Антарктические оазисы

Оазис Бангера

Оазисы – уникальные явления природы, поэтому, прежде чем начать описание физико-географических особенностей этих районов, следует дать краткую характеристику природы по материалам исследования самого известного из всех – оазиса Бангера.

Оазис расположен у края Восточно-Антарктического ледникового щита, с севера он окаймлен шельфовым ледником Шеклтона и многолетним припайным льдом. Таким образом, этот оазис лежит в кольце льда. Однако около скал имеются морские заливы, соединенные с океаном под шельфовым льдом. Его средняя высота — около 100 м над уровнем моря, а географическая широта — 66°—65°5' ю., площадь – 538 кв. км.

Возраст пород оазиса нижнепротерозойский. Они представлены кристаллическими сланцами и магматитами, прорванными большой интрузией гранитоидов и многочисленными дайками долерита. Рельеф оазиса лучше всею называть мелкосопочником. В замкнутых впадинах множество озер. Озера, глубина которых более 2 м, не промерзают и сохраняют слой воды с положительной температурой. Под озерами находятся талики, которые являются сквозными, если глубина озер больше 20 м.

Группировка форм рельефа закономерна. Близко к ледниковому краю преобладают свежие ледниково-экзарационные формы, а дальше от него— формы физического выветривания.

Оазисы, краевая часть ледникового щита и материковое мелководье, вместе взятые, образуют мерзлотную полосу, достигающую 500 км ширины и площади около I млн. км2. Над слоем многолетней мерзлоты оазиса Бангера находится деятельный (летом талый) слой. Мощность его увеличивается с удалением от края ледникового щита от 0,2 – 0,3 до 1,6 м. На поверхности различают структурные грунты, бугры пучения, наледи, солифлюкционные и термокарстовые формы.

Относительно химического выветривания поверхности скал имеется много визуальных наблюдений. Исследователей оазиса Бангера поразили коричневая окраска поверхности скал, покрывающая более светлую породу, а также беловатые корочки на поверхности скал и в вертикальных трещинах. В оазисе Бангера также были встречены зеленые пятна соединений меди. Белые налеты солей внешней части оазиса Бангера имеют морское происхождение. Их состав хлоридо-натриево-магниевый. Они образуются из соленых морских брызг, заносимых штормовыми циклоническими ветрами внутрь оазиса.

Каменная поверхность оазиса отражает гораздо меньше солнечной радиации и гораздо больше ее поглощает, чем поверхность льда или снега. Оазис имеет резко выраженный положительный годовой баланс радиации – 37,6 ккал/см2. Таким радиационным балансом, как оазисы Антарктиды, обладают, например, районы Ташкента и Сухуми.

Абсолютные максимумы и минимумы в воздухе - +11,6 и —42,6°. Средняя температура воздуха была положительной 2 месяца (декабрь—январь). Каменная поверхность нагревается выше 30°. Оазис Бангера мог быть еще теплее, но его климат охлаждается холодным воздухом соседнего ледникового покрова.

Для оазиса характерны штили (зимой до 44% дней) и циклонические ветры. Преобладают ветры с востока. Необычайна сухость воздуха оазиса. Относительная влажность воздуха зимой меньше, чем в Средней Азии, летом уменьшается до 15%. Мала и абсолютная влажность. Оазис отепляет воздух не только над собой, но и вокруг себя. Это влияние распространяется от оазиса к западу по ветру на 80 км. Поэтому к западу от оазиса Бангера находится пятно интенсивно тающего льда. Итак, оазисы создают свой местный климат и оказывают влияние на окружающий ледниковых покров.

В оазисе Бангера очень тихо, не слышно гама птиц, встречаются только отдельные заблудившиеся тюлени и пингвины. Из летающих птиц встречаются редкие снежные буревестники, качурка Вильсона и южно-полярные поморники. На камнях оазиса обнаружены чёрные, серые и белые лишайники, в руслах ручейков — мхи.

