Утворення Драмлін в Льодовикових Покривах

Що таке справді друмлін

Дрімлін — це витягнута увагами гора, утворена шаром глинистих відходів (till), які льодовик збирає, транспортує та відкладає, рухаючись по вапняку та старих відкладень. На відміну від піску чи гравію, сортованого потоками води, till містить все: від дрібної глини до великих каменів, змішаних безладно, як результат їхнього подряпування та переміщення під льодовиком, а не транспортування річкою. Визначною особливістю друмліна є його форма: асиметрична, у формі капюшона або пів-яйця. Один кінець широкий і тупий, з крутим схилом, а інший кінець поступово звужується до довгого, низького та плавно вигнутого схилу. Типові друмліни мають довжину від кількох сотень метрів до понад одного кілометра, висоту десятки метрів і часто значно довші за широкі. Їхні поверхні гладкі та обтічні, без різких кутів, характерних для вивітрюваних скельних утворень. Критично важливо, що тупий кінець завжди орієнтований у напрямку, звідки рухався лід (головний кінець або stoss), а звужений хвіст — у напрямку, куди він йшов (хвостовий кінець або lee). Ця асиметрія відображає набагато більшу масштабну форму, яку вода чи вітер вирізають у розсипаному ґрунті при зустрічі з перешкодою: тупий опір на передній частині протипоточного течії та довгий захищений потік за ним. Dрімліни складаються переважно з till, хоча деякі містять ядра більш твердих матеріалів, вапнякові гнові або попередні відкладені маси, які лід обгорнув і сформував. Ця варіативність внутрішнього складу є ще одним підказкою у дебатах щодо формування, оскільки чисто депозиційний процес передбачає будівництво гір тільки з till, тоді як друмліни з ядрами свідчать про те, що ерозія та формування попередніх матеріалів також відіграють роль принаймні в деяких випадках. Dрімліни знаходяться виключно в регіонах, які колись були покриті континентальними льодовиками або великими долинними льодярамі, включаючи значну частину Канади, північних штатів США, Скандинавії, Ірландії, Шотландії та Північної Європи. Їхня присутність є неопровержним фізичним свідченням того, що лід колись був застиглий на місцевості, відрізняючи льодовикова місцевість від навколишніх територій, які не зазнали впливу льоду.

Скупчення Драмлін як Індикатори Руху Лідників

Наукова цінність драмлінів полягає не в окремих пагорбах, а у їхній колективній поведінці. Драмліни майже ніколи не зустрічаються поодинці. Замість цього вони збираються у скупчення, які іноді називають драмлінними полями, та можуть містити тисячі окремих пагорбів, розкиданих на площі десятків тисяч квадратних кілометрів. У межах одного скупчення довгі осі драмлінів відносно послідовні, часто варіації не перевищують кількох градусів від одного пагорба до іншого на величезній відстані. Ця послідовність є основою для найбільш усталеного та найменш спірне наукове застосування драмлінів – як прямого показника напрямку руху льодовика на момент їх утворення. Оскільки тупий, крутий кінець спрямований вгору-потік, а загострений кінець йде вниз-потік, геолог, що знаходиться серед скупчення драмлінів, може просто подивитися на вирівнювання пагорбів і зчитати давній напрямок руху так само впевнено, як читає стрілку. Цей метод застосовується вже більше століття та залишається основою гляціоморфології сьогодні. Картуючи орієнтації драмлінів по всьому регіону та об'єднуючи їх з іншими показниками руху, такими як скребла, витесані в скелях, видовжені гребені, що називаються флютами, та ландшафти типу «край-хвіст», дослідники відтворили детальні карти течії колишніх льодовиків, включаючи льодовик Лаврентія, який покривав більшу частину Канади та північний штат США під час останнього льоду, і Британсько-Ірландський льодовик. Ці реконструкції показують, що рух льодовика не був простим однорідним розповсюдженням з однієї куполини, а напрямок руху змінювався з часом, коли куполи льоду зростали, переміщувалися та товщиною зменьшувалися, і скупчення різних орієнтацій іноді перетинають або розрізають один одного, зберігаючи закладений запис про зміни в динаміці льодовика. Це спрямоване застосування драмлінів вважається надійним та широко поширеним, переважно незалежним від того, який конкретний механізм формування виявляється правильним, оскільки майже кожен запропонований механізм погоджується з тим, що удовзнення узгоджується з рухом льодовика. Відкрите наукове питання полягає не в тому, що драмліни нам говорять про напрямок, а в фізичному процесі, який вирізає або будує цю видовжену форму.

