Table of Contents

Наука о ледниковом образовании

Ледник начинается как обычный снегопад, но он может образовываться только там, где ежегодное накопление снега постоянно превышает количество, которое тает или сублимируется в течение лета. Это состояние происходит в полярных регионах - Антарктиде и Гренландии - и на больших высотах в горных хребтах, таких как Гималаи, Анды и Альпы. Со временем снег, который выживает в сезон таяния, накапливается, и погребенные слои подвергаются медленному, управляемому давлением превращению в лед. Этот процесс не просто замерзает; он включает перекристаллизацию, уплотнение и прогрессивное изгнание воздуха.

От снега до льдов

Свежеупавший снег имеет низкую плотность — часто около 0,1 г / см3 — и содержит большой объем воздуха. Когда новые слои закапывают этот снег, вес сжимает его, заставляя нежные снежинки разрушаться и перекристаллизоваться в более плотные, гранулированные зерна. Этот промежуточный материал, называемый волокно , имеет плотность примерно 0,4-0,8 г / см3 и все еще содержит взаимосвязанные воздушные пространства. В течение десятилетий до столетий продолжающееся захоронение и сжатие заставляют пряные зерна сливаться вместе, изгоняя большую часть воздуха и образуя твердый ледниковый лед с плотностью около 0,9 г / см3. Конечный продукт представляет собой синеватый кристаллический лед, который может быть толщиной от сотен до тысяч метров.

Зоны накопления и абляции

Каждый ледник разделен на две основные зоны. аккумуляционная зона — это область на более высокой высоте, где снег набирает массу каждый год. абляционная зона лежит на более низких высотах (или более низких широтах), где таяние, сублимация и отечность удаляют лед быстрее, чем он накапливается. Граница между этими зонами, эквалибриумная линия , ежегодно сдвигается в зависимости от баланса между снегопадом и таянием. Если баланс массы ледника положителен — больше накопления, чем абляции — ледник продвигается; если отрицательный, он отступает. Понимание этого баланса имеет решающее значение для прогнозирования того, как ледники будут реагировать на изменение климата.

Механизм ледникового потока

Как только лед достигает определенной толщины — обычно 20—30 метров — его собственный вес создает достаточное давление, чтобы заставить его деформироваться и начать течь. Ледники движутся двумя основными способами: пластическая деформация и базальная деформация. При пластической деформации кристаллы льда медленно перестраиваются и скользят мимо друг друга под напряжением, позволяя всей ледяной массе ползти вниз по склону. Базальный скольжение происходит, когда основание ледника смазывается талой водой, позволяя льду скользить по цокольной породе. В умеренных ледниках оба механизма работают вместе. Скорость потока варьируется от нескольких сантиметров в день до десятков метров в день в быстро движущихся розеточных ледниках. Это постоянное движение дает ледникам их огромную эрозивную силу.

Типы ледников и их динамика

Глациологи классифицируют ледники на основе их размера, формы и географического контекста. Две широкие категории - континентальные ледники (также называемые ледяными щитами) и альпийские или долинные ледники . Каждый тип взаимодействует с ландшафтом отличительными способами, создавая различные сборки рельефа.

Континентальные ледники: Великие ледяные щиты

Континентальные ледники представляют собой огромные ледяные массы, которые покрывают большие площади суши, вытекающие во всех направлениях из центрального купола. Сегодня существуют только два: Ледяной щит Гренландии и Антарктический ледяной щит . Эти ледяные щиты содержат почти 99% ледникового льда в мире и, если полностью растаять, они будут поднимать глобальный уровень моря примерно на 66 метров. Их движения медленные во внутренних районах, но могут ускоряться через быстротекущие ледяные потоки, которые выделяют лед в океан. Из-за их огромного веса континентальные ледники угнетают земную кору под ними, явление, известное как изостатическая депрессия . Когда лед тает, кора медленно отскакивает — процесс, который продолжается сегодня в таких регионах, как Скандинавия и Канада.

Альпийские ледники: реки льда в горных долинах

Альпийские ледники образуются в высоких горных хребтах и ограничены окружающей топографией. Они стекают вниз по ранее существовавшим речным долинам, расширяя и углубляя их в характерные U-образные поперечные сечения. Многие альпийские ледники питаются множественными притоками ледников, которые сливаются, очень похожими на речную систему. Известные примеры включают ледник Мер-де-Глейс во французских Альпах, ледник Атабаска в канадских Скалистых горах и ледник Хумбу в Гималаях. Хотя альпийские ледники намного меньше ледяных щитов, они гораздо более многочисленны и особенно чувствительны к изменениям температуры и осадков.

Другие ледниковые формы: ледяные шапки, ледяные поля и ледники Пьемонта

Промежуточные формы существуют. Ледяные шапки представляют собой куполообразные массы, охватывающие менее 50 000 км2 и часто хоронят основную топографию (например, Vatnajökull в Исландии). Ледовые поля похожи, но больше подвержены влиянию подстилающей местности, при этом нунатаки — скалистые вершины — проносятся сквозь лед. Когда альпийский ледник распространяется на равнину у основания горного хребта, он образует ледник Пьемонта, такой как ледник Маласпина на Аляске. Эти разнообразные формы разделяют основные процессы накопления, уплотнения и течения, но их геометрия и динамика приводят к различным эрозионным и осажденным сигнатурам.

