Introduzione

I fogli di ghiaccio rappresentano i più grandi serbatoi di acqua dolce sulla Terra, immagazzinando abbastanza acqua congelata per aumentare il livello globale del mare di oltre 60 metri se completamente fuso.Questi immensi corpi di ghiaccio glaciale, definiti come masse di ghiaccio terrestri che coprono aree superiori a 50.000 chilometri quadrati, non sono caratteristiche statiche del paesaggio.

Formazione di fogli di ghiaccio

La formazione di un foglio di ghiaccio è un processo lento e continuo che inizia con l'accumulo di nevicata in regioni dove la neve invernale non si scioglie completamente durante l'estate. Nel corso di decenni a secoli, strati successivi di neve si accumulano, e il peso di materiale di sovrapposizione compressa gli strati inferiori in ghiaccio denso e granulare. Questa trasformazione da neve fresca a ghiaccio massiccio del ghiacciaio comporta stadi intermedi, tra cui firn, una neve parzialmente compattata che contiene ancora passaggi d'aria interconnessi.

Nucleazione e la Transizione di Neve

La formazione di fogli di ghiaccio inizia tipicamente su altipiani di alta elevazione o in latitudini polari dove le temperature rimangono sotto il congelamento per la maggior parte dell'anno. Come si accumula la neve, i cristalli subiscono il metamorfo. I fiocchi di neve freschi sono fragili e all'oltraggio, ma con sepoltura, si ricristallano in grani arrotondati.

Accumulazione e l'equazione del bilancio di massa

La crescita netta di un foglio di ghiaccio è regolata dal suo equilibrio di massa: la differenza tra accumulo (snowfall, gelo e neve deposited) e l'ablazione (melting, sublimation e calving of icebergs).Per un foglio di ghiaccio per formare e persistere, l'accumulo deve superare l'ablazione durante un periodo sostenuto, tipicamente migliaia di anni. La zona di accumulazione è l'area del foglio di ghiaccio dove si sviluppa il guadagno netto di aumento, mentre l'equilibrio di aumento di aumento di massa positivo

Il ruolo della Topografia e del Clima

La tomaia svolge un ruolo fondamentale nella nucleazione del ghiaccio. Le catene montuose e gli altipiani forniscono superfici fredde e elevate dove la neve può accumularsi e persistere. Una volta che una calotta di ghiaccio raggiunge uno spessore sufficiente, può scorrere su terreni più bassi, diffondendosi verso l'esterno e seppellindo il paesaggio sottostante. Le condizioni climatiche devono rimanere costantemente fredde e bagnate abbastanza da evitare che il crollo estivo si asporti la neve accumulata.

Anatomia di un foglio di ghiaccio

Un ghiacciaio non è una lastra omogenea di ghiaccio; è un sistema strutturato con zone distinte e caratteristiche che influenzano il suo comportamento. L'interno è dominato dalla zona di accumulo, dove la nevicata supera la fusione. Qui, la superficie del ghiaccio è relativamente piatta e liscia, punteggiata da lievi ondulazioni. Il ghiaccio divide segna il punto più alto del ghiacciaio, da cui il flusso si irradia verso l'esterno verso i margini.

Flussi di ghiaccio e Scambi di ghiaccio

I corsi d'acqua sono regioni all'interno di un foglio di ghiaccio dove il ghiaccio scorre molto più velocemente del ghiaccio circostante, spesso per ordine di grandezza. Sono tipicamente sotto la sottospecie di sedimenti morbidi e deformabili o di una roccia di ghiaccio ben lubrificata, che riduce l'attrito basale. I flussi di ghiaccio rappresentano la maggior parte dello scarico di massa da moderni ghiacciai, in particolare in Antartide.

Topografia subglaciale e idrologia

Il terreno sotto una lastra di ghiaccio esercita un forte controllo sulle sue dinamiche. Le valli subglaciali possono canalizzare il flusso di ghiaccio, mentre le montagne subglaciali possono pin o deviare il movimento del ghiaccio. L'acqua alla base del foglio di ghiaccio, generato dal calore geotermico o dall'attrito da scivolamento, può accumularsi in laghi subglaciali.

Dinamica dei fogli di ghiaccio

Le lastre di ghiaccio sono in costante movimento. La gravità spinge il ghiaccio dall'alto verso i margini inferiori, e la velocità di movimento dipende dalla temperatura, spessore del ghiaccio, pendenza e condizioni basali.