Рельеф и геоморфологические особенности

Антарктические оазисы – рай для геологов. Именно они способствуют изучению геологической истории и строения Антарктиды. Здесь на выходах скальных пород записана летопись ледяного континента. Изучение оазисов и выходов гор открыло многие загадки прошлого и настоящего ледяного континента. Оазисы наряду с ледниковым покровом относятся к внешнему рельефу Антарктиды.

Низменные оазисы – это каменистые участки, обычно имеющие мелкосопочный рельеф. Здесь скальные породы выходят на поверхность. На вершинах скал в оазисах широко распространены следы воздействия ледникового покрова: штриховка, борозды, шрамы, валуны.

Ландшафты горных оазисов представляют собой пустыни с хребтами, поднимающимися на 1—1,5 км над «сухими» долинами. «Сухие» долины — неотъемлемые части горных оазисов. Дно долин опущено до высоты от нескольких сот до тысячи метров над уровнем моря. В горах встречаются лишь небольшие ледники, а дно долин покрыто длинными полосами щебня и мелкозема с каменными многоугольниками, пятнами дюн и озерными террасами.

Своеобразные процессы протекают в этих условиях на антарктических скалах. Попеременное нагревание и охлаждение их поверхности приводит к отслаиванию верхнего слоя — шелушению скал, так называемой десквамации. Особенно ярко это проявляется на гранитах. Ровные, словно вырубленные руками каменотесов пластины устилают вершины и склоны сопок. Возникает желание приподнять их, посмотреть, что там, под этими странными плитами.

Самый эффектный процесс разрушения скал — это ячеистое выветривание. Раньше оно считалось характерным для жарких, засушливых пустынь. Но, оказывается, оазисы Антарктиды — его вторая родина. Если в жарких пустынях кружева углублений на скалах формируются под воздействием влекомых ветром песчинок, то в ледяной Антарктиде, кроме этого, на скалы воздействуют кристаллы снега, твердость которых при низких температурах не уступает твердости минеральных частиц. Но, пожалуй, наиболее активную роль в образовании этих форм играют процессы замерзания и оттаивания. В солнечный день снег, попавший в ячеи, тает, ночью вода замерзает. Это повторяется многократно.

Удивительно причудливы формы ячеистого выветривания (рис.3). На скалах это разнообразные козырьки, ниши, пещеры. Сочетания их издали напоминают пчелиные соты. Самые крупные ячеи наблюдаются в горных оазисах. Но наиболее оригинальные формы встречаются на валунах. Иной раз это диковинные сосуды, похожие на греческие амфоры, но чаще замысловатые каменные кружева, чаши, фигурки, напоминающие животных.

формы ячеистого выветривания

Рис. 3.

Кроме процессов физического выветривания, вызванных температурными колебаниями, замерзанием воды в породе, деятельностью ветра и т. д., на поверхности скал в оазисах протекают сложные геохимические преобразования (химическое выветривание). Раньше считали, что в противоположность физическому выветриванию химические процессы затухают в полярных районах. Однако при этом не учитывалось огромное воздействие солнечной энергии, которая в Антарктиде является возбудителем химических преобразований. Геохимические изменения в Антарктиде выражены особенно наглядно, так как в сухом климате антарктических оазисов растворимые вещества накапливаются на поверхности скал. Разнообразные коричневые или вишнево-красные лаки так называемого «пустынного загара», представляющие собой скопления окислов железа и марганца, зеленоватые натеки медистых соединений, плотные белые корочки кальцита и гипса, светлая присыпка солей по краям озер и луж — все это можно наблюдать в оазисах на каждом шагу. Процессы разрушения горных пород взаимосвязаны. Физическое выветривание механически разрушает породу, пронизывает ее трещинками. По трещинкам развиваются химические преобразования. В этом процессе принимают участие и растительные организмы — мхи, лишайники, водоросли, которые живут на антарктических скалах. Поэтому выветривание носит биохимический характер.

Климат

Известно, что климат Антарктиды — самый холодный, самый суровый на всем земном шаре. Антарктическое оледенение оказывает воздействие на климат всей Земли. Именно благодаря Антарктиде южное полушарие в целом холоднее северного. Радиационный баланс ледяной поверхности в Антарктиде, то есть соотношение радиации приходящей и расходуемой, за исключением двух-трех месяцев в году, всегда отрицателен.

