Криосфера Земли

Еще более интересные записи ледниковой летописи касаются состава древней атмосферы. Проблема загрязнения воздуха является одной из насущных проблем современного человечества. А узнать, насколько сильно испортилась атмосфера, можно лишь сравнив ее современный состав с тем, который она имела задолго до появления человека и промышленности. А где же найти древний воздух?

В ледниках. Выпав на поверхность, снег вначале превращается в фирн - рыхлый зернистый лед с большим количеством воздуха.

Уплотняясь и замерзая, фирн образует лед, и содержащиеся в нем пузырьки воздуха плотно закупориваются в ледниковой толще. Выделив эти мельчайшие пузырьки древнего воздуха, ученые делают их химический анализ и определяют, сколько в нем было углекислого газа, кислорода, метана и многих других атмосферных газов.

Самое важное и интересное заключается в том, что всю информацию, записанную в ледниковой летописи, можно читать шаг за шагом, год за годом, отдельно и по порядку анализируя каждый годовой слой льда. Двигаясь сверху вниз, можно проследить, как постепенно изменялись температура, загрязненность и состав земной атмосферы, как колебались климатические условия на Земле в течение сотен тысяч лет. Для того чтобы это узнать, надо пробурить тысячеметровую толщу ледников, достать пробы льда с разных глубин и потом подвергнуть их анализу в научных лабораториях.

Первая скважина во льду была сделана в Альпах в Альпах в 1841 году, а спустя полвека несколько альпийских скважин уже достигали ледникового ложа. В наше время бурение ледников стало обычным занятием исследователей. Глубина некоторых скважин в Гренландии и Антарктиде превысила 2 км.

Бурить лед очень нелегко из-за его пластичности: стоит вынуть буровой снаряд, как стенки скважины быстро смыкаются. Поэтому скважину приходится заполнять незамерзающей жидкостью, которая имеет ту же плотность, что и лед. Обычно для бурения применяют либо электромеханический, либо электротермический способ, когда лед плавят нагреваемой коронкой бура.

Колонка льда, вынимаемая во время бурения из толщи ледника, называется «керн». Его бережно отвозят в специальные лаборатории-холодильники, где подробно изучают, применяя самые современные методы анализа.

Самые интересные результаты пока принесло бурение на полярной станции «Восток» в Антарктиде, начатое еще в 70-х годах XX века. Станция «Восток» расположена в центральной части Восточной Антарктиды на высоте 3490 м. Средняя годовая температура здесь -56,б С, снега за год накапливается чуть больше 2 см. Толща ледника в 3500 м содержит лед, отложенный на протяжении сотен тысяч лет.

2. Снег как часть криосферы

2.1 Формирование снежного покрова и его свойства

Основные свойства снега и снежного покрова

Снежный покров -- одно из самых крупных сезонных явлений -- ежегодно покрывает почти всю территорию нашей страны. Формирование снежного покрова обуславливается географической зональностью, рельефом поверхности и общей циркуляцией атмосферы. Источником снежного покрова служат твердые осадки (в основном -- снег), сохраняющиеся на земной поверхности при отрицательных температурах (Котляков, 1968).

Снежный покров на склонах гор характеризуется значительной пространственной неоднородностью и изменчивостью. Неоднородность высоты, плотности и строения снежного покрова образуется с самого начала выпадения снега на поверхность склонов, увеличиваясь за счет процессов перекристаллизации, уплотнения и течения снега, и формирования новых слоев снежного покрова.

Снежный покров обладает особыми физическими свойствами и подчиняется особым законам формирования и взаимодействия с окружающей средой. Вследствие малой теплопроводности и газопроницаемости снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания, а зимующих под снегом животных и растений от резких колебаний температур. Почвенные и геоморфологические процессы под снегом протекают совершенно иначе, чем на бесснежных пространствах. Накопленные в виде снега атмосферные осадки питают поверхностные и грунтовые воды, режим которых в значительной мере зависит от распределения снежного покрова, его физических свойств и характера снеготаяния.

