Тунельна долина — велика, довга, U-подібна долина, яка початково утворилась під льодовиком поблизу межі континентальних льодовикових щитів, таких, який зараз покриває Антарктиду і раніше охоплювали частини всіх континентів протягом останніх льодовикових періодів.^[1]

Відомі тунельні долини довжиною до 100 км, шириною до 4 км і 400 метрів у глибину.

Тунельні долини утворювались внаслідок підльодовикової ерозії скельного/осадового підґрунтя водою і слугували підльодовиковими шляхами дренажу великих обсягів талої води. Їх поперечні перерізи демонструють круті стіни, схожі на стіни фіордів, і пласкі днища, характерні для підлідної льодовикової ерозії.

Зараз, після відступу льодовиків, вони виглядають як сухі долини, озера, западини моря і замулені осадами території. Якщо вони заповнені осадами, їх нижні шари заповнені в першу чергу льодовиковими, гляциофлювіальними або льодовиково-озерними (англ. glaciolacustrine) осадами, доповненими верхніми шарами помірного заповнювача.^[2] Вони були знайдені в районах, раніше покритих льодовиками, в тому числі в Африці, Азії, Північній Америці, Європі, Австралії та в акваторії Північного моря, Атлантичного океану і у водах поблизу Антарктиди.

У фаховій літературі, тунельні долини з'являються під кількома назвами, включаючи: тунельні канали, підльодовикові долини, крижані дороги, зміїні кільця і лінійні розрізи.

Вивчення тунельних долин важливо, тому що:

• вони слугують як маркер областей з потенціалом для ефективної розвідки нафти, наприклад в Африці;
• їх скельні кордони та заповнення льодовиковими осадами робить їх ефективними водоносними горизонтами у багатьох регіонах;
• інженерам ґрунтів необхідно враховувати варіації, які вони мають, при проходці тунелів та облаштуванні фундаментів;
• вони слугують один з кількох маркерів, що позначають кордони колишнього зледеніння.

Тунельні долини відіграють корисну роль у визначенні багатих на нафту територій в Аравії і Північній Африці. Відкладення Верхнього Ордовика–Нижнього Силуру  містять багатий вуглецем шар чорних сланців приблизно 20 метрів товщиною. У цих сланцевих родовищ знаходиться близько 30 % світових запасів нафти. Хоча походження цих родовищ знаходиться в стадії дослідження, було встановлено, що сланці часто розташовані згори льодовикових і льодовиково-морських відкладень, що утворилися в ~445 млн років тому під час  Хірнантського зледеніння. Виникнення сланців було пов'язано зі збагаченням талими льодовиковими водами морського мілководдя поживними речовинами. Тому наявність тунельних долин вважається ознакою присутності нафти в цих районах.^[3]

Через тунельні долини відбувається скид значної частини всіх талих вод з льодовиків. Дренаж талої води впливає на потік льодовикової криги, що важливо для розуміння тривалості льодовикових–міжльодовикових періодів, а також допомагає у виявленні циклічності льодовиків, проблеми, яка є важливою для дослідження палео-навколишнього середовища.^[4]

Тунельні долини зазвичай прокладені ерозією в скелі і наповнені уламками різних розмірів, принесеними льодовиками. Ця конфігурація робить їх відмінними для збору і зберігання води. Тому вони грають важливу роль які водоносні горизонти на більшій частині Північної Європи, Канади і США.

Приховані, відкриті та частково заповнені

Тунельні долини спостерігались яв відкриті долини або як долини, частково чи повністю поховані під шаром осадів, часто принесеним льодовиками. Долини можуть бути вирізані у скельній основі, піщаній чи глинистій.^[1]

Частина тунельної долини може підніматись вгору, адже вода могла йти вгору під тиском у фактично закритій трубі, якою такі долини були під льодовиками. Наприклад у Доггерланді (затонулій суші, яка зараз є частиною дна Північного моря) існують заповнені тунельні долини, які текли з півночі на південь через заглиблення Зовнішнього Сільверпіта.^[5]

Розміри

Тунельні долині різняться за глибиною та довжиною каналу; наприклад у Данії відомі долини шириною 0,5-4 км та довжиною 50–350 метрів. Їх глибина та висота дна над рівнем моря також змінюється вздовж їх напрямку, деколи утворюючи заглиблення, які є значно глибшими, ніж секції вгору або вниз течії від них, вони вирізані у скельній породі, а їх сторони часто асиметричні^[1].