Можно себе представить, под каким огромным воздействием со стороны гигантского материкового ледника находится климат маленьких антарктических оазисов. Безусловно, во всех основных чертах он определяется влиянием ледяной антарктической пустыни. Однако, несмотря на огромную зависимость от климатических условий, ледяного окружения, антарктические оазисы способны формировать свой местный климат с особой циркуляцией воздуха, радиационным и температурным режимом, облачностью и другими метеорологическими характеристиками. Наиболее ярко климатическая индивидуальность оазисов проявляется в летнее время.

Зимой во время полярной ночи различия в климатических условиях в оазисах и на окружающих льдах минимальны. Но как только появляется солнце, они делаются более заметны и ощутимы. Это объясняется, прежде всего, резкой разницей цвета скал и льда. Если светлая снежно-ледяная поверхность отражает около 80% поступающей радиации, то темные скальные породы – 15% и большую долю энергии солнца поглощают.

Радиационный баланс каменистой поверхности оазисов, начиная с ранней весны до поздней осени, то есть, исключая полярную ночь, положителен. Он положителен и в целом за год, достигая на побережье 35-40 ккал на кв. см. Поверхность горных пород в прибрежных оазисах нагревается солнцем до 20—30˚. Отмечались и более высокие температуры. Часть этого тепла передается в глубину, в результате происходит оттаивание мерзлых пород (за лето до глубины больше одного метра). Но основная часть тепла тратится на нагревание воздуха. В прибрежных оазисах температура летом в среднем на 3—4˚ выше, чем над окружающими ледниками. Днем температура воздуха нагревается до 6-8˚. Среднесуточная температура воздуха в оазисе в летнее время оказывается положительной и равной около +2° С.

Воздух над оазисами, нагреваясь, удаляется от точки насыщения, иссушается. Влажность воздуха в Антарктиде в связи с низкими температурами и сухими, дующими с ледникового купола ветрами вообще мала. В оазисах Антарктиды влажность еще меньше и достигает значений, которые характерны для безводных пустынь и не превышает 30%. Количество осадков колеблется от 300 мм до 80 мм в год.

Сильное прогревание воздуха над скалами оазисов приводит к возникновению восходящих токов воздуха и образованию небольших кучевых облаков. Обычно они появляются около полудня и исчезают к вечеру.

Прогрев воздуха над оазисом приводит к появлению небольшого по размерам и не очень глубокого минимума давления атмосферы. Этот минимум давления вызывает местную циркуляцию, напоминающую бризовую или микромуссон, но в основном одностороннюю или прекращающуюся в ночные часы из-за остывания поверхности оазиса. Смены знака циркуляции при этом не возникает, так как нет условий для понижения температуры поверхности оазиса в ночное время ниже температуры поверхности окружающих ледников.

Можно выявить три режима циркуляции воздуха, свойственных для района оазиса.

Когда общая циркуляция очень слаба или на побережье царит штиль, что порой имеет место перед сменой погоды, циркуляция оазиса развивается симметрично относительно его площади в виде замкнутых в вертикальной плоскости колец.

При умеренной общей циркуляции над оазисом возникает асимметрия движения местных воздушных потоков, и тепло будет переноситься в большем количестве в направлении потока общей циркуляции.

Когда скорость общей циркуляции воздуха над Антарктикой достигает больших значений, береговые юго-восточные ветры полностью разрушают систему местной циркуляции воздуха над оазисом. Факел поднимавшегося над оазисом теплового воздуха вытягивается в горизонтальном направлении над поверхностью, и тепло переносится по направлению действия ветра.

Оазисный эффект

В качестве примера можно рассмотреть климатическую обстановку оазиса Ширмахера. Поверхность ледникового щита вблизи оазиса почти лишена покрова снега, т. е. на расстоянии свыше 10 км к югу и до высоты 1000 м над ним. В разгар антарктического лета поверхность льда буквально залита талыми водами, стекающими вниз к оазису. Причина усиления процессов таяния в районах, примыкающих к оазисам, по-видимому, вызвана теплом скал, вод и минеральных частиц, покрывающих поверхности льда.