Являясь продуктом климата, снежный покров сам становится мощным климатообразующим фактором. Он оказывает влияние и на летний температурный режим почв, режим влажности почво-грунтов, распределение животных и растительных организмов и даже некоторых форм рельефа.

Снежный покров является зеркалом сезонного состояния природы: он накапливает и передает сезонную информацию ландшафта, получая ее как от биогенных, так и от абиогенных компонентов ландшафта

Образование и форма снега

Снег -- мельчайшие матово-белые кристаллики льда являются самыми обычными видами твердых осадков, возникающих в свободной атмосфере в результате сублимации водянного пара внутри переохлажденного воздуха.

Образованию кристаллов способствуют и ядра кристаллизации, среди которых лучшими являются вещества, кристаллическая решетка которых геометрически подобна решетке льда. При исследовании снежинок под электронным микроскопом, в их центрах были обнаружены включения, состоящие преимущественно из частиц каолина, глины, угля, а также микроорганизмов.

Кристаллы льда имеют тригональную форму. Они всегда развиваются попарно и создают шестиугольный кристалл. Кристаллографических осей 4: из них 3 лежат в одной плоскости, образуя друг с другом углы в 1200 , четвертая (главная) ось направлена перпендикулярно к этой плоскости и является осью симметрии [1]

Множество факторов влияет на образование и рост снежинок, поэтому так велико разнообразие их форм. Обобщая это разнообразие форм снежинок, можно говорить о двух основных типах. 1 -- пластинчатые кристаллы, образующиеся при температурах -20...-250С (пластинки, звездчатые кристаллы, пушинки); 2 -- столбчатые кристаллы, образующиеся при более низких температурах (столбики, иглы, ежи) (Котляков, 1994).

Кроме осадков, выпадающих из атмосферы, зимой наблюдаются и нарастающие осадки, образующиеся на поверхности Земли, снежного покрова или различных предметов. Это -- иней, изморозь и гололед.

Помимо этих первичных форм осадков в снежном покрове в соответствии со структурой и физическими свойствами выделяют 3 типа (Тушинский, 1968):

Свежий снег -- свежевыпавший или свежеотложенный снег;

Старый снег -- уплотненный или фирнизированный снег с разновидностями зернистости, а также снег-плывун или глубинная изморозь;

Фирн -- переходная форма от снега ко льду.

2.2 Снежные лавины

Лавиной называется быстрый сход с горного склона снежного покрова под действием силы тяжести. Низвергающиеся снежные массы увлекают с собой талую воду, грунт, растительность, но в лавине всегда преобладает снег.

Еще не так давно никто толком не знал, как выглядят эти снежные массы. Они низвергались молниеносно, и спасающимся свидетелям было не до того, чтобы устанавливать их форму и свойства. Напрашивался тривиальный образ снежного кома, катящегося по склону горы и увеличивающегося в размерах за счет налипания снега. В отличие от обычного снежного кома лавина казалась гигантским шаром, катящимся по очень длинным, протяженностью в сотни метров склонам. Так на одном старинном рисунке изображена лавина, обрушившаяся в 1517 году на императора Священной Римской империи Максимилиана Первого и его свиту. До XIX столетия лавину так и представляли шаром или совокупностью снежных шаров или комьев.

В действительности все оказалось намного сложнее. Вначале снег, отложившийся на горном склоне, начинает постепенно и медленно сползать. Верхние слои снега опережают при сползании нижние. Самый нижний слой, примыкающий к грунту, часто остается на месте. Такое же распределение скоростей наблюдается в слоях текущей жидкости. Снег как бы "течет" по склону.

Когда скорости и напряжения в этом потоке достигают каких-то критических пределов, медленное течение скачкообразно переходит в бурный лавинный поток.

Рис. 1

Как показано на рис 1., на некотором расстоянии от гребня склона в снежном покрове образуется линия отрыва. За нею начинается беспорядочный сход нижележащего снега, увлекающего за собой все новые и новые снежные массы по пути следования, называемому зоной транзита. Масса извергающихся комьев снега с воздушными промежутками между ними называется лавинным телом.

