Снег и лёд на Земле в современную эпоху

Мир снега и льда изучает гляциология– отрасль географии и геофизики, своими корнями уходящая в метеорологию, гидрологию, геологию и физику. Гляциология – наука о снежном покрове и льдах – изучает их режим, состояние и динамику, взаимодействие с окружающей средой, роль льда в эволюции природы.

С познанием природы снега и льда связаны имена М.В. Ломоносова, А.-Э. Норденшельда, И.В. Мушкетова, А.И. Воейкова, А. Вегенера, Ф. Нансена, X. Свердрупа, X. Альмана, С.В. Калесника, К.К. Маркова, М.В. Тронова, П.А. Шумского, Г.А. Авсюка и многих других известных во всём мире ученых.

В 1972 г. высшая награда Географического общества СССР – Большая золотая медаль – была присуждена советскому гляциологу профессору М.В. Тронову. Этим был отмечен его научный подвиг – изучение на протяжении своей долгой жизни ледников Алтая.

Лёд – самая распространённая горная порода во Вселенной. Марс, Юпитер, Сатурн, Уран содержат огромные массы льда, а некоторые спутники планет (например, спутник Юпитера Европа) сложены им почти целиком. Не исключение и наша Земля: более одной десятой земной суши занято «вечными» льдами. А пятая часть всей поверхности планеты ежегодно находится под снегом.

Землю окружает криосфера – оболочка неправильной формы, включающая в себя значительные части атмосферы, гидросферы и литосферы, где господствует отрицательная или нулевая температура. Вода в таких условиях почти всегда находится в замёрзшем или сильно переохлаждённом состоянии, и поэтому в земной криосфере повсюду встречается лёд.

Ледяные образования многообразны: это системы ледяных облаков, снежный покров, сезонно-мёрзлые почвы и горные породы, сезонный и многолетний ледяные покровы водоёмов и водотоков, наледи, ледники и ледниковые покровы, многолетнемёрзлые горные породы с подземными льдами. Роль криосферы в эволюции Земли огромна. Она в значительной мере определяет современную широтную зональность, усиливает циркуляцию воздушных масс, влияет на уровень Мирового океана.

На земном шаре действует колоссальная природная машина, главные части которой – это атмосфера, океан, суша и оледенение. Их взаимодействие формирует климат Земли и оледенение, вызывает их колебания.

Аристотель, Феокрит, Полибий, Страбон упоминают в своих сочинениях атмосферный лёд, снежные лавины, ледники. Со снежными лавинами встречались в походах воины Александра Македонского, а часть армии Ганнибала погибла из-за лавин при переходе через Альпы.

Скандинавские саги XIII в. насыщены упоминаниями об исландских ледниках и их катастрофическом таянии при извержениях вулканов. Сведения об альпийских ледниках встречаются в книге «Космография», относящейся к 1544 г., а ледники Кавказа упоминаются в «Жизнеописании Грузии» 1745 г., принадлежащем перу Вахушти Багратиони.

Учёный мир России получил первое представление о природных льдах благодаря трудам М.В. Ломоносова. В 1750-х годах Ломоносов пишет о «морозном слое атмосферы», где вода постоянно существует в мёрзлом состоянии, и подчёркивает, что в полярных странах образование льда зависит не от высоты местности, а от климатических условий.

Представления М.В. Ломоносова о морозном слое атмосферы были прообразом хионосферы. В пределах этой части тропосферы количество выпавших твёрдых атмосферных осадков за год превышает их убыль. Хионосфера невидима; её «проявляют» горы, вторгающиеся в этот слой. В пределах хионосферы при благоприятных условиях рельефа возможно зарождение и существование ледников.

Хионосфера окружает Землю неодинаковой по толщине оболочкой – от 3 до 5 км, а местами и больше. Нижняя её граница определяется более тёплыми условиями, вызывающими стаивание льда и снега, а верхняя граница возникает от уменьшения осадков на больших высотах, где температура воздуха всегда отрицательна, и осадки не тают, а целиком испаряются под воздействием солнечной радиации. Нижняя граница хионосферы повышается по мере удаления от источников влаги, и над внутренними частями плоскогорий она лежит выше, чем на наветренных склонах гор по их периферии. В высоких широтах Южного полушария хионосфера снижается до уровня моря – в этом заключается причина обширного антарктического оледенения.

Нижняя граница хионосферы на местности – это хорошо знакомая нам снеговая линия, отделяющая «верхний этаж» земной поверхности, где накопление твёрдых атмосферных осадков в течение многих лет преобладает над их таянием и испарением. Она хорошо видна в конце лета на склонах больших горных хребтов, поднимающихся над предгорной равниной. Именно в таких условиях впервые увидели снеговую линию в 1730-х годах на склонах Анд участники экспедиции, отправленной в Перу для измерения дуги земного меридиана.

Понятие оледенение означает распространение ледников и включает покровное оледенение, т.е. комплекс ледниковых щитов, куполов, выводных и шельфовых ледников; горно-покровное оледенение, т.е. сочетание небольших горных ледников, щитов и куполов с большими долинными и предгорными ледниками; горное оледенение, т.е. сочетание разных типов ледников в горах, прежде всего долинных и каровых.