Влияние оазисов на окружающий ледниковый покров выражается также в существовании перед северным краем оазиса так называемых внутриледниковых морских заливов. Так, шельфовый лед к северу от оазиса Ширмахера вплотную примыкает к выступающим частям оазиса, но там, где северная граница последнего отступает к югу, имеются пространства ровного темного льда, названные Е. С. Короткевичем морскими заливами. Обычные размеры их в плане около 200 X 400 м, и только один залив достигает 1 км в поперечнике. Заливы примыкают к приливным трещинам. Колебания воды в трещинах ритмичны и соответствуют приливно-отливным колебаниям уровня океана. Таким образом, морские заливы перед северным краем оазиса Ширмахера под шельфовым льдом сообщаются с открытым океаном и располагаются на уровне моря.

Вертикальное распространение оазисного эффекта

Горные оазисы напоминают прибрежные, но и отличаются от них. На каменной поверхности вертикальная зональность выражена весьма слабо и даже происходит ее инверсия. Тепло нагретых скал оазисов Виктории распространяется вверх на значительную толщину воздуха (табл. 2).

Таблица 2

Распределение температур по высотам

Высота, м Лето – январь Зима –июль
Литл-Америка (лед) Мак-Мердо (оазис) Литл-Америка (лед) Мак-Мердо (оазис)
0 -7,7 -3,6 -35,7 -31,2
1500 -11,1 -5,2 -27,7 -30,5
3000 -19,6 -21,4 -29,3 -32,9
5000 -33,4 -34,1 -43,5 -44,3

В таблице проведены две горизонтальные линии. Они отделяют нижний слой теплого воздуха в Мак-Мердо (оазис) от находящегося на той же высоте слоя холодного воздуха ст. Литл-Америка. Таким образом, нижний слой воздуха в Мак-Мердо теплее, чем на ст. Литл-Америка: зимой — до высоты нескольких сот метров, а летом — даже до высоты 2000 м. Цифры иллюстрируют вертикальный оазисный эффект. Оазис нагревает воздух на 4—5° выше по сравнению со льдом ст. Литл-Амернка, расположенной на шельфовом леднике. Но на высоте более 2000 м наблюдается обратная картина. Здесь теплый циклонический воздух распространяется над ст. Литл-Америка, находящейся и теплом секторе циклона. Распространение тепла оазиса кверху называется вертикальным оазисным эффектом.

Итак, оазисный эффект (горизонтальный и вертикальный) распространяется на несколько тысяч метров. Он вызывает таяние снега и льда даже в районах вечного мороза.

Внутренние воды

Антарктида — единственный материк на Земле, на котором нет постоянно текущих рек. Лишь в летнее время, когда происходит таяние снега и льда, в прибрежной части и в антарктических оазисах появляются временные реки и ручьи из талой воды, стекающие в океан или озера. Из рек, текущих в оазисах по руслам, проложенным в свободном ото льда грунте, наибольшую длину (около 30 км) имеет река Оникс в оазисе Райт на Земле Виктории. Чуть меньшую длину имеет река Виктории в том же оазисе. Густая сеть временных наледниковых ручьев оживает в летнее время в оазисах Бангера и Ширмахера, где они достигают в длину 20-30 км.

Поскольку все они питаются за счет таяния ледника, то их водный режим полностью определяется ходом температуры воздуха и солнечной радиации. Наибольшие расходы в них наблюдаются в часы наиболее высоких температур воздуха, то есть во второй половине дня, а наименьшие — в ночные часы, причем нередко в это время русла полностью пересыхают. Наледниковые ручьи и речки, как правило, имеют очень извилистые русла и соединяют многочисленные наледниковые озера. Открытые русла обычно заканчиваются не доходя до моря или озера, а водоток прокладывает свой путь дальше подо льдом или в толще ледника, наподобие подземных рек в карстовых районах. С наступлением осенних морозов сток прекращается, и глубокие с отвесными берегами русла заносятся снегом или перекрываются снежными мостами.

