Table of Contents

Оригинальное название: The Sculpting Power of Ice

Физическая география Земли несет в себе безошибочную подпись льда. За последние два миллиона лет ледниковые процессы коренным образом изменили континенты, изменив структуру дренажа, раскопав бассейны озер и накопив обширные отложения осадочных пород. В то время как рекам и ветру часто приписывают формирование ландшафтов, которые мы видим сегодня, ледниковая эрозия и осаждение оказали гораздо более глубокое влияние на умеренные и высокоширотные регионы. Понимание того, как ледники формируются, перемещаются и распадаются, является не просто академическим упражнением; это необходимо для интерпретации истории нашей планеты и для прогнозирования драматических изменений, которые лежат впереди по мере роста глобальной температуры.

Ледники не являются статичными памятниками замерзшей воды. Это динамические системы — реки льда — которые реагируют на изменения температуры, осадков и топографии. По мере их течения они действуют как массивные абразивы, измельчающие породу, измельчающие породу в мелкий ил и переносящие огромное количество мусора на сотни километров. Наследие этой деятельности видно повсюду от зубчатых вершин Гималаев до прокатных равнин американского Среднего Запада. Эта статья обеспечивает всестороннее исследование ледниковых процессов, от механики ледового потока до создания отличительных рельефов и рассматривает их критическую роль в системе Земли, как в прошлом, так и в настоящем.

Основы ледниковых процессов

Чтобы понять, как ледники формируют землю, сначала необходимо понять, как ледники функционируют как физические системы.Ледниковые процессы охватывают весь жизненный цикл льда, от накопления и движения до таяния и осаждения.

Баланс ледниковой массы: накопление и абляция

Здоровье и поведение ледника определяются его массовым балансом , разницей между накоплением (снегопад и повторное замораживание) и абляцией (плавление, сублимация и отечность).В зоне накопления , как правило, на более высоких высотах, снег сохраняется в течение лета и сжимается в пряжу и в конечном итоге в ледниковый лед.В зоне абляции , как правило, на более низких высотах, потеря льда превышает прирост снега. Ледник отступает, когда абляция превышает накопление в течение длительного периода, и он продвигается, когда происходит противоположное. Граница между этими двумя зонами отмечена высотой равновесной линии (ELA) . Изменения в ELA обеспечивают прямой и чувствительный показатель изменения климата.

Как движутся ледники: внутренняя деформация и базальное скольжение

Ледниковое движение, или поток, происходит через два первичных механизма. Внутренняя деформация описывает ползучесть кристаллов льда под огромным давлением. Базальный скольжение происходит, когда ледник находится в точке таяния под давлением, то есть тонкая пленка жидкой воды существует на границе ледяной породы. Эта вода действует как смазка, позволяющая леднику скользить по его ложу. Относительный вклад этих двух процессов варьируется. Ледники на холоде, замороженные к их ложу, движутся в основном через внутреннюю деформацию и вызывают меньшую эрозию. Теплые ледники, существующие в точке таяния у их основания, способны к быстрому базальному скольжению и являются основными агентами значительного изменения ландшафта. Подъем ледников является драматическим примером, чередующимся между длительными периодами застоя и короткими, быстротекущими всплесками, вызванными изменениями в базальной гидрологии.

Классификация ледников мира

Ледники широко классифицируются по их размеру, морфологии и тепловому режиму. Эта классификация важна, потому что различные типы ледников взаимодействуют с ландшафтом и климатом различными способами.

Горные или альпийские ледники

Альпийские ледники формируются в высоких горных хребтах и ограничены основной топографией. Они стекают вниз по ранее существовавшим долинам рек, изменяя их в классические U-образные впадины. Эта категория включает в себя долинные ледники , наиболее распространенный тип; кольцевые ледники , которые занимают чашеобразные впадины на склонах гор; и висящие ледники , которые оседают на крутых склонах и часто откалывают лед на пол долины ниже. Эти ледники очень чувствительны к местным климатическим условиям и отвечают за некоторые из самых драматических альпийских пейзажей в мире, от Альп до Анд. Программа исследований ледников USGS отслеживает сотни этих ледников во всем мире, чтобы документировать их ответы на изменчивость климата.