Ледники в высоких широтах и прилегающие к ним территории формируют полярные пустыни. Для них характерны низкие температуры воздуха в течение всего года, большая сухость воздуха, длительное залегание снежного покрова и широкое развитие многолетнемёрзлых горных пород, ледников и морских льдов, интенсивное физическое (в основном морозное) выветривание, слабые почвообразовательные процессы, очень скудный и разорванный растительный покров, крайне бедный животный мир суши. В Северном полушарии полярные пустыни простираются на юг почти до 74° с.ш. на низменностях и до 61° с.ш. на Гренландском ледниковом покрове, а в Южном полушарии они занимают весь Антарктический материк и прибрежные острова до 63^о ю.ш.

В современную эпоху природные льды занимают сплошь на земной поверхности и в верхних слоях земной коры площадь 72,4 млн км², что составляет 14,2% площади планеты и почти половину поверхности суши. Год от года площадь под снежным покровом и льдами колеблется от 53,6 до 91,2 млн км², абсолютный максимум в последние годы достигал 99,2 млн км². А с учётом площади распространения айсбергов и разреженных льдин общая площадь распространения льда на Земле составляет 100 млн км² (19,6% земной поверхности) с ежегодными колебаниями от 81 до 119 млн км² (табл. 1).

Подавляющую массу наземных льдов образуют ледники и ледниковые покровы. В современную эпоху в них сосредоточено 98,2% всей массы льда, что почти в 5 раз больше массы жидких поверхностных вод суши. В табл. 2 приведена суммарная площадь и объём современного оледенения на континентах. В основе этих данных лежат материалы Всемирного каталога ледников (World..., 1988) и Атласа снежно-ледовых ресурсов мира (1997).

Количество твёрдых осадков над ледниками изменяется от 20–50 мм в Центральной Антарктиде до 4500 мм/год на ледниках Патагонии; средние летние температуры воздуха могут быть от –40 ^оС в Центральной Антарктиде до +15 ^оС у концов самых длинных ледников Средней Азии, Скандинавии, Новой Зеландии, Патагонии.

Суммарная площадь снежного покрова (в млн км²) в конце зимы Северного и Южного полушарий, т.е. соответственно в феврале и августе, составляет:

В конце зимы Северного полушария, т.е. в феврале, снегом покрыты 19,2% площади всего земного шара, в том числе 31% площади Северного полушария и 7,5% Южного. В августе снег покрывает только 9,2% всего земного шара; в Южном полушарии под снегом находится 14% площади, а в Северном только 4,3%. Таким образом, в Северном полушарии площадь снежного покрова в течение года изменяется в 7,2 раза, а в Южном – менее чем вдвое. Все приведённые величины характеризуют средние условия снежности, складывающиеся в современную эпоху (Шумский, Кренке, 1965; Котляков, 1968).

В ХХ в. положение границы снежного покрова год от года изменялось в соответствии с колебаниями климата. Самое северное положение в апреле она занимала в 1910–20-е годы, в эпоху преобладания западной циркуляции, когда усиливался поток тепла с океана, что ускоряло процесс таяния и схода снежного покрова. С середины 1920-х и до конца 1950-х годов граница распространения снега сдвигалась на юг; в этом немалую роль играла частая повторяемость восточной и меридиональной циркуляции, при которых в весеннее время господствовал более холодный воздух.

С середины 1960-х годов вплоть до конца 1970-х годов детальные спутниковые наблюдения выявили отчётливое разрастание площади снежного покрова в Северном полушарии. Площадь снежного покрова в Евразии в среднем за каждую зиму увеличивалась от 22 млн км² в 1969/70 г. до 28 млн км² в 1977/78 г. А в Северной Америке за тот же период площадь распространения снега изменялась мало, составляя в среднем за зиму около 15 млн км². Вместе с тем площадь многолетних морских льдов в Южном полушарии несколько сократилась.

Происходящие колебания снежного и ледяного покровов приводят к изменениям отражательной способности Земли. За 1973–1978 гг. альбедо поверхности в Северном полушарии увеличилось, а в Южном уменьшилось. В целом за 15 лет – с 1971 по 1985 г. –снежность земного шара несколько возросла, особенно в Азии, и это привело к указанному увеличению альбедо. Такие изменения соответствуют наблюдавшемуся в 1970-х годах похолоданию в Северном полушарии, когда часто повторялись холодные и снежные зимы, за которыми следовали прохладные летние сезоны.

Очевидно, что холодные и снежные периоды предваряли и сопровождали ледниковые эпохи, а в механизме возникновения и деградации оледенений была велика роль обратных связей, присущих снежному покрову. Любое продолжительное глобальное похолодание приводит к росту площадей и продолжительности залегания снежного покрова, тем самым увеличивает планетарное альбедо и способствует дальнейшему похолоданию. И, наоборот, если произойдёт сокращение снежного покрова на Земле, планетарное альбедо уменьшится и вызовет ещё большее потепление.

Зимний снежный покров в плейстоцене, несомненно, занимал в Северном полушарии гораздо бóльшие площади и на суше, и на море. В четвертичный период снег покрывал, по-видимому, до 35% площади Северного и 24% площади Южного полушарий, тогда как соответствующие значения для нашей эпохи составляют 25 и 14% (рис. 1). Ледниковые периоды всегда были и периодами повышенной снежности.

Литература

Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. М.: Российская академия наук, 1997. 392 с.

Гляциологический словарь / Под. ред. В.М. Котлякова. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 528 с.

Котляков В.М. Снежный покров Земли и ледники. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 479 с.

Шумский П.А., Кренке А.Н. Современное оледенение Земли и его изменения // Геофиз. бюлл. 1965. № 14. С. 128–158.

World Glacier Monitoring Service. World Glacier Inventory. IASH – UNEP – UNESCO. 1989.