Deformazione interna

Il ghiaccio è un solido cristallino che si comporta come un materiale viscoelastico su lunghe scale di tempo. Sotto il peso di ghiaccio sovrastante, i singoli grani di ghiaccio si deformano e si distraggono l'uno dall'altro, permettendo alla massa di ghiaccio di strisciare lentamente verso il basso. Questa deformazione interna del ghiaccio segue la legge di flusso di Glen, che riguarda la tensione di sforzo sollevata a una potenza.

Slittamento basca

Quando la base di un foglio di ghiaccio raggiunge il punto di fusione della pressione, un sottile film di acqua liquida si forma tra il ghiaccio e la roccia. Questa acqua riduce l'attrito e permette al ghiaccio di scivolare sul letto. Lo scorrimento basale è molto più efficiente della deformazione interna per il ghiaccio in movimento, ed è il meccanismo primario che permette il rapido flusso di ghiaccio nei flussi di ghiaccio.

Regimi di flusso e Geometria della lamiera di ghiaccio

Il flusso di fogli di ghiaccio non è uniforme. L'interno scorre lentamente, spesso a velocità di pochi metri all'anno, mentre i margini, in particolare i flussi di ghiaccio, possono spostare centinaia di metri all'anno. Questa variazione della velocità di flusso crea caratteristiche di superficie come crevasse, strisce di flusso e topografia ondulante. La geometria di un foglio di ghiaccio è una diretta espressione del suo regime di flusso: gli interni spessi, a forma di cupola variano riflettono dolcemente la forma di deformazione più veloce.

Arresto e Instabilità

Alcuni ghiacciai e berretti di ghiaccio mostrano un comportamento in evoluzione, dove i periodi di lento flusso vengono interrotti da brevi episodi di rapido progresso. Il risveglio può essere innescato da cambiamenti nell'idrologia basale, nella deformazione dei sedimenti o nelle condizioni termiche. Mentre la sorveglianza è più comune nei ghiacciai della valle che nei grandi strati di ghiaccio, può verificarsi in corsi di ghiaccio e può contribuire a rapidi eventi di perdita di massa.

Fattori che interessano il comportamento del foglio di ghiaccio

Il comportamento dei ghiacciai è modulato da un complesso gioco di fattori climatici, geologici e oceanografici, che può alterare l'equilibrio di massa e la dinamica di flusso di un foglio di ghiaccio, con conseguenze per il livello globale del mare e il clima.

Temperatura

La temperatura è il fattore più importante che controlla il comportamento del ghiacciaio. Le temperature dell'aria più calde aumentano la fusione della superficie, in particolare nella zona di ablazione, e possono spostare la linea di equilibrio verso l'alto, riducendo l'area di accumulo. Le temperature dell'oceano caldo aumentano la fusione basale di ripiani di ghiaccio e ghiacciai di mare, indebolindo l'effetto di matrattamento e permettendo un flusso più rapido del ghiaccio interno.

Precipitazione e Neve

In un clima più caldo, l'atmosfera può contenere più umidità, potenzialmente aumentando la nevicata sugli interni delle calotte di ghiaccio. Questo effetto è stato osservato su parti della East Antarctic Ice Sheet, dove l'aumento della nevicata ha parzialmente compensato le perdite di massa dinamiche dalla West Antarctic Ice Sheet. Tuttavia, il riscaldamento che spinge l'aumento della nevicata spinge anche a sciogliersi ai margini, e l'effetto netto di magnitudineamento di massa

Topografia e geologia del Bedrock

La forma e la composizione del pino sotto una calotta di ghiaccio influenzano i flussi e la stabilità. Il bassoriscaldamento duro e cristallino fornisce un alto attrito basale, limitando lo scorrimento basale e favorendo il flusso lento e deformato. Morbidi, substrati sedimentari, come quelli sotto la West Antarctic Ice Sheet, possono deformare facilmente sotto il peso del ghiaccio, facilitando il flusso rapido nei flussi di ghiaccio.

Forcing Oceano

Le condizioni dell'oceano esercitano una forte influenza sui margini del ghiacciaio, in particolare nell'Antartide e nella Groenlandia. L'acqua circumpolare, che si è riscaldata negli ultimi decenni, si intrude sullo scaffale continentale e fonde gli scaffali del ghiaccio dal basso.