Модель нестабільності: лід, вода та террасний матеріал у взаємодії

Найбільш сучасний підхід до пояснення утворення драмлін розглядає процес як виникаючу нестабільність, що виникає внаслідок взаємодії деформованого, насиченого водою підльодовикового террасного матеріалу та льодовика, що пливе над ним, а не як простий однокроковий процес обробки або скидання. Під активним льодовиком ліжок часто не є твердий камінь, а шар террасного матеріалу, який був пом’якшений під тиском застряглого розтопленого льоду між льодовиком і землею нижче. Цей насичений водою террасний матеріал може деформуватися та повільно текти під вагою та зсувним напруженням, що діє від надльодовика, поводячись як густа суспензія, а не твердий об’єкт. Зсув льодовика та деформація террасного матеріалу разом створюють умови для процесу нестабільності. Процес, ймовірно, починається з невеликої, практично випадкової нерівності ліжка, наприклад, ділянки твердішого террасного матеріалу, невеликого камені або незначного потовщення осадових порід. Ця невелика перешкода локально порушує плавний потік льодовика, що протікає над нею, дещо збільшуючи тиск льодовика на його долинний край і змінюючи закономірність підльодовикового тиску навколо нього. Де тиск води локально знижується, террасний матеріал схильний до стирання; де він зростає, террасний матеріал послаблюється та легше залучається рухомим льодовиком над ним. Це суть самопідсилюючогося зворотного зв’язку. Початкова перешкода достатньо порушує систему льоду-води-террасного матеріалу, щоб заохотити невелику додаткову відкладення або зменшення ерозії безпосередньо вниз за межами перешкоди, тоді як сам потік збудження підсилюється та загострюється. З часом повторні цикли цього зворотного зв’язку поступово збільшують початкову нерівність, витягуючи та спрощуючи її в видовжену, виделковидну купінку, розташовану точно вздовж напрямку льодовика, оскільки форми, узгоджені зі струмом, мінімізують тертя та є механічно сприятливими для росту та збереження. Дослідники явно порівнюють цей динамічний процес із самоорганізованими лійками, які утворюються при русі будь-якого течії над деформованим дрібнозернистим матеріалом, таким як піщані дюни, що утворюються під дією вітру, або хвилі, що утворюються на річці внаслідок руху води. У обох випадках початкова невеликий, майже випадковий зсув не просто вимивається або ігнорується течією, а навпаки росте через зворотний зв’язок до стабільного, повторюваного, більшого масштабу закономірності. Пропонуються, що підльодовий террасний матеріал на глибині кількох кілометрів, де пливе льодовик, поводиться аналогічно, хоча фізичні змінні, які беруть участь – реологія льоду, тиск води, міцність террасного матеріалу та ефективний тиск на межі між льодовиком і ліжком – значно складніші, ніж у випадку з вітром над піском.

