Ледники и моря Антарктиды
Ледники
По мнению некоторых ученых, первоначальный Антарктический ледник, который постепенно утолщался и со временем превратился в обширный Восточно-антарктический ледниковый щит, возник в районе гор Гамбурцева более 14 млн лет назад.
Другие ледники, например те, что сформировались на Сентинельском хребте, возможно, еще 50 миллионов лет назад, продвигались вниз по долинам, чтобы достигнув моря, обрушиться в него на западе Антарктиды. Образовались ледяные шельфы, окаймляющие континент, позже севшие на грунт по мере усиления оледенения. Возникли местные ледяные шапки, покрывающие группы островов Западной Антарктиды, а также горные хребты Восточной Антарктиды. Ледяные шапки со временем слились в огромные ледяные щиты, которые связали Западную и Восточную Антарктиду в единый континент, который мы видим сегодня. За исключением возможного исчезновения ледяного покрова, случившегося около 3 миллионов лет назад, континент все время был покрыт льдом с тех пор, как появились первые ледники.
Причинно-следственные факторы, ведущие к рождению и развитию этих континентальных ледяных щитов, а затем к их распаду и исчезновению, тем не менее, все еще плохо изучены. Эти факторы тесно взаимосвязаны. Более того, однажды появившись, ледяные щиты, как правило, образуют свой отдельный тип климата, являются самовоспроизводящимися и, возможно даже, саморазрушающимися. Холодные воздушные массы, стекающие с антарктических земель, охлаждают и замораживают окружающие океаны зимой. Образуется ледяной покров, уменьшающий поступление солнечной энергии за счет увеличения отражательной способности. Внутренние континентальные регионы становятся еще более удаленными от источников открытого океанического тепла и влаги. Восточно — антарктический ледяной покров вырос до таких размеров, что в настоящее время в его центральной части крайне мало атмосферной влаги.
Объем южнополярных льдов, должно быть, сильно колебался с момента зарождения ледяных щитов. Общее понижение уровня льда привело к тому, что некоторые ледники, ползущие из полярного региона через Трансантарктические горы, в настоящее время отступили и почти исчезли, образовав такие сухие бесснежные долины как Долина Райта, Долина Тейлора и Долина Виктории вблизи пролива Мак-Мердо.
Общепринятое мнение о том, что антарктический лед сохранялся неизменным с момента его возникновения, было опровергнуто открытием в 1983 году кайнозойских морских диатомовых водорослей, которые, как считается, относятся к эпохе Плиоцена (около 5,3—2,6 миллионов лет назад), в ледниковых отложениях в районе ледника Бердмор. Считается, что останки диатомовых водорослей были извлечены из молодых осадочных отложений бассейнов Восточной Антарктиды и вошли в состав отложений ледников, движущихся через Трансантарктические горы. Если это так, то Антарктида, возможно, была свободна или почти свободна ото льда еще около 3 миллионов лет назад, когда диатомовые водоросли отлагались на морском дне, и Антарктический ледяной покров исчез, возможно, так же, как произошло позже в Северном полушарии во время межледниковых периодов.
Свидетельства существования прежнего более высокого уровня моря, обнаруженные во многих районах Земли, по-видимому, подтверждают гипотезу о том, что такое событие, как исчезновение Антарктического ледяного щита, имело место. Например, если бы лед Антарктиды растаял сегодня, то уровень Мирового океана, вероятно, поднялся бы примерно на 45-60 метров.
Ледяной покров Антарктиды, по-видимому, находится приблизительно в состоянии равновесия, значительно не увеличиваясь и не уменьшаясь. Выпадение снега компенсируется главным образом «стеканием» континентального льда, движущегося в сторону моря. Наибольшая потеря объема льда происходит за счет отламывания ледяных глыб от шельфовых ледников, в частности, от шельфовых ледников Росса, Ронна, Фильхнера и Эмери. Баланс между формированием нового ледяного покрова и его потерей, как известно, различны на разных шельфовых ледниках, но исчезновение, вероятно, преобладает. Небольшие шельфовые ледники на Антарктическом полуострове в настоящее время отступают, распадаясь на обширные поля айсбергов, вероятно, из-за глобального повышения температуры.
Предметом многих исследований был Западно-Антарктический ледяной щит (West Antarctic Ice Sheet, WAIS) из-за его нестабильности. Шельфовый ледник Росса в основном питается огромными ледяными потоками, спускающимися с WAIS вдоль побережья Сипла. Поведение этих потоков крайне нестабильно. За последние сто или около того лет они то ускоряются, то замедляются, то утолщаются или становятся тоньше. Огромные куски ледников отрываются от своих пластов, образуя шельфовые ледники или плавающие ледниковые языки. Изменения в линии налегания могут в конечном итоге трансформировать саму WAIS, потенциально приводя к исчезновению этого ледяного покрова и вызывая значительное повышение уровня моря.