Континентальные ледяные щиты и ледяные шапки

В отличие от альпийских ледников, ледяные щиты не ограничены топографией и покрывают обширные участки подстилающей местности. Сегодня ледяные щиты Гренландии и Антарктики содержат более 99% пресноводного льда в мире. Эти огромные особенности имеют куполообразную форму и вытекают наружу из центральной высокой точки. Ледяные шапки меньше, примерно круговые массы льда, которые покрывают высокогорья и встречаются в таких местах, как Исландия (Ватнайёкюдль) и Канадский арктический архипелаг. Ледяные щиты и шапки содержат достаточно льда, чтобы резко поднять глобальный уровень моря по сравнению с любым другим ледниковым источником.

Переходные формы: ледники Пьемонт и Тидуотер

Некоторые ледники не подходят аккуратно ни к одной из категорий. Ледники Пьемонта возникают, когда ледник долины выплескивается на относительно плоскую равнину, распространяясь в широкую, лобную форму. Ледник Маласпина на Аляске является классическим примером, охватывающим более 3900 квадратных километров. Ледники приливной воды заканчиваются непосредственно в океане и подвергаются отеку, где большие куски льда откалываются, образуя айсберги. Быстрое отступление ледников приливной воды является основным фактором недавнего повышения уровня моря и тщательно контролируется такими организациями, как Национальный центр данных о снеге и льде (NSIDC).

Эрозионная сила: как ледники вырезают ландшафт

Ледниковая эрозия — единственный наиболее мощный геоморфический процесс, действующий на поверхности Земли вне тектонической или вулканической активности. Это сочетание истирания, выщипывания и химических процессов выветривания, происходящих на ледяном слое. Доказательства этой эрозивной силы сохраняются в широком спектре рельефов.

Ссадина и уборка

Абразивность работает как гигантский лист наждачной бумаги. Как ледник скользит по цокольной породе, осадок, встроенный в его основание царапается, выгребает и полирует подстилку. Получающийся эрозионный продукт представляет собой тонкую каменную муку — частицы размером с иллюзию, которые придают ледниковой талой воде характерный молочно-голубой цвет. Удаление (или карьерирование) — это процесс, посредством которого ледник замерзает на суставах, трещинах или блоках породы и оттягивает их от субстрата. Этот процесс наиболее эффективен, когда ледник скользит по неровной поверхности, создавая полости на нисходящей стороне бугорков, которые позволяют воде замораживать и рыхлить скалы, включая крутые фарватеры кругов и прочные боковые стороны ли.

Микро-масштабные особенности: полосы и польский

Простейшие доказательства ледниковой эрозии найдены в ледниковых полосах — длинные параллельные царапины, вытравленные в породу цепями, затянутыми у основания льда. Эти линейные метки ценны для реконструкции прежних направлений потока льда. В областях интенсивной истирания, порода может быть изношена гладко и отполирована до высокого блеска, известного как ледниковый пол. Этот пол создается тонкой иловой каменной мукой, которая действует как конечный буферный агент на поверхности породы.

Мезомасштабные формы рельефа: Roche Moutonnée и Crag and Tail

В более крупном масштабе ледники создают асимметричные эрозионные формы. A roche moutonnée является обтекаемой коренной ручкой. Его стебля (вверх-ледная) сторона сглаживается и полируется истиранием, в то время как его ли (нижняя ледяная) сторона крутая, нерегулярная и добывается выщипыванием. Ориентация рош-мутонне обеспечивает четкое указание направления потока льда. Связанная особенность - петля и хвост , где устойчивая ручка скалы (краг) защищает мягкий склон породы или до (хвост) на его нисходящей ледяной стороне. Самый известный пример - Замковая скала в Эдинбурге, Шотландия, с хвостом, простирающимся на восток к Королевской миле.

Макроскасные характеристики: цирки, U-образные долины и фьорды

Самые знаковые ледниковые формы рельефа являются региональными по масштабу. Цирковые формы представляют собой чашеобразные углубления с крутыми, амфитеатрическими наголовниками, образованными комбинацией выщипывания у источника ледника и выветривания мороза. Цирк обычно содержит кувшин (небольшое озеро) после таяния ледника. Когда два цирка эродируют в один и тот же склон горы с противоположных сторон, они образуют острый гребень, называемый arête. Когда три или более цирка разрушают горную вершину, они создают пирамидальный пик, известный как horn, примером которого является Маттерхорн на швейцарско-итальянской границе.

