Introduzione ai processi glaciali nelle regioni polari

Le regioni polari, l'Antartide, l'arcipelago artico, la Groenlandia e le catene montuose ad alta quota, sono definite dal freddo persistente e dalla presenza di vaste masse di ghiaccio. Questi corpi di ghiaccio non sono statici; sono sistemi dinamici che fluiscono, erosiano, trasportano e depositano materiale, modellando fondamentalmente i paesaggi che occupano.

La formazione e la dinamica dei ghiacciai

Accumulazione della neve e compattazione della Firn

I ghiacciai hanno origine in aree dove la neve annuale supera costantemente la fusione estiva. Nel corso di decenni a secoli, gli strati successivi di neve accumulano e subiscono il metamorfo. Il peso di neve eccessiva comprime gli strati inferiori, espellendo l'aria e trasformando la neve granulare in un materiale più denso e poroso chiamato firn.

Meccanica del flusso di ghiaccio

Il ghiaccio, che raggiunge uno spessore critico, è di circa 50-100 metri, comincia a deformarsi sotto il proprio peso e a scorrere giù. Il ghiaccio si comporta come un materiale plastico: sotto stress bassi è fragile, ma sotto pressione sostenuta si deforma internamente attraverso il strisciamento. Questa deformazione interna è completata da uno scorrimento basale, dove il ghiacciaio si muove sopra il suo letto su un sottile film di acqua fusa.

Tipi di ghiacciai in ambienti polari

Fogli di ghiaccio continentali

I ghiacciai più grandi della Terra sono le calotte continentali, che coprono oltre 50.000 chilometri quadrati. Il ghiacciaio Antartico, con un volume di circa 26,5 milioni di chilometri cubi, e il ghiacciaio della Groenlandia, con circa 2,9 milioni di chilometri cubi, dominano la glaciazione polare. Questi ghiacciai fluiscono verso l'esterno dalle cupole centrali, canalizzando il ghiaccio in flussi veloci che discaricano nell'oceano.

Tappi di ghiaccio e campi da ghiaccio

I ghiacciai sono più piccoli dei ghiacciai, ma ancora estesi, coprono le zone di alto livello e seppelliscono il terreno sottostante. Sono comuni nell'arcipelago artico canadese, Svalbard, Islanda e nelle alte montagne della Patagonia. I ghiacciai hanno tipicamente una forma a cupola e fluiscono radialmente verso l'esterno. Dove il ghiaccio è costellato da valli, i ghiacciai escono.

ghiacciai della valle e ghiacciai della Tidewater

I ghiacciai della valle occupano valli di torrente preesistenti e sono comuni nelle catene costiere dell'Alaska, delle Ande e delle montagne della Scandinavia. Nelle regioni polari, molti ghiacciai della valle terminano nei fiordi o direttamente nel mare, formando ghiacciai di marea. Questi ghiacciai sono soggetti al calcolo, il distacco meccanico di icebergs, che rappresenta una grande percentuale di perdita di massa dai ghiacciai della Groenlandia e dell'Antartico.

Scavi di ghiaccio

Gli scaffali del ghiaccio sono estensioni galleggianti di ghiacciai a terra che si formano dove i ghiacciai o i flussi di ghiaccio si diffondono sulle ambasciate costiere. Si distinguono in spessore da poche centinaia di metri alla linea di messa a terra a meno di 100 metri sul loro bordo di mare.

Processi di erosione glaciale

Plucking (Quarrying)

Il ghiaccio glaciale si blocca su una roccia articolata o fratturata e, come il ghiacciaio si muove, si allontana dai frammenti di roccia sciolti. Questo processo è più efficace dove il ghiacciaio è a base di acqua bagnata (presente acqua minerale) e dove la roccia ha fratture preesistenti.

Abrasione

Come un ghiacciaio scivola sul suo letto, particelle incastonate nel ghiaccio basale, gouge e lucidare la roccia sottostante. Il tasso di abrasione dipende dalla durezza dei gelati, dalla velocità di scorrimento, dalla pressione effettiva sul letto del ghiacciaio e dalla disponibilità di sedimenti.

Subglacial Meltwater Erosion

L'acqua melmastra sotto i ghiacciai può scorrere ad alta pressione e velocità, erodendo il contorno attraverso l'azione idraulica e la cavitazione. Questo processo produce forme di terra distinti come canali sottoglaciali (canali Nye) e buche. Nelle regioni polari dove esistono laghi sottoglaciali, l'erosione di acqua fusa può essere particolarmente intensa, soprattutto durante i jökulhlaups (alluvioni glaciali).

Trasporto glaciale e deposizione

Trasporto di Debris

I ghiacciai trasportano sedimenti in tre zone principali: supraglacial (sul ghiaccio), englacial (nel ghiaccio), e subglaciale (al letto del ghiacciaio). I detriti supraglaciali sono derivati da cascate di ghiaccio e valane sulla superficie del ghiaccio; spesso è angolare e poco ordinata.

