По холодным следам

Твердая жидкость

Странным на первый взгляд кажется предположение, что «твердое тело» вместе с тем и «совершенно пластично». Словно твердый камень сродни мягкому тесту.

Ну, а когда мы в своем воображении легко сдвигаем ледники с отлогих склонов или даже заставляем их течь в гору, когда мысленно видим растекание огромных масс льда под собственной тяжестью, разве мы не признаем за ледником пластичных свойств? Однако всем прекрасно известна хрупкость льда. При больших морозах лед становится еще тверже и еще более хрупким.

Выясняя этот вопрос, приходится вторгаться в обширные владения геофизики, изучающей физические свойства горных пород.

Еще в середине прошлого века было высказано предположение, что ледники перемещаются, подобно вязким телам — воску, смоле. Позже в глетчерном льду обнаружили множество кристаллов (речной лед подобен одному кристаллу, а фирновый — скоплению мелких и крупных кристаллов и обломков льда). Под давлением ледника силы сцепления между кристаллами и обломками льда нарушаются, ледяные частицы начинают перемещаться и скользить одна по другой.

Чтобы не теряться в догадках, ученые принялись изучать поведение льда на опытах.

Из льда выпиливали пластины и изгибали их при низких температурах. Пластины меняли форму и вновь возвращались в прежнее положение. Если давление на лед было невелико и изгиб проходил постепенно, неприметно глазу, никаких трещинок во льду нельзя было обнаружить. Удавалось даже скручивать ледяные пластины винтом.

Лед оказался очень податливым материалом. Только надо было воздействовать на него осторожно, медленно, постепенно. Поторопился — и он раскалывается на куски.

В ледяную массу (все опыты проводились на морозе) легко вдавливался тяжелый лом — сам по себе, словно тонул в пластичной глине.

Однако примерно в то же время, когда проводились эти опыты (середина прошлого века), известный исследователь ледников Кролль писал: «Ледниковая глина — гораздо более рыхлое вещество, чем лед, ее сопротивление сдвигу должно быть гораздо меньше, чем сопротивление льда; между тем громадные массы ледниковой глины будут лежать целые века на склоне горы, столь крутом, что едва решишься карабкаться на него, тогда как ледник будет сползать по долине, которой уклон едва заметен для глаз».

Казалось бы, логично и убедительно. На самом деле нет геологического взгляда на поведение ледников.

Струя воды, если резко ударить по ней, расколется, как сосулька. Жидкость в короткие интервалы времени ведет себя словно твердое тело. А любое твердое тело за геологическое время под напором внешних сил изменяет форму и способно растекаться, подобно жидкости.

Сравнительно недавно были открыты своеобразные жидкие кристаллы. А стекла, пластмассы, смолы стали называть твердыми жидкостями.

О том, что разница между жидкостью и твердым телом зависит от выбранного нами масштаба времени, интервала наблюдения, говорил и Кропоткин:

«…До сих пор постоянно еще ставится вопрос: какими особыми, специальными свойствами льда, то есть хрупкого, а следовательно — предполагалось — непластичного, негибкого тела можно объяснить себе пластичные изменения формы в больших ледяных массах… Я полагаю, однако, что давно пора окончательно изменить постановку вопроса; теперь речь должна идти уже не о ледниках и даже не о специальных свойствах льда: ибо кусок льда обладает той же гибкостью и пластичностью, как и кусок железа, стекла и воска; различие между ними — только в степени подвижности частиц, в численной величине коэффициента жидкостности; речь должна, следовательно, идти о причине пластичности всех вообще твердых тел».

Приходится только удивляться, как много самых различных, порою очень глубоких идей высказывал Кропоткин!

Пластичность и текучесть твердых тел изучает сейчас специальная техническая наука — реология. А поведение горных пород в течение длительных интервалов геологического времени, не только за многие тысячи, но и за многие миллионы лет, до сих пор остается трудной, интересной и не выясненной окончательно проблемой.

Гляциология

Коли уж речь у нас зашла о науках, которые помогли ученым составить представление о ледниковой эпохе, нельзя не упомянуть о гляциологии. Мы уже говорили об изучении альпийских ледников. Оно началось с описаний и зарисовок ледяных языков. Затем ученые стали серьезно задумываться о том, как образуются горные ледники.

Дело это было не такое простое, как может показаться на первый взгляд. Для формирования ледника требуются десятки, сотни лет. Ледники имеют немало характерных особенностей (например, способность преодолевать пологие возвышенности), о которых очень нелегко догадаться. Даже лед, слагающий ледники, своеобразен и называется фирновым.

Жизнь могучим ледникам дают легкие снежинки.

Они невесомо сыплются с неба. Наслаиваясь и соединяясь, они приобретают новые свойства. Тают днем под лучами солнца, а ночью смерзаются в плотные кристаллы.

Снежные слои ложатся на землю, твердеют. Нижние — сдавливаются. Крошатся и слипаются мелкие ледяные иголки. Образуются крупные ледяные зерна — фирн. Чем больше скапливается снега, тем толще и плотнее слой льда.

Весною с крыш домов сползают крохотные ледники, закручиваясь под карнизы.

А по склонам гор стекают гигантские массы льда.

Не всякое скопление льда дает начало леднику. Рыхлые снежные массы налипают на гребнях гор, на склонах ущелий и нередко обрушиваются вниз.

Для рождения ледника необходима в горах, выше границы вечных снегов, обширная и не слишком покатая котловина. Сюда будет сметаться ветром и сползать со склонов снег. Здесь он вылежится, уплотняясь в лед. Наконец, под собственной тяжестью лед начнет медленно и вязко вытекать из котловины и двигаться, выбирая поначалу самые крутые и гладкие склоны. А уж потом, обретя силу, двинется напролом, заполняя долины и переваливая через невысокие седловины и гряды.

Еще одно непременное условие — обновление. Ледник движется до тех пор, пока в его верховьях выпадают снега и дожди. Ледники непременно должны питаться и обновляться, как живые существа. В противном случае они постепенно отомрут — растают или испарятся.

Чтобы предугадать судьбу ледника, еще не достаточно изучить его. Ледник может выглядеть могучим и «полноледным». Он может бодро двигаться вперед и сиять на солнце, как миллион белозубых улыбок. Ничто, кажется, не предвещает трагедии. А в это время где-то далеко от него меняет направление теплое морское течение, или медленно вздымается горный хребет, преграждая дорогу влажным ветрам, или происходят еще какие-нибудь изменения, в результате которых ледник будет получать все меньше и меньше пищи и зачахнет.