U-образные долины являются, пожалуй, наиболее узнаваемой ледниковой особенностью. В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледниковые долины имеют широкие, плоские полы и крутые, прямые стороны. Это потому, что лед, будучи намного толще и шире реки, разрушает весь пол и стены долины, а не только дно канала.Висящие долины образуются там, где меньшие притоковые ледники присоединяются к более крупному стволовому леднику. Главный ледник углубляет свою долину намного больше, чем приток, оставляя притоковую долину «висящей» высоко над основным дном долины после отступления льда. Это топографическое несоответствие часто приводит к впечатляющим водопадам, таким как те, которые впоследствии встречаются в Йосемитском национальном парке. Если U-образная долина впоследствии затопляется повышением уровня моря, она становится фьордом[[FLT:

Депозиционные ландшафты: наследие таяния льда

Когда ледник тает, он оставляет после себя огромную нагрузку осадка, который он транспортировал. Эти ледниковые отложения , в совокупности известные как дрейф, делятся на два основных типа: , который откладывается непосредственно льдом, и стратифицированный дрейф , который откладывается талыми потоками воды. Полученные рельефы обеспечивают богатую запись последних дней ледника.

Ледниковый период: несортированные осадки

До сих пор гетерогенная смесь глины, ила, песка, гравия и валунов (эрратики), которая откладывается непосредственно от льда без какой-либо сортировки водой. мореи . Терминальные морены являются хребтами, сложенными до самой дальней степени ледника, отмечая его максимальное продвижение. Медные морены образуются по сторонам альпийского ледника, в то время как средние морены Наземные морены представляют собой мягкое, обтекаемое, каноэ-образные холмы, сделанные из долина или порода. Они ориентированы параллельно направлению ледяного потока, с крутой концом каноэ, указывающим на лед и мягко сужающимся хвостом, указывающим на лед.Поля барабанов часто

Ледниковый дрейф: стратифицированные депозиты

По мере таяния ледников огромные объемы воды текут внутри, на и подо льдом. Эти талые воды сортируют и отлагают осадочные породы в соответствии с их размером и весом, создавая стратифицированный дрейф. Эскиры являются длинными, извилистыми хребтами песка и гравия, которые отмечают пути подледниковых потоков. Камес являются ценными источниками агрегата для строительства. Камес представляют собой небольшие, крутые курганы стратифицированного дрейфа, которые накапливаются в углублениях или расщелинах на ледяной поверхности и были спущены на ландшафт, когда лед таял. Поймы равнины (или песчаные пески) являются широкими, плоскими, мягко наклонными листами стратифицированного гравия и песка

Лёд контакт и вымывание

Озера чайника образуются, когда большой блок льда зарывается в промывку или до тех пор, пока не тает, оставляя углубление, которое заполняет вода. Многие озера в Миннесоте и Массачусетсе являются классическими примерами топографии чайника. Варвы представляют собой отдельные годовые слои осадка, отложенного в проледниковых озерах. Летом оседает более грубый ил, а зимой более тонкая глина оседает сверху, создавая видимую пару.Хронология Варва является мощным инструментом для датировки ледниковых событий и понимания палеоклиматов.

Самый большой беспорядочный в мире, Окотокский Эрратик (FLT: 1) в Альберте, Канада, весит более 16 000 тонн и был перевезен на 600 километров Кордильерским ледяным щитом, демонстрируя огромную пропускную способность ледникового льда.

Палеоклиматическая перспектива: древние оледенения

Ледниковые процессы, которые мы наблюдаем сегодня, являются лишь снимком в гораздо более длинной истории. Геологическая летопись содержит свидетельства нескольких крупных ледниковых периодов, которые резко изменили поверхность Земли и климат.

Снежный шар Земли

Во время криогенного периода (примерно 720-635 миллионов лет назад) Земля испытала некоторые из самых экстремальных оледенений в своей истории, гипотетически, как события снежного шара Земли. Доказательства этих оледенений происходят из древних ледниковых отложений (тиллитов), найденных вблизи экватора, предполагая, что ледяные щиты простирались до уровня моря в тропических широтах. Эти оледенения сыграли решающую роль в эволюции сложной жизни, потенциально приводя к циклам питательных веществ и создавая новые экологические ниши после отступления льда.

