Экзарация

Экзарация (от лат. exaratio — выпахивание, вырывание) — это процесс механического разрушения горных пород и подстилающих грунтов движущимся ледником, сопровождающийся их выпахиванием, истиранием, штрихованием и полировкой ледникового ложа. Экзарация является одним из основных экзогенных (внешних) геологических процессов, формирующих рельеф в областях современного и древнего оледенения. В результате экзарации образуются характерные ледниковые формы рельефа: троги (корытообразные долины), бараньи лбы, курчавые скалы, ледниковые шрамы и борозды.

Механизм процесса

Экзарация осуществляется за счёт нескольких взаимосвязанных механизмов. Основным фактором является давление толщи льда на ложе ледника. Под действием собственного веса лёд, обладающий пластичностью, течёт, и в его нижних слоях возникают значительные касательные напряжения. Эти напряжения передаются на подстилающую поверхность, вызывая её деформацию и разрушение.

Ключевую роль в экзарации играет ледниковый вклад — обломки горных пород (валуны, галька, песок), вмороженные в нижнюю часть ледника. Двигаясь вместе со льдом, эти обломки действуют как абразивный инструмент, истирая, царапая и полируя коренные породы ложа. Крупные валуны оставляют на поверхности глубокие борозды и шрамы, ориентированные по направлению движения ледника. Мелкие частицы (песок, алеврит) производят более тонкую шлифовку, создавая ледниковую полировку.

Кроме абразивного истирания, важную роль играет выпахивание (плужный эффект). При движении ледника его нижняя часть, насыщенная обломками, отрывает и вырывает из ложа крупные глыбы породы. Этот процесс особенно эффективен, если в породе есть трещины или ослабленные зоны. Выпаханные глыбы затем вмораживаются в лёд и сами становятся инструментом экзарации.

Третий механизм — гидравлический отрыв. Под давлением ледника талая вода проникает в трещины и поры породы. При снятии давления (например, при движении ледника через неровности ложа) вода расширяется, создавая гидравлические удары, которые способствуют отрыву и дроблению частиц породы.

Факторы, влияющие на интенсивность экзарации

Интенсивность экзарации зависит от нескольких факторов:

• Скорость движения ледника. Чем выше скорость, тем больше кинетическая энергия и тем сильнее механическое воздействие на ложе. Скорость ледников может варьироваться от нескольких сантиметров до нескольких метров в сутки.
• Мощность (толщина) ледника. Большая толщина создаёт высокое давление на ложе, что усиливает все механизмы экзарации. Максимальная мощность покровных ледников в ледниковые периоды достигала 3–4 км.
• Характер подстилающих пород. Наиболее интенсивно экзарация проявляется на мягких, трещиноватых или слоистых породах (известняки, песчаники, сланцы). Твёрдые, массивные кристаллические породы (граниты, базальты, гнейсы) более устойчивы к разрушению, но и на них ледник оставляет следы в виде полировки и шрамов.
• Наличие и количество обломочного материала в основании ледника. Чем больше вмороженных обломков, тем выше абразивная способность льда. Однако при чрезмерном насыщении обломками лёд может терять пластичность, что снижает скорость движения и, соответственно, экзарацию.
• Температура льда у ложа. Тёплый лёд (с температурой, близкой к точке плавления) более пластичен и лучше обтекает препятствия, что способствует более равномерной экзарации. Холодный лёд (примерзший к ложу) менее подвижен и может вызывать лишь отрыв крупных глыб при движении.

Продукты экзарации

Продукты экзарации переносятся ледником и отлагаются при его таянии, образуя ледниковые отложения — морены. По составу и строению различают:

• Основная (донная) морена — несортированный материал, состоящий из глины, песка, гравия, гальки и валунов, перемешанных в хаотичном порядке. Образуется из обломков, истираемых и выпахиваемых из ложа.
• Конечная (фронтальная) морена — вал из обломочного материала, накапливающийся у края ледника.
• Боковые и срединные морены — скопления обломков, переносимых на поверхности и внутри ледника.

Характерной особенностью ледниковых отложений является наличие ледниковых эрратических валунов — крупных глыб породы, перенесённых на значительные расстояния от места их коренного залегания. Например, в Подмосковье встречаются валуны гранита, принесённые из Скандинавии во время Днепровского оледенения.

Формы рельефа, создаваемые экзарацией

Экзарация формирует специфический комплекс форм рельефа, который позволяет геологам и геоморфологам реконструировать границы и динамику древних оледенений.

Троги

Трог (от нем. Trog — корыто) — это долина, выработанная горным ледником. В поперечном профисе трог имеет U-образную форму с крутыми, часто ступенчатыми склонами и широким, плоским дном. В отличие от речных V-образных долин, троги образуются в результате экзарации и ледниковой эрозии, которая срезает выступы и расширяет дно. На склонах трогов часто сохраняются плечи — остатки древнего, доледникового рельефа.

Бараньи лбы и курчавые скалы

Бараний лоб — это небольшой, округлый, асимметричный скальный выступ, сглаженный и отполированный ледником. Его пологий, гладкий склон обращён навстречу движению ледника, а противоположный — крутой, неровный, часто с рваными краями. Крутой склон образуется в результате выпахивания и отрыва глыб породы, когда ледник переваливает через вершину выступа. Скопление бараньих лбов образует курчавые скалы — ландшафт, характерный для районов материкового оледенения (например, в Карелии, Финляндии, на Кольском полуострове).

Ледниковые шрамы и борозды

На поверхности отполированных скал (бараньих лбов, ледниковых лож) часто видны параллельные царапины, борозды и шрамы. Их направление совпадает с направлением движения ледника. Эти следы являются важным индикатором для палеогеографических реконструкций. Глубина и ширина шрамов зависят от размера абразивных частиц и твёрдости породы.

Ледниковые котлы

В местах, где ледник особенно интенсивно выпахивал рыхлые или трещиноватые породы, образуются замкнутые понижения — ледниковые котлы (или экзарационные котлы). После таяния ледника они часто заполняются водой, образуя ледниковые озёра (например, многочисленные озёра Карелии и Финляндии).

Распространение и значение

Экзарация характерна для всех областей современного оледенения: Антарктиды, Гренландии, горных ледников Альп, Гималаев, Кавказа, Памира, Тянь-Шаня, а также для районов, подвергавшихся оледенению в четвертичный период (плейстоцен). На территории России следы экзарации широко представлены на Кольском полуострове, в Карелии, на Северном Урале, в горах Сибири и Дальнего Востока.

Изучение экзарации имеет важное научное и практическое значение. Оно позволяет:

• Реконструировать историю оледенений Земли, определять границы, мощность и динамику древних ледниковых покровов.
• Понимать механизмы формирования рельефа в горных и полярных регионах.
• Прогнозировать поведение современных ледников в условиях изменения климата.
• Оценивать инженерно-геологические условия при строительстве в районах древнего оледенения (например, наличие валунов в грунтах, прочность скальных оснований).
• Вести поиск месторождений полезных ископаемых, связанных с ледниковыми отложениями (россыпи золота, алмазов, строительные материалы).

Источники

• Геологический словарь. В 3 томах. — М.: Недра, 1978.
• Геоморфология: учебник для вузов / под ред. Г. С. Ананьева, Ю. Г. Симонова. — М.: Академия, 2008.
• Щукин И. С. Общая геоморфология. — М.: Изд-во МГУ, 1964.
• Котляков В. М. Гляциологический словарь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
• Большая советская энциклопедия. 3-е издание. — М.: Советская энциклопедия, 1969–1978.