается вся скорость пластического течения, которое поэтому иногда отождествляют с глыбовым движением. Общую же скорость движения ледника можно рассматривать в виде суммы двух слагающих: вязкого течения и глыбового скольжения. При этом в разных условиях может преобладать как первая, так и вторая форма движения.
Миниатюрные каровые и кароводолинные ледники Урала, например, движутся почти исключительно благодаря своей вязкости. Скорость движения их плавно, как в реке, нарастает от берегов к центру. На таких гигантах, как ледник Федченко, несомненно, преобладает глыбовое движение. Здесь скорость резко возрастает от берега и, достигнув некоторой величины, остается постоянной почти вплоть до противоположного берега. Вязкая компонента лишь немного сглаживает распределение скоростей движения по ширине и глубине, но существенного вклада в общую величину скорости не вносит.
С позиции этой теории принципиально объяснимы и резкие изменения скорости движения на одном и том же леднике. В самом деле, если напряжение в глубине ледника близко к критической величине, то достаточно незначительно изменить условия, и движение перейдет на другой режим. Очевидно, совершится скачок от первоначального вязкого (а значит, и медленного) течения к пластическому или глыбовому, быстрому движению.
В 1965 г. в Альпах произошла одна из самых крупных ледниковых катастроф. Ледник Аллален, в последние 10 лет неоднократно напоминавший о себе, 30 августа двинулся вперед со скоростью 400 см/сутки (вместо обычной 10 см/сутки), и почти сразу же огромные куски языка по 100–200 м понеслись вниз по долине. В соответствии с законами движения твердого тела под действием постоянной силы (тяжести этих блоков) скорость их все нарастала. Огромными снарядами глыбы льда влетели на строительную площадку, уничтожили плотину и многих из ее строителей.
В движении ледников постоянно сочетаются черты твердого, вязкого и пластического тела. На разных ледниках, а также в разные моменты жизни одного и того же ледника одна из черт может полностью доминировать, но все три могут проявляться и одновременно.