Ледниковая эрозия и осаждение: формирование земли

Ледники являются самыми мощными агентами эрозии на Земле. По мере их течения они вырывают, измельчают и соскребают под ними коренную породу. Получающийся мусор, начиная от мелкой каменной муки до массивных валунов, транспортируется внутри, сверху и подо льдом. Когда ледник тает или отступает, этот материал оседает по всему ландшафту, создавая набор отличительных рельефов, которые сохраняются в течение тысяч лет после того, как лед исчез.

Эрозионные формы рельефа, вырезанные движущимся льдом

Наиболее знаковой эрозионной особенностью, вырезанной альпийскими ледниками, является U-образная долина . В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледниковые долины имеют широкие, плоские полы и крутые, прямые стороны. Истины от осколков льда оскверняют стены и пол долины, эффективно «заглушая» долину. Во главе ледниковой долины образуется крутая задняя стенка — чашеобразная впадина с крутым задним валом, часто содержащая небольшое озеро, называемое тарной. Там, где два цирка вырезаны в одну и ту же гору с противоположных сторон, возникает острый, острый хребет, называемый arête. Когда три или более цирка разрушают горную вершину, создается пирамидальный рог ; Маттерхорн на швейцарско-ит

В более широком масштабе континентальные ледники производят обтекаемые формы суши, такие как roche moutonnée — асимметричные коренных ручки, которые мягко наклоняются на стороне вверх по течению (где лед абрадес) и крутые и зубчатые на стороне вниз по течению (где лед отрывается блоками). Эти направленные особенности помогают ученым реконструировать направление потока древних ледяных щитов.

Депозиционные формы рельефа: наследие ледниковых отложений

Когда ледники тают, они высвобождают осадок, который они перенесли. Эта несортированная смесь глины, песка, гравия и валунов называется до . До отложения непосредственно под движущимся льдом образует мягко волнистую поверхность, известную как грунтовая морена . На конце ледника хребет обломков отмечает максимальное продвижение льда — это терминальная морена . Боковые морены проходят по сторонам ледника долины, и медиальные морены образуют, где сливаются два ледника.

Ледниковые талые воды также сортируют и отложения осадка, создавая различные особенности. Эскиры являются длинными, извилистыми хребтами песка и гравия, которые когда-то были ручьями потока внутри или подо льдом. Камес являются нерегулярными курганами стратифицированного дрейфа, осаждаемого талой водой. Драмлины Обтекаются, каплевидные холмы состоят из троллей, указывая на направление ледяного потока. Их формирование все еще обсуждается - некоторые могут быть результатом эрозии, другие - от осаждения - но они являются надежным показателем прежнего направления движения льда.

Ледниковая гидрология и роль мельтвотер

Вода является одновременно продуктом ледников и движущей силой их динамики. Плавление поверхности создает потоки, которые вырезают каналы во льду и погружаются в трещины через мулены — вертикальные валы, которые доставляют воду на дно ледника. Подледниковая талая вода смазывает основание, ускоряя поток льда и позволяя бурное поведение. Система дренажа под ледником сложна, состоящая из каналов, полостей и связанных заполненных водой пространств, которые развиваются с течением времени.

Ледниковые озера и внезапные наводнения

Мелководные водоемы часто находятся за ледяными дамбами или плотинами морен, образуя ледниковые озера. Эти озера могут быть нестабильными. Когда дамба выходит из строя - будь то отечность льда, эрозия или перенасыщение - происходит ледниковое наводнение (FLT: 2) ледникового озера, вырываясь из него, посылая катастрофическую волну воды и мусора вниз по течению. Такие наводнения изменили многие горные долины и представляют серьезную опасность в таких регионах, как Гималаи и Анды. Изучение ГЛОФов становится все более важным, поскольку ледники отступают и новые озера образуются в оледеневшей местности.

Даже без катастрофических событий ледниковые талые воды вносят значительный вклад в речной поток во многих частях мира, особенно в летние месяцы. Основные речные системы, включая Гангу, Инду и Брахмапутру, получают значительную часть своего сброса от таяния гималайских ледников. Этот стоок поддерживает сельское хозяйство и гидроэнергетику для сотен миллионов людей, что делает дальнейшее отступление этих ледников насущной проблемой.

Ледники и изменение климата: трансформирующийся мир

Потепление Земли за последнее столетие оказало безошибочное воздействие на ледники. Почти каждый горный ледник на планете отступает, а большие ледяные щиты теряют массу с ускоряющейся скоростью. Это преобразование имеет широкие географические последствия, которые выходят далеко за пределы самого льда.