Озера, как и антарктические ручьи и речки, очень своеобразны. В прибрежных оазисах можно насчитать десятки сравнительно небольших озер. Интересно, что некоторые озера летом вскрываются и становятся свободны ото льда, другие никогда (по крайней мере за последние десятки лет) не освобождаются от сковавшего их ледяного покрова, и наконец, есть такие озера, которые несмотря на сильные морозы не замерзают даже в самые суровые зимы. К последним относятся соленые озера. Вода в этих озерах настолько минерализована, что температура ее замерзания намного ниже нуля.

Наиболее крупное из антарктических озер — озеро Фигурное в оазисе Бангера. Причудливо извиваясь среди холмов, оно тянется на 20 км. Площадь его равна 14,7 кв. км, а глубина превышает 130 м. Несколько озер площадью более 10 кв. км имеется в оазисе Виктории. Озера площадью до 8 кв. км находятся в оазисе Вестфолль.

Среди антарктических озер есть водоемы с весьма необычным распределением температуры по глубине. Особенно интересным в этом отношении оказалось озеро Ванда, расположенное в оазисе Райт (рис. 4). Длина его около 8, ширина более 1,5 км, а глубина достигает 66 м. Все 13,6 кв. км поверхности озера скованы льдом толщиной около 4 м, который по всем признакам сохраняется на озере по крайней мере в течение последних нескольких десятилетий. Только летом образуются узкие водяные забереги, которые быстро замерзают с наступлением осенних морозов. Непосредственно подо льдом температура воды, как и следовало ожидать, близка к 0°, однако с глубиной она быстро возрастает и у дна превышает 25°! В океане такую теплую воду можно найти только в тропическом поясе, а в озерах нашей страны даже в самые теплые летние дни вода редко прогревается до такой температуры.

озеро Ванда, расположенное в оазисе Райт

Рис. 4

Дело в том, что вода на некоторой глубине подо льдом становится соленой, причем с глубиной соленость ее довольно быстро возрастает, и у дна концентрация солей в 10—15 раз больше, чем в морской воде. Вследствие такого распределения солености плотность воды, несмотря на повышение температуры, с глубиной возрастает, и поэтому конвективного перемешивания, а следовательно, и выноса тепла на поверхность, не происходит. Поскольку озеро круглый год покрыто льдом, ветер не может вызвать ни ветровых течений, ни волнения, которые в открытых водоемах способствуют перемешиванию вод и сглаживанию вертикальных температурных градиентов. Отсутствием такого перемешивания и объясняется существование в течение многих лет ледяного покрова на озере Ванда несмотря на высокие температуры воды в глубинных слоях его. Интенсивное выхолаживание происходит здесь только в верхнем, пресном слое, на поверхности которого и образовался мощный ледяной покров.

Вблизи антарктических оазисов можно встретить своеобразные ледниковые «болота». Они образуются летом в понижениях, заполненных снегом и фирном. Талая вода, стекающая в эти понижения, увлажняет снег и фирн, в результате чего и получается снежно-водяная каша, вязкая, как обычные наши болота. Глубина таких «болот» чаще всего незначительная — не более метра. Сверху они бывают покрыты тонкой ледяной коркой.

Растительность

Оазисы Антарктиды можно рассматривать как очаги жизни в ледяной пустыне. Однако если в сравнении с окружающей поверхностью ледников оазисы — очаги жизни, то по сравнению с аналогичными участками скальных пород в Арктике они сами выглядят как пустыни. Бедность растительной жизни в антарктических оазисах объясняется прежде всего влиянием гигантского ледникового покрова.

Современная растительность Антарктиды представлена низшими растениями: мхами, лишайниками, водорослями, микроскопическими грибами. Наиболее широко распространены лишайники, число их видов достигает 300. Мхов же насчитывается всего около 80 видов.

Мхи — наиболее высокоорганизованные из низших растений — встречаются преимущественно в прибрежных оазисах в благоприятных, защищенных от ветра и достаточно увлажняемых летом местах. В горах они встречаются реже. Некоторые виды мхов, обитавших прежде на суше, предпочли переселиться в озерные водоемы, где условия более благоприятные.