Тунельні долини часто утворюють відносно прямі сегменти, паралельні і незалежні один від одного. Маршрут тунельної долини може періодично перериватись; цей розрив може включати перешийок піднятого ескера, що вказує на перебіг каналу певну відстань через кригу. Менші секції переважно мають 5-30 км у довжину; у деяких випадках секції формують більший патерн безперервного каналу, який складається зі смужок заглиблень, які можуть сягати довжини 70-100 км^[1].

Структура

Верхня секція — секція, найдальше заглиблена у льодовик — складається з системи рукавів, схожої на анастомозні патерни рукавів у верхній течії річок (на противагу дендритним патернам). Тунельні долини часто раптово починаються і закінчуються. Вони мають витягнуті профілі з найбільшою глибиною та найбільшою площею перетину у середині потоку. Долини закінчуються через відносно коротку відстань піднятими віялами витоку на кордоні криги льодовика^[1] та відступними моренами. Тунельні долини часто розташовані паралельно, у регіонах, які мають ознаки льодовикової ерозії внаслідок абразії та можуть мати льодовикову штриховку та баранячі лоби. У Мічигані канали тунельних долин дещо розходяться, з середньою відстанню між ними у 6 км та стандартним відхиленням у 2,7 км.^[6]

Тунельні долини часто перетинають градієнт ділянки — і в результаті їх можуть перетинати сучасні мережі струмків. Наприклад, притоки річки Каламазу перетинають приховану тунельну долину, заповнену кригою та уламками, майже під прямим кутом.^[7] Тунельні долини, утворені наступними заледеніннями, можуть перетинати одна одну^[8].

Залишки тунельних долин часто заповнені витягнутими озерами, сформованими зникаючими ріками. Часто вони також мають ознаки пізніших відкладів, таких як ескери.^[6]

Свідчення механізмів ерозії

За результатами наявних досліджень, основним джерелом ерозії тунельних долин є ерозія від потоку талої води. Одним з джерел таких потоків є періодичні єкуллойпи від підльодовикових озер; приклади цього спостерігались в Антарктиді. Хоча існують свідчення і крижаної ерозії, наприклад льодовикова штриховка скельної основи, вони спостерігаються лише у найширших тунельних долинах та вважаються другорядними за впливом.^[1]

Підльодовикове розташовування каналів таких долин переважно орієнтоване паралельно до ліній потоку льодовикової криги — тобто вони простягаються від ділянок з більш товстим льодовиковим щитом до ділянок з тоншим шаром криги. Вони можуть мати зворотні градієнти (нахил вгору), які є наслідком руху талої води під тиском через перепони — хребти та пагорби скельної основи льодовика.^[9]

Тунельні долини можуть формуватись під дуже товстим шаром льодовикової криги — приклади відомі на дні озера Верхнє та на дні океану біля Антарктиди.^[1]

Хоча існує загальний консенсус про важливість талої води для утворення тунельної долини, теорії мають різні погляди на її роль:

Теорія сталого стану, запропонована Бултоном та Хіндмаршем.

