Рис. 13. Зависимость показателей гранулометрического состава — средневзвешенного диаметра (d) и коэффициента сортировки мелкозема (s0) в разнотипных моренах
1 — срединные морены, состоящие из смеси продуктов экзарации и субаэрального выветривания; 2 — срединные морены, состоящие исключительно из продуктов субаэрального выветривания; 3 — боковые морены; 4 — мелкозем из мореносодержащего льда; 5 — отложенные морены
Наличие серии конечных морен в горных долинах утвердило мнение, что там находятся следы постепенного сокращения ледников, по крайней мере за последние 20—15 тыс. лет. Это представление отражено в глобальных моделях динамики оледенения, разработанных советскими учеными А. В. Шнитниковым, Е. В. Максимовым и др. Действительно, такая последовательность морен существует в природе. Тем не менее нередки случаи, когда более молодые морены налегают на древние (на Памире, Тянь-Шане и в других горных странах). Иногда конечные морены отдельных стадий полностью разрушаются при очередных наступаниях ледников, следами упомянутых стадий остаются лишь «обезглавленные» горизонты основных морен. Это наблюдалось на высокогорном Кавказе. Таким образом, по числу конечных морен далеко не всегда удается полностью восстановить события ледниковой истории гор.
Высота конечных морен может сильно варьировать. Сезонные конечные морены отличаются небольшими размерами, и их высота составляет 1—2 м. Когда перед концом ледника выражена серия таких морен, поверхность ледникового предполья приобретает сходство с гофрированной стиральной доской. Бывают, впрочем, и крупные конечные морены, которые, как правило, отмечают длительное стационарное положение ледникового фронта. Их высота может достигать нескольких десятков метров.
Впрочем, встречаются и гигантские конечные морены. Например, конечная морена ледника Франца-Иосифа на Южном острове Новой Зеландии поднимается на 430 м на прибрежной равнине. Очень крупные морены отмечают положение концов альпийских ледников, спускавшихся на Ломбардскую равнину. Такие конечные морены привлекают пристальное внимание ученых, поскольку, видимо, отражают важные вехи в жизнедеятельности ледников. Предполагают, что наиболее крупные морены, значительно удаленные от концов современных ледников, сформировались во время последней крупной ледниковой эпохи — 20—15 тыс. лет назад.
Как правило, у конечно-моренных гряд склоны, обращенные к леднику, ниже противоположных склонов. По разнице их высот можно приблизительно оценить мощность горизонтов основных морен.
Размеры морен часто зависят от крупности слагающего их материала. Морены, насыщенные крупными глыбами, более устойчивы к эрозии, поскольку талые воды не в состоянии уносить крупные обломки. На днищах некоторых долин иногда попадаются огромные, отдельно стоящие камни — это все, что осталось от конечно-моренных гряд. При визуальных наблюдениях было установлено, что у концов современных ледников конечные морены содержат глыбы погребенного льда. Такие морены с ледяным ядром, как правило, более распространены в горах Арктики, в умеренных широтах они редки. Геофизические методы показали, что мощность погребенных глыб льда достаточно велика. Со временем ледяное ядро вытаивает и соответственно высота и форма гряды меняются. Сейчас разработаны принципы, позволяющие распознавать морены с ледяным ядром на аэрофотоснимках. В самом общем случае, если конечная морена у конца ледника отличается большими размерами, можно предполагать, что она содержит ледяное ядро. Кроме того, на ее поверхности хорошо заметны термокарстовые воронки, связанные с таянием погребенного льда. С этим же процессом связано возникновение характерных форм оплывания грунта.
Конечно, ученых давно интересовал вопрос, как долго может сохраняться ледяное ядро в моренах. Чаще всего считали, что эти формы очень молоды, пока норвежский ученый X. Эстрем не провел специальное исследование. Из конечной морены ледника Гросубреен на юге Норвегии он вытаял 200 кг погребенного льда, откуда удалось извлечь всего 3 г углерода. Этого мизерного количества оказалось достаточно для радиоуглеродного датирования: возраст морены 2600±100 лет. Впрочем, не исключено, что морены с ледяным ядром могут быть и существенно древнее.
Детальные литологические исследования установили, что морены с ледяным ядром образуются из материала мореносодержащего льда. При наступании ледников слои этого льда выдавливаются к поверхности, где впоследствии каменный материал вытаивает и погребает нижележащий лед. По-видимому, это довольно распространенный способ формирования морен в горах.
В том случае, когда ледник длительное время стабилен, конечные морены могут образоваться за счет камней, ссыпающихся с его поверхности. Иногда при этом вырастают валы высотой до 5 м. Такие конечные морены, называемые насыпными, легко выделяются, ибо сложены каменным материалом поверхностных морен.
Самые крупные конечные морены принадлежат к типу напорных и прекрасно иллюстрируют колоссальные масштабы геологической деятельности ледников. Активно наступающие концы ледников деформируют и сминают в складки подстилающие отложения и передвигают массы грунта на значительные расстояния. В составе напорных морен часто присутствует материал неледникового происхождения: аллювий, озерные пески и глины, торф, нередко с крупными растительными остатками. Известны случаи, когда в моренах находили целые стволы деревьев. Например, в морене ледника Большой Азау, спускающегося с Эльбрусского массива, Г. В. Абих в 1847 г. обнаружил стволы сосны со свежими ветками и хвоей и тем самым доказал, что ледники Кавказа незадолго до этого активизировались. Аналогичные находки удалось сделать и в других районах, однако в целом они не так уж часты.