Чому точний механізм залишається спірним

Хоча модель нестабільності стала провідним пояснювальним каркасом, вона не повністю вирішила столітню дискусію щодо того, як саме утворюються драмліни, і декілька конкуруючих або доповняльних ідей залишаються науково активними. Одна історична група підкреслювала ерозійне утворення, пропонуючи, що драмліни вирізані льодом та тапом, які еродують попередній шар щебеню або осадових порід, по суті, виготовляючи пагорби з вже наявної маси подібно до того, як вітрова ерозія залишає спроектовані хвилеподібні утворення (ярданди) в пустелі. Ця точка зору підтримується драмлінами, які містять ядра більш старого та твердого матеріалу, що важко пояснити лише за рахунок відкладення, оскільки само по собі відкладання не могло б природним чином вбудувати у пагорб ядро попереднього скельного пласта. Друга група підкреслювала накопичувальне утворення, пропонуючи, що драмліни будуються поступово, коли лід відкладає послідовні шари щебеню в сприятливих місцях, дещо як осад, який акумулюється навколо перешкоди в потоці. Ця точка зору добре узгоджується з драмлінами, що складаються з внутрішньо шароватих або структурованих щебенів, що свідчить про поступове накопичення з часом, а не про вирізання з однієї попередньої маси. Сучасний підхід нестабільності намагається об'єднати ці погляди, пропонуючи, що як ерозія, так і відкладення можуть відбуватися одночасно та локально як частина одного з’єднаного зворотного зв’язку, де ерозія домінує в деяких позиціях відносно утворюючогося пагорба, а відкладення – в інших. Однак переклад цієї елегантної концептуальної моделі на точну та вимірювану кількісну теорію, яка б правильно передбачала розмір, відстань між драмлінами, форму та внутрішню структуру багатьох різних реальних утворень, виявилася справді складною. Кілька факторів підтримують дискусію. Пряме спостереження практично неможливе, оскільки процес відбувається під кілометрами активного льоду в віддалених полярних та колишньольодовикових регіонах, змушуючи дослідників покладатися на непрямі докази: внутрішню структуру драмлінів, що виявляється у кар’єрах і розрізах доріг, геофізичні описи, чисельні та лабораторні моделі, а також порівняння з утворенням під сучасними, все ще активними льодовиками, такими як частини Антарктиди. Драмліни в різних регіонах також показують реальну фізичну варіабельність у складі, внутрішньому шаруванні та наявності або відсутності ядер, що свідчить про те, що жодна з механізмів не може застосовуватися універсально, і формування драмлінів може представляти собою спектр пов’язаних процесів, а не єдиний рецепт. Це здоровий, безперервний напрямок льодкоргографічних досліджень, а не ознака того, що основна наука нерозbitна.

Читання ландшафту: Драмлін в практиці

Геологи-поляризатори та картографи драмлінів покладаються на комбінацію безпосереднього спостереження, топографічних карт і, все частіше, високоточних цифрових даних про висоту місцевості, отриманих за допомогою супутникового та повітряного лазерного сканування (лідр), які можуть виявляти тонкі вирівняні ландшафти навіть у районах, закритих рослинністю або сучасним використанням землі. A добре збережений скопінг драмлінів часто вражає візуально з повітря чи на затіненому рельєфній карті,appearing as a field of parallel, elongated ovals all oriented the same direction, sometimes likened to a basket of eggs or a school of fish. Цей підхід до розпізнавання шаблонів дозволяє дослідникам швидко встановити регіональні напрямки течії льодовика на величезних територіях без необхідності фізично відвідувати кожен пагорб. Крім простого напрямку, розмір, відстань і щільність драмлінів у скопінгу вважаються несуть додаткову інформацію про умови, за яких вони утворювалися, включаючи швидкість льодовика, наявність шаруватого матеріалу та насиченість водою, а також тривалість стабільної течії, необхідної для повного розвитку вирівняної форми. Більші, більш видовжені драмліни зазвичай пов’язані зі швидким, більш стійким і більш постійним у напрямку льодовиком, тоді як коротші, менш вирівняні форми можуть свідчити про течію, яка була повільнішою, коротшим терміном або більш змінною в напрямку до відступу або зміщення льодовика. Dрамліни вивчаються разом з іншими ландшафтами, залишеними рухомим льодом, включаючи ескери (вигнуті пагорби, утворені потоками розтопленої води, що протікали всередині або під льодовиком), мортиси (пагорби з уламків, які відзначають місце зупинки передньої межі льодовика) і флути (менші, більш видовжені пагорби, утворені подібними процесами до драмлінів, але на меншому масштабі). Разом ці особливості дозволяють дослідникам реконструювати не тільки напрямок течії, а й ширшу історію життя льодовика, включаючи там, де він товстішав, зтоншуювався, прискорювався, сповільнювався і зрештою зник. Розуміння утворення драмлінів також має значення за межами історичної реконструкції. Фізичні процеси, що регулюють деформацію шаруватого матеріалу та підльодовиковий тиск, які вважаються рушійними силами утворення драмлінів, ті ж самі процеси, що контролюють швидкість сучасних льодовиків в Гренландії та Антарктиді, що рухаються до океану, роблячи цю здавалося б історичну загадку безпосередньо актуальною для прогнозування майбутньої поведінки земних льодовиків під впливом зміни клімату.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Drumlin Formation Under Ice Sheets і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.