Вони припускають, що тунельні долини формуються у нещільних відкладах, коли тала вода під тиском тече через спочатку вузький підльодовиковий канал. При поступовому вимиванні осадів талою водою, крига льодовика під власною вагою осідає у цей канал, розширюючи і заглиблюючи його механізмом позитивної зворотної реакції, що створює тунельну долину.^[10]

Ця теорія фактично є розширенням на більші масштаби відомих механізмів руху талих вод льодовиків помірних та субполярних широт. У таких льодовиках, тала вода рухається струмками по поверхні льодовика поки не знайде вертикальну шахту (млин, фр. moulin) у ньому. Через неї вона потрапляє під льодовик, де приєднується до підльодовикової води, утвореної геотермальним теплом. Частина води просочується у підземні водоносні горизонти під льодовиком, а надлишок рухається або каналами, які створені ерозією у скельній основі або осадах під льодовиком (так звані канали Ная^[11]), або вгору і вбік каналами у кризі льодовика (так звані канали Ротлісбергера), і врешті витікає на кінці льодовика^[12].

Хоча ця теорія сталого стану приваблива масштабуванням теорії формування каналів Ная у осадах, її слабкість в тому, що вона передбачає формування тунельних долин лише потоком води у неконсолідованих осадах, як зазначено вище, починаючи з вузького каналу з подальшою деформацією криги під власною вагою та формуванням все більшої тунельної долини. Однак теорія сталого стану не пояснює ерозії скельної основи, яка широко спостерігається.^[13]

Ерозія внаслідок єкуллойпу.

Петровський запропонував теорію, що у деяких випадках льодовикові щити можуть мати холодну основу — коли вони наповзають на замерзлу землю (вічну мерзлоту) і їх основа над нею також замерзає на вічну мерзлоту. Тала вода накопичується позаду завершення цієї замерзлої криги доки не утвориться достатній тиск для прориву криги; тоді утворюється катострофічний потік талої води (наприклад ісландські єкуллойпи), який пробиває тунельну долину у скельній чи осадовій основі.^[14]

Існують свідчення періодичності витоків талої води^[15]; їх причиною може бути таким процес: під дією гравітації тала вода просочується вниз і збирається у басейнах під кригою, крига поступово піднімається, площа та об'єм підльодовикового озера зростають, — врешті решт піднімається достатньо криги, щоб відкрити шлях (канал) до витоку води з-під льодовика. Але якщо попереднього каналу не існувало, потік води спочатку утворює широкий єкуллойп, який може мати ширину до десятків кілометрів, але в міру потоку він еродує скельну основу та кригу згори, утворюючи канал, а зниження тиску на кригу льодовика опускає його на попередню поверхню, що у сукупності закриває широкий потік та спрямовує його залишки у новоутворений канал. Напрямок каналу переважно визначається товщиною криги над потоком, і лише в другу чергу — градієнтом основи, тому потік може «текти вгору», коли тиск криги спрямовує воду у регіони меншої товщини льодовика доки вона не потрапить на його поверхню або не знайде інший шлях назовні^[16]. Відповідно конфігурація тунельних долин різних заледенінь дає уявлення про товщину льодовика на час їх утворення, особливо якщо початковий рельєф поверхні під льодовиком не був різноманітним.^[4][9]

За аналізом Петровського, річний типовий обсяг накопичення талої води 642 млн м³ виливався через пов'язану з ним тунельну долину менше ніж за 48 годин.^[14] Уламки, які знаходять у тунельних долинах, часто складаються з необроблених валунів — що вказує на великі швидкості потоку та дуже ерозійне середовище.

Ерозія вгору по льодовику

Вінгфілд запропонував теорію, що тунельні долини утворюються поступово, коли верхівя долини поступово відступає вгору в напрямку витоку льодовика у процесі дегляціації.^[17]

Спільною для всіх теорій є підльодовикова тала вода; її потік є ключем для розуміння формування каналів. Тала вода може утворюватись на поверхні льодовика, під ним, або і там і там; текти вона також може по поверхні чи під льодовиком, але риси їх потоку будуть відрізнятись. Надльодовиковий потік подібних до потоку у всіх поверхневих середовищах — вода тече з більш високої точки до нижчої під дією гравітації. Підльодовикова вода (яка утворилась таненням в основі льодовика чи просочилась з поверхні під дією гравітації) збирається в основі льодовика у басейнах (карманах), над якими сотні метрів криги. Гідравлічний тиск води, яка збиратиметься у такому підльодовиковому озері, зростатиме в міру просочення води згори через кригу поки не стане достатньо великим, щоб пробити шлях через кригу або підняти її над собою.^[4][9]