Формирование напорных морен во многом определяется термическими условиями на ложе ледника и составом подстилающих пород. Ясно, что леднику гораздо легче расправиться с пластичными глинами, чем с мерзлыми грубообломочными осадками.
Известны случаи, когда ледники, спускавшиеся во фьорды, пересекали их и выталкивали со дна толщи осадки с многочисленными раковинами морских моллюсков. Одну из таких морен в верховьях Ван-Мейен-фьорда нам показал Л. С. Троицкий, энтузиаст палеогляциологического изучения Шпицбергена. Впоследствии на Тянь-Шане мы наблюдали четко выраженные напорные морены с крупными гляциодислокациями — смятыми в складки и осложненными сбросами пачками захваченных ледником рыхлых отложений.
Типичной формой ледниковой аккумуляции в горах являются также береговые морены. В рельефе они выражены лучше, чем конечные, и считаются их морфологическим продолжением вдоль бортов ледников. Береговые морены могут непосредственно прислоняться к бортам трогов и иметь односторонний крутой склон. Это чаще всего наблюдается на суженных участках долин. Нередко береговые морены представляют собой гряды, отделенные от бортов трогов ложбинами стока и имеющие асимметричное строение: склоны, обращенные к леднику, более круты, чем противоположные. Рассматриваемые гряды на десятки метров возвышаются над поверхностью ледника, маркируя ее положение в прошлом.
Как правило, береговые морены прослеживаются сериями, в результате склон трога, обращенный к леднику, приобретает четко выраженную ступенчатую форму. По береговым моренам реконструируется последовательное убывание ледников.
Происхождение береговых морен до недавних пор оставалось неясным. Сложилось представление, что основной источник береговых морен — материал субаэрального выветривания, перемещаемый вдоль бортов ледника в виде боковых морен. Однако при этом возникал вопрос: могло ли субаэральное выветривание поставить массу обломочного материала, слагающего береговые морены, высотой по 60—70 м? Возникали сомнения и по поводу длительности рассматриваемых процессов, но сейчас точно установлено, что мощные береговые морены образуются очень быстро.
Именно поэтому мы решили провести литологический анализ материала береговых и боковых морен. Поскольку формирование срединных морен на основном леднике часто происходит в результате слияния боковых морен ледников-притоков, мы ожидали, что по литологическим показателям срединные и боковые морены будут идентичны. Однако полученные данные совершенно не укладывались в привычные схемы. Оказалось, что по составу и строению боковые и береговые морены очень похожи на материал мореносодержащего льда, а количество продуктов субаэрального выветривания в них незначительно. Как же объяснить этот парадоксальный факт?
Мы приняли во внимание, что в пределах ледниковых языков движение льда осуществляется не только вниз по долине, но и к ее бортам. Причем особенно сильна боковая составляющая на тех участках ледника, где преобладает течение сжатия. Логично было бы предположить, что часть мореносодержащего льда перемещается от ложа ледника к его бортам и, следовательно, является важным источником формирования боковых морен.
Для проверки данного предположения мы провели дополнительные полевые исследования в прибортовых частях ледников, а где было возможно, спускались в трещины и промоины во льду. Нам удалось наблюдать, как мощные пачки мореносодержащего льда вздымаются от ложа ледников к их бортам. Замеры ориентировки удлиненных обломков подтвердили, что в отдельных частях ледников поперечное растекание льда происходит особенно активно.
Постепенно прибортовые участки ледников насыщаются мореной, что приводит к уменьшению их пластичности, выключению из общего движения ледников и постепенному омертвению. Так начинается процесс трансформации боковых морен в береговые гряды. Последовательность этого процесса хорошо прослеживается на аэрофотоснимках ледников во многих горных странах. Проведенные в последние годы геофизические исследования показали, что в береговых моренах часто встречается погребенный лед, — еще одно подтверждение нашей модели.
Конечно, в боковые части ледников попадает обломочный материал и со склонов ледосборов, но он присутствует лишь в самых верхних частях береговых морен и по объему значительно уступает обработанным льдом камням, поступившим из-под ледника. В этом легко убедиться, если внимательно приглядеться к крутым обрывам береговых морен, подрезанных ледником. Здесь сразу бросается в глаза наличие окатанных камней, плотно сцементированных мелкоземом. В тех местах, где морена примыкает к борту трога, она может быть перекрыта обвально-осыпными шлейфами. Двучленное строение береговых морен подчеркивается, когда материал, поступающий из разных источников, четко различается по цвету. В целом береговые морены очень быстро разрушаются, чему в немалой степени способствует вытаивание глыб погребенного льда, а также обвально-осыпные процессы. Иногда на склонах береговых морен, сильно расчлененных эрозией, вырабатываются специфические формы — земляные пирамиды.