ЛИНИЯ НАЛЕГАНИЯ — Гляциологическая граница на ледниковом ложе, разделяющая налегающие и плавучие части «морских» ледников. Она отграничивает шельфовые ледники и плавучие ледниковые языки от «морских» ледниковых щитов, куполов и ледяных потоков. Позиция Л. н. устанавливается в процессе взаимодействия ледников с океаном или внутренним водоемом и может изменяться под влиянием ряда факторов. (Источник)
Хотя вероятность того, что все это произойдет в ближайшие 100 лет, весьма мала, основные изменения WAIS в XXI веке не являются невозможными и могут иметь глобальные последствия.
Эти ледяные щиты также сохранили уникальные записи о прошлом климате: об атмосфере, вулканических и космических частицах, количестве атмосферных осадков и их химическом составе, температуре. Поэтому, бурение ледяных кернов и последующий анализ этих кернов позволяют получить новую информацию о процессах, вызывающих изменение климата. Глубокая скважина на российской станции «Восток» выявила климатические и радиоактивные осадки, история которых насчитывает более 400 000 лет. В месте бурения подо льдом лежит огромное пресноводное озеро — Озеро Восток. Это озеро, вероятно, было изолировано в течение десятков миллионов лет, что привело к предположениям о том, какая жизнь могла развиться в этой необычной обстановке.
Озеро Восток также привлекло внимание Планетарного научного сообщества, поскольку оно является возможным испытательным полигоном для будущих исследований спутника Юпитера Европы, который обладает слоем жидкой воды под толстым ледяным покровом и, таким образом, там имеется возможность существования жизни.
На ледяных щитах Антарктиды были обнаружены тысячи метеоритов. К 1969 году было найдено только пять их фрагментов, но с тех пор было найдено более 9800 штук. Большинство образцов, по-видимому, приземлились на антарктические ледяные щиты примерно от 10 000 до 700 000 лет назад. Там где древний лед исчезал, метеориты стали концентрироваться на поверхности. Большинство метеоритов, как полагают, астероидного происхождения, несколько — кометного, а некоторые, как теперь известно, имеют лунное происхождение. Другие метеориты редкого класса, называемые шерготтитами, имеют Марсианское происхождение.
Марсианский метеорит Шерготти упал на Землю около населенного пункта Шерготти (Shergotty) в Индии в 1865 году и представляет собой первый пример шерготтитов. Так впоследствии стали называть схожие с ним метеориты, состоящие из базальтов. Его возраст – 175 миллионов лет. Предположительно, он был выбит с поверхности красной планеты после падения крупного метеорита в вулканическом районе с преобладанием базальтовых пород.
Моря вокруг Антарктиды
Моря, окружающие Антарктиду, часто сравнивают со рвом вокруг крепости. “Ревущие сороковые” и “яростные пятидесятые” лежат в приполярной штормовой области в зоне океанического течения, обычно называемом «Течением Западных Ветров» или «Антарктическим циркумполярным течением.»
АНТАРКТИЧЕСКОЕ ЦИРКУМПОЛЯРНОЕ ТЕЧЕНИЕ (Течение Западных Ветров), поверхностное течение в Южном полушарии; направляясь с запада на восток, огибает земной шар между 40 и 50° ю. ш. Протяжённость до 30 тыс. км, ширина около 1000 км. В верхнем слое вызывается преобладающими в этих широтах зап. ветрами, во многих местах поток охватывает всю толщу вод до дна океана. Положение центра течения совпадает с южным полярным фронтом, отделяющим относительно тёплые воды южных частей Атлантического, Индийского и Тихого океанов от холодных антарктических вод. В поверхностном слое скорость 0,4–0,9 км/ч, в глубинном – до 0,4 км/ч. Температура в верхнем слое меняется от 12–15 °С в северной части до 1–2 °С в южной; солёность соответственно от 35 до 33,9‰.(Большая российская энциклопедия).
Теплые субтропические поверхностные течения в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах движутся на юг в западной части этих вод, а затем поворачивают на восток при встрече с циркумполярным течением. Теплая вода встречается и частично смешивается с холодной антарктической водой, называемой антарктической поверхностной водой, образуя массу с промежуточными характеристиками, называемую Субантарктической поверхностной водой. Смешение происходит в неглубокой, но широкой зоне, лежащей к югу от субтропической конвергенции (около 40° ю.ш) и к северу от антарктической конвергенции (примерно между 50° и 60° ю.ш.). Субтропическая конвергенция обычно очерчивает северные границы водной массы, имеющей так много уникальных физических и биологических особенностей, что ей часто дают отдельное название — Антарктический, или Южный океан; он содержит около 10% объема воды Мирового океана.
АНТАРКТИЧЕСКАЯ КОНВЕРГЕНЦИЯ — переходная область южного полушария, главная пограничная зона Мирового океана, разделяющая воды, окружающие Антарктиду, на антарктические и субантарктические регионы. В зоне антарктической конвергенции — холодные, плотные поверхностные воды опускаются и текут на север, создавая таким образом крупную меридиональную систему циркуляции. Эта зона конвергенции образует четкую биологическую границу. Есть много видов растений и птиц, рыб и других животных, которые типичны для антарктических вод, но очень редки по другую сторону конвергенции.