Ледниковый откат и повышение уровня моря

Наиболее прямым глобальным последствием таяния ледников является повышение уровня моря . В период с 2006 по 2015 год ледники за пределами Гренландии и Антарктиды способствовали примерно 25-30% наблюдаемого повышения уровня моря. Ледниковый щит Гренландии теряет лед в основном за счет увеличения таяния поверхности и более быстро движущихся отходящих ледников. Вклад Антарктиды в значительной степени обусловлен истончением и обрушением шельфовых ледников в Западно-Антарктическом ледниковом щите, что позволяет наземным ледникам быстрее втекать в океан. Хотя точные темпы будущих потерь неопределенны, даже умеренный подъем уровня моря угрожает прибрежным городам, водно-болотным угодьям и низменным островным странам.

Изменения в доступности пресной воды и экосистемах

Во многих горных хребтах ледники действуют как естественные водонапорные башни, сохраняя снег зимой и медленно выпуская его в сухие летние месяцы. По мере того, как эти ледники сокращаются, сроки и объем стока талой воды меняются. Первоначально ледниковый таяние может увеличиваться по мере нагревания льда, но после определенного порога — известного как ] пиковая вода — стоки постоянно снижаются. Регионы, зависящие от ледникового таяния для орошения, питьевой воды или гидроэнергетики, должны готовиться к сезонным сдвигам и возможной нехватке. Кроме того, потеря ледникового льда изменяет водные среды обитания: более прохладные, прозрачные талые потоки становятся теплее и более мутными, поскольку ледниковая эрозия подвергает свежие осадки, затрагивая рыб и беспозвоночные сообщества.

Обратная связь и эффект Альбедо

Одна из самых тревожных обратных связей включает альбедо — отражательную способность поверхности Земли. Снег и лед имеют высокое альбедо, отражающее большинство поступающей солнечной радиации обратно в космос. По мере таяния льда он подвергает более темные поверхности — скалу, почву или океан — которые поглощают больше солнечного света и ускоряют потепление. Это создает самоусиливающийся цикл: большее таяние означает меньшее отражение, что приводит к большему потеплению, что приводит к большему таению. Арктика испытывает эту обратную связь остро, с уменьшением морского льда и отступлением ледников на суше, возвращающихся в региональное и глобальное повышение температуры.

Географическое наследие ледников

Даже там, где ледники исчезли, их отпечаток остается выгравированным в географии. Большая часть ландшафта Северного полушария - от Великих озер Северной Америки до фьордов Норвегии - была сформирована повторяющимся продвижением и отступлением плейстоценовых ледяных щитов. Почва, которая покрывает многие умеренные регионы, получена из ледниковой дождевой воды, а дренажные структуры рек были переконфигурированы ледниковой талой водой.

Ледниковые почвы и сельское хозяйство

Ледниковые отложения производят плодородные почвы во многих частях мира. Богатые суглинки американского Среднего Запада, польдеры Нидерландов и равнины Северной Европы обязаны своей производительностью, по крайней мере, частично, материалам, заземленным и доставленным ледяными щитами. Несортированный характер дождевой обработки также может создавать проблемы, такие как валуны, усыпанные полями Новой Англии, но в целом наследие ледникового осаждения лежит в основе некоторых из самых продуктивных сельскохозяйственных регионов мира.

Ледниковые ландшафты и человеческие поселения

Характерные рельефы, создаваемые ледниками — U-образные долины, висячие долины и фьорды — часто диктуют, где люди строят дороги, города и порты. Фьорды обеспечивают глубокие, защищенные гавани; висячие долины предлагают основные места для гидроэлектростанций; и ледниковые озера поставляют воду для промышленности и отдыха. В то же время, те же самые ландшафты создают риски: оползни в оледенелых горных склонах, ГЛОФы и нестабильность вечной мерзлоты. Понимание ледниковой истории, следовательно, является не только академическим занятием, но и практической необходимостью для сообществ, живущих в ранее оледенелых или в настоящее время оледенелых регионах.

Скользя в прошлое: ледяные коры как климатические архивы

Ледники и ледяные щиты сохраняют уникальный рекорд климата Земли. Буря в ледяные щиты Гренландии и Антарктики, ученые извлекли ядра, которые содержат слоистые годовые сигналы снегопада, пыли и захваченных воздушных пузырей. Эти ледяные ядра простираются на 800 000 лет назад в Антарктиде и обеспечивают прямые доказательства уровней углекислого газа, температуры и состава атмосферы. Они показывают, насколько тесно парниковые газы и глобальные температуры были связаны в ледниково-межледниковых циклах. По мере того, как ледяные щиты теряют массу, эта незаменимая запись постепенно теряется, что добавляет срочности сбору и анализу образцов ледяных ядер.

Вывод: Непреходящее влияние льда

Ледники — это гораздо больше, чем замороженные реликвии более холодного прошлого. Они являются активными, динамичными компонентами системы Земли, которые создают рельеф, регулируют водные ресурсы и влияют на климат. Процесс ледникового формирования — от снежинки до текучего льда — является отправной точкой для цепочки географических эффектов, которые формируют горы, долины, береговые линии и даже глобальный уровень моря. По мере того, как планета продолжает нагреваться, ускоренное отступление ледников оставит неизгладимый след в географии мира, экосистемах и человеческих обществах. Понимание того, как ледники формируют, перемещаются и трансформируют ландшафт, имеет важное значение для прогнозирования предстоящих изменений и для оценки глубокой силы льда для формирования нашей планеты.