У выхода в долину склон становится положе, и скорость лавины уменьшается вплоть до полной остановки. Горы снега нагромождаются в виде лавинного конуса выноса. Начало и конец движения типичны почти для всех лавин, но сами лавинные потоки существенно отличаются друг от друга.

Различно ведут себя лавины из сухого, морозного и влажного снега. Они так и называются сухими и мокрыми лавинами. Движение лавин зависит от формы и размеров склонов. На плоских склонах лавина движется в виде сплошных осовов.

Вдоль логообразных понижений образуется сосредоточенный лавинный поток. Крутые обрывы лавина преодолевает прыжками. В Хибинах известны случаи, когда мощная лавина прыжком переносились через дамбу тридцатиметровой высоты, а обрушивалась на защищаемые ею сооружения.

Скорость лавин достигает 30-100 м/с, объемы вовлекаемого при этом снега -- от сотен до миллионов кубических метров. Высота снежных конусов в зоне, остановки лавины от 5 до 20 м, их плотность0,6 т/м3 и более.[1]

Типы лавин.

Свежевыпавший снег кажется нам легким, как пух, но его кубометр весит 50-60 кг. Кубометр слежавшегося снега весит уже 300-400 кг. Весной снежный покров насыщается водой и тот же кубометр становиться тяжелее еще почти в два раза. При падении лавины больших размеров, например, объемом в 100 тысяч кубометров, ее вес может достигать 70 тыс. тонн. При остановке лавины снег настолько спрессовывается, что с ним, очень часто, не сразу может справиться даже мощный бульдозер.

Выделяют 3 основных типа лавин: осовы, лотковые и прыгающие.

Осов - снежный оползень. У него нет определенного канала схода. Часто снежный склон протяженностью в сотни метров отрывается и скользит вниз.

Лотковые лавины - несут снег по строго определенному руслу, безлесым углублениям в склонах, лоткам.

Прыгающие лавины - свободно падают на дно долины через отвесные участки скал или льда.

3. Вечная мерзлота

Вечная мерзлота -- это подземный лед и холод, проникающие в глубину недр на сотни метров и существующие в течение длительного времени. Отрицательная температура и наличие подземного льда являются специфическими признаками вечномерзлотных толщ.

Вечная мерзлота -- это подземная часть криосферы -- особой природной оболочки Земли, которая имеет постоянную отрицательную температуру и содержит значительные включения грунтового льда.

Подземный лед -- самый загадочный и таинственный вид природного льда на Земле. Даже в наше время, которое называют эпохой информации и научно-технического прогресса, еще трудно наверняка сказать, как образуется лед под землей. Подземный лед -- это часть более общего природного явления -- вечной мерзлоты.

В других разделах дается представление о различных видах снега и льда, которые возникают при замерзании свободной воды, разделенной на мелкие капли либо находящейся в больших массах на поверхности земли. Но ведь вода присутствует также и под поверхностью земли. Ее называют грунтовой, или подземной, водой.

Грунтовая вода находится в самых разнообразных соотношениях с твердым минеральным скелетомгорных пород. Отсюда и разнообразие подземных вод. Вода может образовывать подземные реки, если она фильтруется по пластам крупнозернистых (песчаных и галечных) пород. Существуют и подземные резервуары воды, напоминающие озера, которые возникают в крупных структурахземной коры -- артезианских бассейнах. И все же больше всего грунтовой воды в порах, тонких трещинках и капиллярах различных пород. Такая вода называется связанной, или пленочно-капиллярной. Ее молекулы притягиваются или адсорбируются поверхностными силами минеральных частиц грунта. Благодаря присутствию пленочно-капиллярной воды глинистые грунты приобретают пластичность. Если кусочек пластичной глины, настолько легко поддающийся деформации, что из него нетрудно вылепить любую фигуру, положить в холодильник, то через некоторое время глина замерзнет и станет твердой, как камень. Кристаллы льда, возникшие при замерзании пленочно-капиллярной воды, содержащейся в глине, накрепко сцементировали частицы минералов, и образовался мерзлый грунт. В принципе такой же процесс происходит в природе. Жителям стран Европы, Америки, да и других стран хорошо знакомо явление кратковременного, или зимнего, промерзания почвы до небольшой глубины (несколько десятков сантиметров). Весной и летом сезонная мерзлота довольно быстро оттаивает.