Періодичні раптові витоки підльодовикової води спостерігались при русі підльодовикової води між підльодовиковими озерами під Східно-Антарктичним льодовиковим щитом. Дані супутників показали, як загальний витік об'ємом 2 км³ просунувся на ~260 км за період менше року. Коли потік зменшився, крига від власною вагою опустилась на тунель і підземне озеро знову закрилось.^[15] Була створена модель потоку, яка показала можливість утворення каналів у кризі та/або осадах, а саме, що геометрія криги та скельної основи включала секції, які б заморозили і заблокували потік, якщо б там не було ерозії осадового шару під льодовиком з утворенням каналу для подальшого потоку води не в кризі, а в цьому шарі.^[18] При поєднанні даних цього витоку та даних аналізу ісландських єкуллойпів дає певні підстави для поєднання гіпотези єкуллойпів з окремими рисами теорії сталого стану.

Тунельні долини мають схожі характеристики незалежно від того, утворились вони на суші чи у підводному середовищі, через те, що вони формуються дією великого тиску води під товстим льодовиковим щитом, який присутній і у підводному середовищі.^[13]

У залежності від типу дегляціації, тунельні долини можуть лишатись відкритими, частково або повністю заповненими. Заповнені тунельні долини часто є добрими резервуарами для водоносних горизонтів або нафти, адже долини формувались на межі криги льодовика і більш грубі валуни пісковиків та інших осадових порід при його відступі осідали перші і розташовані по зовнішніх межах тунельної долини — на дні та по боках. А коли крига достатньо відступала, починали відкладатись більш дрібні осади водного середовища (озеро, струмок, припливні чи морські тощо) в залежності від товщі води перед льодовиком.^[13]

Тунельні долини, утворені льодовиками, виявлені на кожному континенті.

Африка

Тунельні долини, які пов'язують з заледенінням Пізнього Ордовика, відомі у країнах північної Африки, у тому числі Лівії.^[19] Ці масштабні заповнені канали з пісковика є вражаючою рисою льодовикових осадів північного кордону Гондвани. Вони мають розміри 10-200 м у глибину та 500-3000 метрів у ширину. Тунельні долини вирізані к скельній основі та прослідковуються у довжину 2-30 км. У Мавританії, у західній Сахарі, дослідження заповнених тунельних долин показало їх льодовикове походження на березі та континентальному шельфі Гондвани та заповнення матеріалом, принесеним таненням льодовиків.^[20]

У північній частині провінції Кейп, ПАР, знайдена система тунельних долин Пермсько-вугільного періоду.^[21]

Антарктика

В Антарктиці формування тунельних долин спостерігається у поточний час під льодовиковим щитом.^[4][9]

Азія

Під час пізнього Ородовика, східна Гондвана була вкрита льодовиковими щитами. Внаслідок цього в Йорданії та Саудівській Аравії існують великі структури заповнених тунельних долин.^[3]

Австралія

Відкриті золотодобувні кар'єри поблизу Калгурлі, Західна Австралія, відкрили широку мережу еродованих льодовиками долин, заповнених валунною глиною та глинистими сланцями, які були прорізані льодовиковим щитом Пілбара пізнього Палеозою.^[22]

Європа

Тунельні долини та пов'язані риси, спричинені льодовиками, були знайдені у таких країнах, як Білорусь, Велика Британія,Данія, Німеччина, Бельгія, Польща, Росія, Україна, північна Франція, Нідерланди, Фінляндія, Швеція та Норвегія.^[23] Їх детально досліджували у Данії, північній Німеччині та північній Польщі, де товстий льодовиковий щит останнього та попередніх заледенінь, стікаючи з гір Скандинавії, почав підніматися по північно-європейському схилу за рахунок висоти накопичення криги над Скандинавією. Їх розташування вказує на напрямок стікання криги на час формування таких долин.^[1][24] Багато тунельних долин знайдено у Великій Британії (наприклад, Чеширі)^[14][25] та на дні Північного моря.^[26]

Прикладами озер, які сформувались у тунельних долинах, є Руппінер-Зее (Східний Прігніц-Руппін, Бранденбург), Вербеллінзее та Швілохзее, всі у Німеччині.