Лишайники гораздо неприхотливее. Они могут проникать высоко в горы. Препятствием к их распространению являются не столько низкие температуры, сколько засуха. Например, в ряде долин горных оазисов Земли Виктории они не растут именно из-за недостаточного количества влаги.

Лишайники очень разнообразны. Они могут быть ярко-оранжевыми, светло-зелеными, желтыми, серыми и черными. Черная окраска преобладает, так как она помогает поглощать максимальное количество солнечного тепла.

Чаще всего лишайники имеют вид плотных корок, которые можно отодрать или соскоблить лишь с помощью ножа (накипные лишайники). Встречаются лишайники листовидные, которые образуют подобие цветочков, и кустистые, растущие мелкими кустиками. Они также плотно прикреплены к поверхности скал и способны противостоять суровым антарктическим ветрам. Некоторые лишайники селятся на поверхности мха.

В оазисах широко распространена микроскопическая растительность — водоросли. В большинстве случаев ее нельзя заметить невооруженным глазом, но, как правило, в образцах грунтов повсеместно присутствуют разнообразные водоросли: зеленые, сине-зеленые, диатомовые. Наиболее богаты по количеству водорослей и разнообразию их видового состава прибрежные районы. Однако водоросли были обнаружены и вдали от моря, в суровых горных районах, прямо на голых скалах. Некоторые из них, несомненно, занесены сюда птицами.

Наиболее разнообразным растительным миром отличаются озера оазисов – очаги тепла, а значит, и жизни. Температура воды в озерах на 10—20˚ С выше температуры воздуха, а высокая минерализация вод вместе с интенсивной солнечной радиацией создает условия, достаточно благоприятные для развития жизни.

Особенно богаты озера разнообразными водорослями, которые часто определяют окраску воды. Нередко нитчатые синезеленые водоросли вместе с мхами и бактериями образуют слизистую корку на дне водоемов.

Наиболее богата жизнь в оазисах Антарктического полуострова. Здесь отмечены три вида цветковых растений: два — из семейства злаковых и одно — из гвоздичных. Впрочем, по виду они имеют мало общего с подобными растениями других материков: маленькие неказистые травки. Зато мхи и лишайники в оазисах Антарктического полуострова часто покрывают скалы сплошным цветным ковром. Ничего подобного не увидишь в других районах Антарктиды.

Животный мир

Животный мир антарктических оазисов также весьма своеобразен. Летом сюда прилетают птицы, приходят пингвины. Птиц всего около десятка видов, но лишь часть из них гнездится и выводит в оазисах птенцов. Это прежде всего антарктический и снежный буревестник, южно-полярный поморник, пингвин Адели.

Жизнь птиц в Антарктиде тесно связана с морем. В море они находят себе пищу и поэтому не могут существовать долго вдали от него. Пингвины Адели появляются летом в прибрежных оазисах, расположенных непосредственно у берега моря. На скалах они строят из мелких камушков гнезда и высиживают птенцов. Летающих птиц в отличие от пингвинов можно встретить далеко от моря. Антарктические и снежные буревестники гнездятся в горах на расстоянии до 200 км от побережья. Для того чтобы пополнить запасы пищи и накормить птенцов, им постоянно приходится совершать перелеты до моря и обратно.

В прибрежные оазисы летом иногда заползают тюлени.

На почти пустынных с виду скалах оазисов протекает незаметная глазу жизнь микроскопических животных. Здесь встречаются несколько видов клещей, пухоедов. В оазисах Антарктического полуострова отмечены даже бескрылые мухи. Жизнь насекомых в оазисах проходит на камнях, в лишайниках и мхах. Многие из них паразитируют на теле тюленей и птиц, которые разносят их по территории Антарктиды.

Животные оживляют ландшафты оазисов только в летнее время. Зимой птицы улетают, тюлени уплывают на север, жизнь микроскопических животных замирает до весны. Лишь на прибрежных льдах, иногда поблизости от оазисов, колонии императорских пингвинов в лютые зимние морозы и ураганы кладут и «выстаивают» яйца. Недаром эту птицу считают одной из самых удивительных на Земле.