Deposizione e forme di terra

Quando un ghiacciaio si scioglie o si ritira, rilascia il sedimento che ha portato, questo materiale, collettivamente noto come glaciale fino a, è non ordinato e non vincolato.

  • Moraines] sono accumulazioni di fino a depositate lungo i margini di un ghiacciaio. Moraines lateral si formano lungo i lati; ] le more terminal segnano la massima estensione di un ghiacciaio anticipato;
  • I drumlins[] sono razionali, le colline a forma di goccia, composte da fino a, con l'estremità sfocata che indica il glacier e la fine affusolata, indicano la direzione del flusso di ghiaccio e si trovano spesso negli sciami. La loro formazione è ancora dibattuta ma probabilmente comporta la deformazione di sedimenti subglaciali saturati.
  • Irratici[[]] sono massi trasportati lontano dalla loro roccia sorgente, che forniscono indizi importanti sulle direzioni del flusso di ghiaccio e sulle dimensioni delle lastre di ghiaccio.
  • Gli amanti[[] sono creste sinuose di sabbia stratificato e ghiaia depositate da flussi di acqua di fusione che fluiscono in gallerie sotto o all'interno di un ghiacciaio. Spesso segnano la posizione dei canali di drenaggio subglaciale e possono estendersi per molti chilometri.
  • Kames[]] sono muschio o colline di sedimenti stratificato formati dove i depositi di acqua di fusione detriti a contatto con ghiaccio stagnante.
  • Kettle Holes[[]] si forma quando un blocco di ghiaccio diventa sepolto in un'alluce glaciale e poi si scioglie, lasciando una depressione.

Le principali forme di erosione glaciale nelle regioni polari

Valli dismesse

I ghiacciai trasformano le valli fluviali a forma di V in ampie valli a forma di U, ripida, attraverso i processi di traboccamento e abrasione. Il fondovalle è allargato e approfondito, e i lati sono ripidi. Valli appesa—piccoli vallate affluenti lasciate arroccate sopra il fondovalle principale—forma dove i ghiacciai affluenti meno erosi si uniscono a un ghiacciaio più grande tronco.

Arete e Corni

Quando due ghiacciai erosivano valli parallele su lati opposti di una cresta, la cresta è affilata in una cresta di artiglieria chiamata arête. Esempi famosi includono il Muro del Giardino nel Parco Nazionale del Glacier, USA e creste nelle Alpi. Un corno è un picco piramidale formato dove tre o più ghiacciai erodono teste di cirque adiacenti.

Cirques e Corries

Le cirche sono depressioni anfiteatro-come con una ripida parete posteriore, formata da glaciale affilare e gelo che si schiude alla testa di un ghiacciaio. Il pavimento di una cirque è spesso sovrapenso e può contenere una tarna (un piccolo lago). Nelle regioni polari, molte cirche sono attualmente prive di ghiaccio a causa del recente ritiro glaciale, esponendo i caratteristici gradini e superfici levi.

Fiordi

I fiordi sono profondi e stretti insenature costiere formate dall'alluvione delle valli glaciali a forma di U. Sono particolarmente comuni in Norvegia, Groenlandia, Alaska, Cile e nell'isola meridionale della Nuova Zelanda. Le pareti dei fiordi possono innalzare centinaia di metri sopra l'acqua, e il fondale marino spesso contiene un sill poco profondo vicino alla bocca, formato da una moraia terminale depositata durante la massima misura del ghiacciaio.

Striature, scanalature e polacca

Queste caratteristiche di piccole dimensioni ma diffuse dell'erosione registrano la direzione e la natura del movimento glaciale. Le striature sono graffi sottili, mentre le scanalature sono più profonde e più ampie. La lucidatura glaciale è una superficie lucida formata dall'abrasione della farina fine di roccia. Tali caratteristiche sono ben conservate su una roccia appena deglaciata nelle regioni polari, tra cui lo scudo canadese e la penisola antartica.

Processi glaciali nel contesto del cambiamento climatico

Ritiro del bilanciamento di massa e del ghiacciaio

La salute di un ghiacciaio è misurata dal suo equilibrio di massa, la differenza netta tra accumulo (snowfall) e ablazione (melting, sublimation, calving). Dalla metà del XX secolo, la maggior parte dei ghiacciai al di fuori dell'Antartide hanno sperimentato i bilanci di massa negativi, con il tasso di perdita che accelera negli ultimi due decenni.

Albedo Feedback e oscuramento superficiale

Come neve e ghiaccio si scioglie, le superfici più scure (calcio, roccia o vegetazione) sono esposte; queste superfici assorbono più radiazioni solari rispetto alla neve bianca luminosa, accelerano il fusione e creano un loop di feedback positivo. In Groenlandia, l'espansione delle zone di ghiaccio nudo e la crescita delle alghe sulla superficie del ghiaccio hanno oscurato grandi aree, aumentando i tassi di fusione del 10-15% in alcune regioni.