Північна Америка

Озеро Оканаган — велике, глибоке стрічкове озеро у долині Оканаган, Британська Колумбія, яке заповнило тунельну долину Оканаганського рукава Кордильєрського льодовикового щита. Озеро має 135 км у довжину, 4-5 км у ширину та площу дзеркала поверхні 351 км².^[27]

У північному Айдахо та Монтані є свідчення формування тунельних долин під Пурсельським та Флетхедським рукавами Кордильєрського льодовикового щита.^[28]

Тунельні долини у південно-східній Альберті утворюють зв'язану, розгалужену мережу з Сейдж Крік, Лост Рівер та Мілк Рівер і в цілому стікають на південний схід^[29].

Тунельні долини також відомі у штатах Міннесота, Вісконсин та Мічиган на кордонах Лаврентійського льодовикового щита.^[34] Прикладами тунельних долин у скельній основі є водоспади річки Воррен і декілька заповнених долин, які поховані під шарами осадів від льодовиків, які їх створили, але які можна прослідкувати у Чейн-оф-Лейкс в Міннеаполісі та озерах і сухих долинах у Сент-Полі (все — Міннесота).

Озера Каварта, Онтаріо, утворились у період Пізнього Вісконсинського заледеніння. Тала вода з Ніагарського уступу текла тунельними долинами під кригою та сформувала канал у напрямку захід-схід між головним Лаврентійським льодовиковим щитом та масою криги у долині озера Онтаріо.^[35]

Каньйон Седар Крік у окрузі Аллен, Індіана, також є тунельною долиною. Це дуже вузький, прямий каньйон 15-30 метрів глибини, через який проходить частина нижньої течії Седар Крік, найбільшої притоки річки Сент-Джозеф.

У Лаврентійському каналі біля берегів східної Канади були виявлені численні тунельні долини, які починаються з затопленої долини річки Святого Лаврентія, яка також має льодовикове походження. Сейсмічні дослідження наповнень тунельних долин вказують на їх різний вік. Наймолодші утворились невдовзі після Останнього льодовикового максимуму; вони є результатом ерозії підльодовиковою водою східного Шотландського шельфу поруч з берегом Нової Шотландії і починаються від Лаврентійського каналу на південь від протоки Кабота. Сейсмічні профілі також виявили поховані під товстим шаром осадів пост-міоценові канали, деякі з яких розташовані на глибині 1 100 метрів нижче сучасного рівня моря, перетинають східну частину Лаврентійського каналу; висунуто припущення, що ці канали також можуть бути тунельними долинами. Сейсмічні профілі також виявили тунельні долини на банках Банкеро та Сейбл.^[36]

Південна Америка

Льодовик Періто-Морено розташований на півдні Південно-Патагонського льодовикового поля і закінчується у озері Архентіно на 50°30′ пд. ш. 73°6′ зх. д. / 50.500° пд. ш. 73.100° зх. д. / -50.500; -73.100. Він ділить це озеро на канал Лос Темпанос та рукав Ріко, перекриваючи канал льодовиковою греблею. Озеро Архентіно періодично прориває раптовими повенями дамбу, спочатку витікаючи через тунель, крижаний дах якого обвалюється і утворіється відкритий канал.^[37]

В історії Землі відомо 5 льодовикових ер; зараз Земля перебуває у Четвертинному зледенінні. Ідентифіковано існування тунельних долин у 4 з 5 ер.

• Млин (геоморфологія)