динамическая гляциология
ДИНАМИЧЕСКАЯ ГЛЯЦИОЛОГИЯ
Раздел гляциологии, посвященный взаимодействию полей сил (напряжений), деформаций, скоростей и распределения масс (формы) в нивально-гляциальных системах—ледниках, ледяном покрове водоемов, снежном покрове, лавинах. Термин введен П. А. Шумским [225] в узком смысле слова как раздел науки о ледниках. Согласно его определению, "динамическая гляциология — наука о ледниках как макроскопических физических системах. Она игнорирует дискретное строение льда, рассматривая ледник как среду или совокупность полей, характеризуемых осредненными значениями параметров". Аналогичные определения возможны и в приложении к другим нивально-гляциальным системам.
Качественные теории движения ледников выдвигались с начала XVIII в. Они учитывали гравитационное скольжение льда по ложу (Альтман), гидростатическое давление воды в леднике (Соссюр [303]), расширение воды при замерзании. Рандю [298] и Форбс сформулировали представление о леднике как о вязкой жидкости и приписали движение ледников их растеканию. Представления о реологических свойствах ледникового льда в дальнейшем усложнялись. Решения о связи полей скоростей движения льда с толщиной ледников в отсутствии скольжения по ложу имеются в работах У. Хопкинса, А. Одена, Б. П. Вейнберга [31], Ч. Сомильяна, М. Лагалли и др. В них не принималась во внимание трехмерность поля напряжений. Это учел в гляциологии Дж. Най [286], применив тензорные представления о полях напряжений и деформаций. Для этого был использован закон Глена: в = kàn, где έ и à — вторые инварианты девиаторов тензоров деформаций и напряжений, k и п — опытные параметры, зависящие от температуры ледника.
В развитие указанного подхода П. А. Шумским [225] написана система уравнений, включающих законы сохранения массы, количества движения и энергии, реологические уравнения и уравнения совместимости компонент тензора скорости и деформации. Эта система описывает лишь растекание льда и решается только в упрощенных вариантах.
Особую сложность вносит неоднородность температуры в холодных примерзших к ложу ледниках. В случае изотермических ледников, которые скользят по ложу, для расчета скорости и толщины льда необходимо знать условия этого скольжения. Весьма очевидна зависимость скольжения от поступления в ледник воды: силы плавучести и скорость ледника максимальны в начале лета, когда уровень стояния воды высок благодаря неразработанности дренажа. Дополнительное усложнение вносит ограниченная прочность льда, его разрывы, скольжение по сколам, приводящее к несовпадению реологических свойств льда в массиве и в образце. Движение льда вызывает его направленную перекристаллизацию и появление анизотропии реологических свойств. Наконец, проверка даже простых решений на устойчивость с учетом эрозии ложа, неравномерности питания или выделения внутреннего тепла трения приводит к возможности неустойчивых ситуаций, реализующихся в сколах, расслоении, выделении струй и выводных ледников внутри ледниковых покровов и, наконец, к периодическим быстрым подвижкам ледников, которые лишь в общем виде характеризуются как автоколебательный процесс.
Динамическое лавиноведение изучает сходные процессы. Однако здесь трехмерность играет меньшую роль, но большее значение приобретает неоднородность прочностных и реологических свойств снега, наличие снежно-воздушной пульпы и воздушной волны в пылевых лавинах. До недавнего времени в расчете скорости и удара лавин преобладал гидравлико-эмпирический подход с подбором параметров. В последние годы применяются частные гидродинамические решения (А. Н. Божинский и др.). Исследования динамики ледяного покрова водоемов касаются прежде всего прочностных свойств морского или пресноводного льда и воздействия ветра на сжатие и растяжение ледяных полей.
Проблемы Д. г. разрабатываются в Советском Союзе в Москве, Ленинграде, Казани, Ташкенте, Нальчике, а за рубежом в США, Канаде, Англии, Франции, Швейцарии, Австралии.
А. Н. Кренке