В отличие от сезонной вечная мерзлота существует уже 1 -- 1,5 млн. лет. Это, разумеется, максимальная длительность мерзлого состояния грунтов. Естественно, в природе встречается и более молодая вечная мерзлота -- возрастом всего в несколько лет. В вечной мерзлоте, толщина которой достигает сотен метров, большая часть грунтовой влаги в результате замерзания превращается в различные формы подземного льда -- от единичных не видимых глазом кристаллов до огромных скоплений в виде многометровых пластов и жил. Термин «вечная мерзлота» следует понимать в смысле долговременности существования мерзлых толщ. На самом деле ничего вечного нет. Мерзлота, как и все на Земле, непрерывно меняется.

4. Льды мирового океана

ледник материк лавина мерзлота

Подсчитано, что площадь морских льдов в северном полушарии изменяется от 8 400 000 до 15 000 000 км2, а объем от 11 500 до 25 500 км3 (с учетом льдов Черного, Азовского, Каспийского и Аральского морей). В южном полушарии площадь льдов колеблется от 2 500 000 до 20 000 000 км2, а объем от 7 000 до 30 000 км3. Льдами покрывается более 12 % поверхности Мирового океана. К концу зимы на каждом полушарии они несколько смещаются в более низкие широты, а к концу лета -- в более высокие. В северном полушарии максимальный ледовый покров наблюдается в апреле, минимальный -- в сентябре, в южном полушарии -- наоборот.[1]

Интенсивность образования льда на морях и океанах, характер и распространение ледяного покрова, а также продолжительность его существования зависят от температурного и ветрового режимов зимы и запаса тепла, накопленного водой в весенние и летние месяцы. Поэтому сроки появления и замерзания льда, а также время вскрытия и очищения воды ото льда в одних и тех же пунктах бывают разными.

В северном полушарии ледяной покров образуется в Северном Ледовитом океане и его морях, в северной части Атлантического океана, в Балтийском, Белом, Азовском, Каспийском и Аральском морях, некоторых районах Северного моря и северных частях Черного моря. Из морей бассейна Тихого океана льдами покрываются Охотское море, северные части Берингова и Японского морей. [2]

Заключение

В ходе выполнения данной работы я познакомилась понятием «Криосфера Земли» и узнала, какие компоненты она в себя включает. Многие из них широко распространены на территориях по всему миру. Например вечная мерзлота общая площадь которой составляет 35 млн кмІ. К сожалению, полностью показать все аспекты Криосферы Земли не позволяет объём курсовой работы. Подводя итог своей курсовой работе, криосфера одна из важнейших оболочек Земли.

Библиографический список

1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. - Воронеж: ВГПУ, 2007. - 183 с.

2. Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука, 1999,

3. Божинский А.Н., Лосев К.С. Основы лавиноведения. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 280 с.

4. География лавин. - М.: Изд-во МГУ, 1992, 334 с.

5. Долгушин Л. Д., Осипова Г.Б. Ледники. - М.: Мысль, 1989. 448 с.

6. Вержбицкий Е.В.: Генезис литосферы Северной части Мирового океана. - М.: Научный мир, 2010

7. Долотов Ю.С.: Процессы рельефообразования и осадконакопления на приливных побережьях Мирового океана. - М.: Научный мир, 2010.

8. Долгушин Л.Д., Осипова Г.Б, Пульсирующие ледники 1982 г.

9. Сумгин М. Вечная мерзлота почвы в пределах России, 1927

10. Жигарев Л.А. Океаническая криолитозона - М: Издательство МГУ, 1997.

11. Достовалов Б.Н., Кудрявцев В.А. Общее мерзлотоведение, М., 1967.

12. Гляциологический словарь / Под ред. В.М. Котлякова. -- Л.: Гидрометеоиздат, 1984. -- 527 с.

Размещено на Allbest.ru