Cambiamenti nell'idrologia glaciale

Le temperature più calde aumentano il disgelo superficiale, che può drenare attraverso crevasse e moulin al letto del ghiacciaio. Quest'acqua extra lubrifica la suola del ghiacciaio, potenzialmente accelera il flusso di ghiaccio. In Groenlandia, l'accelerazione estiva dei ghiacciai di uscita a causa di acqua di fusione è stata documentata, anche se l'effetto è spesso stagionale e moderato dall'efficienza dei sistemi di drenaggio subglaciale.

Perdita di ghiaccio azionata

In Groenlandia e in Antartide, le correnti oceaniche calde emettono i termini galleggianti dei ghiacciai delle maree e degli scaffali del ghiaccio dal basso. Lo spessore e l'indebolimento degli scaffali del ghiaccio riducono il loro effetto di matrattamento, permettendo al ghiaccio interno di scorrere più velocemente nell'oceano.

Risposte geomorfiche alla deglaciazione rapida

Come i ghiacciai si ritirano, sono esposte grandi aree di terreno precedentemente coperto dal ghiaccio. Questo paesaggio appena deglaciato è altamente dinamico: piste instabili, depositi glaciali, e permafrost sono soggetti a regolazione paraglaciale. Landslides, flussi detriti, e l'erosione della banca del fiume aumenta drammaticamente nei primi decenni dopo il ritiro del ghiaccio.

Metodi di ricerca per lo studio dei processi glaciali e delle forme di terra

Immagini satellitari e di rilevamento remoto

Gli studi moderni si basano su misurazioni basate su satellite. Le immagini ottiche (ad esempio, Landsat, Sentinel-2) tracciano posizioni di ghiacciaio e caratteristiche di superficie. Il radar di apertura sintetica (SAR) fornisce immagini di temperatura all-weather, giorno e notte di velocità di superficie di ghiaccio e movimenti di linea di messa a terra.

GPS e reti sismiche

Le stazioni GPS on-ice registrano velocità di flusso di ghiaccio ogni giorno, rivelando variazioni stagionali e interennali. Il monitoraggio sismico rileva i quacchi di ghiaccio causati da eventi di crevassing, di base e di calcolo.

Analisi del core del ghiaccio

I core di ghiaccio perforati da fogli di ghiaccio polari forniscono un archivio ad alta risoluzione di clima e composizione atmosferica passata. Gli strati annuali di ghiaccio, identificabili da variazioni isotopi stagionali, temperatura record, tassi di nevicata, e la concentrazione di gas serra e aerosol. I core della Groenlandia e dell'Antartide si estendono oltre 800.000 anni, offrendo un contesto critico per i cambiamenti climatici attuali.

Mapping di campo geomorfologica

Indagini sul campo tradizionali rimangono vitali per il processo di collegamento a forma. Geologi mappano moraines, striature e altre caratteristiche glaciali per ricostruire le ex proporzioni di ghiaccio e i modelli di flusso. Nuclide Cosmogenico datazione (ad esempio, utilizzando 10Be o 26Al) permette agli scienziati di determinare quanto tempo una superficie di roccia è stata esposta dalla deglaciazione, fornendo età assolute per le forme terrestri.

Approcci educativi per l'insegnamento dei processi glaciali

Integrazione del lavoro di campo e di laboratorio

Gli educatori dovrebbero incoraggiare l'apprendimento pratico attraverso gite di campo in ambienti glaciali accessibili, come quelli delle Alpi europee, della Norvegia o dell'Alaska, dove si osservano facilmente valli a forma di U, more e e erratiche.

Utilizzo di Simulazioni e Modelli

Modelli informatici che simulano il flusso di ghiaccio e l'erosione (ad esempio, dal USGS[]) permettono agli studenti di sperimentare variabili come la nevicata, la temperatura e la topografia. Questi strumenti demissano i feedback complessi e illustrano la sensibilità dei ghiacciai alla forza del clima.

Collegamento al Curriculum Cambiamento Climatico

I processi glaciali offrono un punto di ingresso tangibile per l'insegnamento degli impatti sul cambiamento climatico. Le assegnazioni potrebbero comportare l'analisi dei dati reali satellitari, ad esempio utilizzando il sito web NASA]] per monitorare i cambiamenti di massa del foglio di ghiaccio nel tempo. Gli studenti possono calcolare i contributi all'aumento del livello del mare e esplorare le differenze regionali.

Conclusioni

I processi glaciali sono fondamentali per l'evoluzione dei paesaggi polari. Dal lento strisciamento del ghiaccio interiore agli eventi catastrofe di calve a margini di mare, i ghiacciai modellano la superficie terrestre a scale che vanno dalle striature microscopiche ai trozzi continentali. Le forme terrestri che lasciano dietro, i mulini, i tamburi, gli esperanti, i fiordi e le cirche, non sono solo i cambiamenti climatici scettici, ma anche gli archivi.