Cambiamento climatico e forcing antropogenico

Il riscaldamento globale ha aumentato le temperature dell'aria e dell'oceano a livelli senza precedenti nel record strumentale, e la risposta dei fogli di ghiaccio è stata accelerata. Il Greenland Ice Sheet ha perso la massa ad un tasso medio di circa 270 miliardi di tonnellate all'anno negli ultimi due decenni, mentre l'Antarctic Ice Sheet ha perso circa 150 miliardi di tonnellate all'anno.

Il ruolo dei fogli di ghiaccio nel sistema climatico

I fogli di ghiaccio non sono rispondenti passivi al clima; influenzano attivamente il sistema climatico attraverso meccanismi di feedback. Il loro alto albedo riflette una grande frazione di radiazione solare in entrata, raffreddando il pianeta e riducendo l'energia disponibile per la circolazione atmosferica. Come i fogli di ghiaccio si restringono, le superfici più scure come il globo roccioso o l'oceano aperto sono esposti, assorbendo più energia solare e accelerando il riscaldamento regionale e globale, un processo noto come il feedback di circolazione albedo.

Regolamento di apertura del mare

Il ghiacciaio della Groenlandia ha abbastanza acqua per aumentare il livello del mare globale di circa 7,4 metri, e il ghiacciaio Antartico di circa 58 metri. Anche la fusione parziale di questi strati di ghiaccio avrebbe conseguenze catastrofiche per le comunità costiere in tutto il mondo. Il tasso di aumento del livello del mare sta accelerando, e la più grande incertezza nelle proiezioni future deriva dal comportamento delle rocce di ghiaccio particolarmente

Fogli di ghiaccio moderni: Groenlandia e Antartide

Le due lastre di ghiaccio esistenti sulla Terra, la Groenlandia e l'Antartide, sono molto diverse nel carattere e nel comportamento.

La carta del ghiaccio della Groenlandia

Il Greenland Ice Sheet copre circa 1,7 milioni di chilometri quadrati ed è il secondo più grande corpo di ghiaccio sulla Terra. È caratterizzato da una grande cupola interna che sale a elevazioni superiori a 3.000 metri, con ghiacciai di uscita che si drenano attraverso fjords profondi all'oceano circostante. Il ghiacciaio della Groenlandia è più sensibile al riscaldamento atmosferico di massa rispetto all'Antartide perché i suoi margini si estendono in lati relativamente caldi dove il crollo estivo è diffuso.

La scheda di ghiaccio antartico

Il ghiacciaio Antartico è il più grande della Terra, che copre circa 14 milioni di chilometri quadrati e contiene circa 30 milioni di chilometri cubi di ghiaccio. Si divide in tre sottosistemi distinti: la East Antarctic Ice Sheet, la West Antarctic Ice Sheet, e la penisola Antartica.

Risposta del foglio di ghiaccio al cambiamento climatico

La risposta dei ghiacciai al cambiamento climatico in corso è un argomento di intenso studio scientifico: osservazioni da satelliti, aerei e campagne sul campo hanno documentato un diradamento diffuso, un flusso accelerato e un ritiro dei ghiacciai di sbocco sia in Groenlandia che in Antartide. Questi cambiamenti sono coerenti con la comprensione fisica delle dinamiche del foglio di ghiaccio e con il riscaldamento osservato dell'atmosfera e dell'oceano.

Instabilità del foglio di ghiaccio marino

L'instabilità del ghiacciaio marino è un processo che potrebbe portare a un rapido ritiro di fogli di ghiaccio che poggiano sulla roccia che si approfondisce nell'entroterra. Poiché la linea di messa a terra si ritira in acqua più profonda, il fronte del ghiaccio diventa più alto e il flusso accelera, disegnando l'interno del ghiacciaio.

Instabilità della scogliera marina

Se un ghiaccio galleggiante si blocca, può esporre una roccia di ghiaccio alta e verticale alla linea di messa a terra. Se la scogliera è abbastanza alta, lo stress alla sua base può superare la forza di resa del ghiaccio, causando la scogliera a calcolare più volte e rapidamente ritirare l'interno. Questo processo potrebbe guidare la perdita di ghiaccio molto rapida, anche se non è ancora stato osservato a scala metri di ghiaccio.

Conclusioni

Le lenzuola di ghiaccio sono tra i componenti più dinamici e conseguenti del sistema terrestre. La loro formazione attraverso la lenta accumulo e compattazione della neve nel corso dei millenni riflette la potente influenza del clima e della topografia. Il loro movimento attraverso la deformazione interna e lo scorrimento basale dimostra l'interazione di stress, temperatura e condizioni basali.