Плейстоценовый ледниковый период и циклы Миланковича

Самый последний ледниковый период, плейстоцен (2,6 миллиона до 11 700 лет назад), оставил наиболее выраженный отпечаток на нашей современной физической географии. Рост и отступление континентальных ледяных щитов (как Лорантид в Северной Америке и Fennoscandian в Европе) были обусловлены изменениями в орбите Земли и осевого наклона, известного как циклы Миланкович . Эти циклы изменяют распределение и интенсивность солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, контролируя ледниково-межледниковый цикл. Плейстоцен видел ледяные щиты наступают и отступают более 20 раз, формируя Великие озера, вырезав фьорды Норвегии, и откладывая богатые почвы американского Среднего Запада.

Изостатический отскок и эвстатический уровень моря

По мере накопления ледяных щитов их огромный вес угнетает земную кору в мантию. Это явление называется глацио-изостатической депрессией. Когда лед тает, кора медленно отскакивает, процесс, который продолжается по сей день в таких районах, как Скандинавия и Гудзонов залив. Наблюдения со спутника НАСА GRACE подтвердили, что современный изостатический отскок все еще происходит в ответ на конец последнего ледникового периода.Эвстатический уровень моря отражает изменения в объеме воды в океанах. На пике последнего ледникового максимума (около 20 000 лет назад) уровень моря был примерно на 120 метров ниже, чем сегодня, обнажая наземные мосты, такие как Берингия (между Азией и Северной Америкой) и соединяя Британские острова с континентальной Европой.

Современная гляциология и климатическая динамика

Роль ледников в современной системе Земли невозможно переоценить. Они являются не только индикаторами изменения климата, но и активными участниками его. Быстрые изменения, происходящие в настоящее время в оледенелых регионах, имеют прямые последствия для глобального уровня моря, пресноводных ресурсов и петлей обратной связи климата.

Ледники как термометры

Горные ледники во всем мире находятся в состоянии драматического отступления. NSIDC и другие исследовательские институты задокументировали широкое истончение и отступление конечностей через Альпы, Анды, Гималаи и Аляску. Это отступление является прямым ответом на повышение глобальных температур. Потеря этих ледников представляет собой постоянное изменение ландшафта и представляет значительную угрозу для водоснабжения. В Андах и Гималаях ледниковая талая вода обеспечивает критический буфер против сезонной засухи для сотен миллионов людей. Почти один миллиард человек, живущих ниже по течению Гималайского региона Гиндукуша, в значительной степени зависят от тонкого баланса снега и таяния льда.

Оригинальное название: Albedo and Freshwater Forcing

По мере таяния ледяных щитов и морского льда они запускают мощные петли положительной обратной связи. Эффект альбедо описывает отражательную способность Земли. Яркий белый лед и снег отражают большую долю поступающей солнечной радиации обратно в космос. Поскольку этот лед заменяется более темной океанской водой или голой землей, поверхность поглощает больше тепла, что приводит к дальнейшему потеплению и таянию. Это особенно ярко проявляется в Арктике.

Кроме того, массовый приток пресной воды из тающих ледников и ледяных щитов может нарушить океанские течения, управляемые плотностью, которые управляют глобальным климатом. Введение пресной воды в Северную Атлантику может ослабить Атлантическую меридиональную циркуляцию (AMOC) , с глубокими последствиями для европейского и североамериканского климата. Специальный доклад МГЭИК по океану и криосфере в меняющемся климате (SROCC) обеспечивает наиболее полную оценку этих рисков и их последствий для низменных островных государств и прибрежных сообществ.

Заключение

Ледниковые процессы являются одними из самых мощных и устойчивых сил, формирующих нашу планету. От микромасштабных царапин на полированной поверхности породы до континентальных раскопок Великих озер наследие льда видно на обширных участках ландшафта Земли. Эти процессы не ограничиваются прошлым. Динамичное поведение современных ледников и ледяных щитов представляет собой один из наиболее важных компонентов климатической системы. По мере нагревания планеты петли обратной связи, связанные с таянием льда, изменениями альбедо и повышением уровня моря, перемещают систему Земли на неизведанную территорию. Поэтому глубокое понимание ледниковых процессов имеет важное значение не только для интерпретации физической географии прошлого, но и для навигации по гидрологическим и геополитическим вызовам 21-го века. Изучение льда обеспечивает четкую линзу, через которую можно увидеть глубокое и ускоряющееся воздействие изменения климата на физическую географию Земли.