Эти две конвергенции являются четко определенными и важными океаническими пограничными зонами, которые оказывают сильное влияние на климат, морскую флору и фауну, донные отложения и дрейф ледников и айсбергов. Они легко идентифицируются по быстрым изменениям температуры и солености. Антарктические моря менее соленые, чем тропические, из-за их более низких температур и меньшей испаряемости. Когда поверхностные воды перемещаются на юг из зоны субтропической конвергенции в субантарктический климатический пояс, их температура падает примерно на 5 — 9 °C. По всей антарктической конвергенции, от субантарктики до антарктической климатической зоны, температура поверхностных вод падает еще больше.
В то время как характер поверхностных течений, контролируемых в основном вращением Земли, ветрами, перепадами плотности воды и формой бассейнов, относительно хорошо изучен, поведение глубинных водных масс изучено гораздо меньше. Текущие на север антарктические поверхностные воды опускаются примерно на 900 метров ниже более теплых субантарктических поверхностных вод вдоль антарктической конвергенции, чтобы стать субантарктическими промежуточными водами.
Эта водная масса, так же как и холодные антарктические донные воды, распространяется далеко на север за пределы экватора, чтобы смешаться с водами Северного полушария. Движение антарктических донных вод можно определить в Атлантике вплоть до Бермудских островов. Течения вблизи материка приводят к возникновению зон расхождения поверхностных течений в Мировом океане (Дивергенция морских вод), сопровождающегося подъемом (апвеллингом) более глубоких водных масс.
Вокруг континента образуются две формы плавучих ледяных масс: (1) шельфовые ледники, некоторые из которых имеют огромные размеры, например, такие как шельф Росса, и (2) ежегодно замерзающий и тающий паковый лед, который зимой достигает примерно 56° ю.ш. в Атлантике и 64° ю.ш. в Тихом океане. Антарктида была названа пульсирующим континентом из-за ежегодного изменения положения ее ледяной береговой линии. Толкаемый ветрами и течениями, паковый лед находится в постоянном движении. Это движение происходит на запад в прибрежном поясе течения восточных ветров у края континента и на восток (далее на север) в поясе течения западных ветров. Айсберги — отколовшиеся части ледников и шельфовых ледников — достигают северных границ примерно на уровне субтропической конвергенции.
При ежегодном изменении площади примерно в шесть раз большем, чем для Арктического пакового льда, Антарктический паковый лед, несомненно, играет гораздо значительную роль в теплообмене между океаном и атмосферой и, таким образом, вероятно, в изменении глобальных погодных условий. Синоптические исследования, в настоящее время подкрепленные спутниковыми снимками, показывают многолетнее истончение Антарктического пакового льда, возможно, связанное с глобальными климатическими изменениями.
В рамках проекта глубоководного бурения, осуществлявшегося с 1968 по 1983 год правительством США, буровое судно «Гломар Челленджер» совершило несколько походов по антарктическим и субантарктическим водам для сбора и изучения материалов со дна океана и под ним. Была осуществлена одна экспедиция в район между Австралией и морем Росса (1972-73 г.г.), одна экспедиция в район к югу от Новой Зеландии (1973 г.), одна экспедиция в район между южной частью Чили до моря Беллинсгаузена (1974) и две экспедиции в район между проливом Дрейка и Фолклендскими островами (1974 г. и 1979-80 г.г.).
Среди наиболее значительных находок корабля были углеводороды, обнаруженные в отложениях палеогенового и неогенового возраста (то есть возрастом около 2,6 — 66 млн лет) в море Росса и образцы пород, принесенные айсбергами из Антарктиды, найденные в отложениях позднего олигоцена (возраст которых примерно от 23 млн до 28 млн лет). Исследователи пришли к выводу, что Антарктида покрылась ледниками по меньшей мере 25 миллионов лет назад.
В 1985 году, финансируемые на международном уровне, начались новые буровые работы по программе глубоководного бурения. В этот раз использовалось новое буровое судно JOIDES Resolution для расширения более ранних исследований Glomar Challenger.
Исследования в море Уэдделла (1986-87 г.г.) показали, что поверхностные воды были теплыми в период от позднего мела до раннего кайнозоя и что Западно-Антарктический ледяной покров сформировался примерно 5 — 10 миллионов лет назад, что намного позже, чем предполагалось ранее. Бурение на плато Кергелен вблизи шельфового ледника Эмери (1987-88 гг.) повлекло за собой изучение истории отделения Индийско-Австралийской Плиты от Восточной Антарктиды и показало, что это затопленное плато — крупнейшее в мире подобное образование — имеет океаническое происхождение, а не является континентальным фрагментом, как считалось ранее.