Введение в ледниковые формы рельефа

Ледники являются одними из самых мощных геологических агентов на Земле, создавая ландшафты посредством стойкого движения и фазовых изменений между льдом и водой. По мере того, как ледники продвигаются, отступают или остаются неподвижными, они оставляют после себя набор отличительных рельефов, которые обеспечивают критические доказательства для реконструкции прошлого климата и прогнозирования будущих изменений окружающей среды. Эти особенности & # 8212; начиная от трещин на поверхности льда до массивных свай мусора и плавающих ледяных масс & # 8212; предлагают понимание динамики ледового потока, переноса осадка и взаимодействия между криосферой и океанскими системами.

В данной статье рассматриваются три фундаментальных ледниковых рельефа: расщелины, морены и айсберги. Каждый представляет собой разный масштаб и аспект ледниковых процессов, но вместе они образуют часть интегрированной системы, связывающей высокогорные и высокоширотные регионы с глобальным климатом, повышением уровня моря и функцией экосистем. Понимание этих особенностей необходимо не только исследователям в гляциологии и геоморфологии, но и специалистам, работающим в области оценки опасности, управления водными ресурсами и полярной навигации.

Формирование и динамика трещин

Как развиваются кривые

Трещины — глубокие, клиновидные трещины, которые открываются в хрупком верхнем слое ледника, известном как эластичная зона . Ниже примерно 30-50 метров огромное давление заставляет лед вести себя пластично, а не разрываться, что ограничивает максимальную глубину большинства трещин. Эти трещины образуются, когда напряженность льда превышает прочность на растяжение, состояние, которое возникает из-за нескольких механизмов: изменения топографии породы, изменения скорости потока через ледник или ускорения льда по мере его перемещения в более крутые градиенты.

Узор и ориентация трещин отражают режим напряжения, действующий на ледник. Когда ледник течет по выпуклой цоколевой ручке, лед должен расширяться, чтобы приспособиться к изменению наклона, производя поперечные трещины, которые лежат примерно перпендикулярно направлению потока. И наоборот, где лед распространяется боком в расширяющейся долине, продольные трещины выравниваются параллельно потоку. Маргинальные трещины образуются вблизи стен долины, где напряжение сдвига является самым высоким, изгибаясь вверх по течению под углами 45 градусов или более относительно края льда. Игровые трещины, которые ветвятся наружу от центральной точки, часто развиваются там, где лед движется вокруг препятствия или где поток расходится.

Типы кревасс и их характеристики

Гляциологи классифицируют расщелины по их ориентации и происхождению, поскольку каждый тип передает конкретную информацию о местных условиях стресса. Поперечные расщелины являются наиболее распространенными и обычно вогнутыми вверх ледниками, указывая зоны удлиняющего потока. Длинные расщелины образуются в регионах бокового распространения, часто вблизи конца ледника или там, где лед выходит из узкой долины в более широкий бассейн. Маргинальные расщелины сосредоточены в пределах десятков до сотен метров стен долины и особенно выражены в быстро движущихся отводящих ледниках.

Особенно опасным типом является снежный мост , который сам по себе не является трещиной, а представляет собой слой забитого ветром снега, который может пролегать через отверстие трещины. Эти мосты могут казаться твердыми сверху, но могут разрушаться под весом человека или транспортного средства. В полярных регионах, где снегопады накапливаются быстро, снежные мосты могут заслонять трещины на протяжении целых сезонов, создавая скрытые опасности для полевых исследователей и альпинистов.

Опасности и соображения безопасности

Кревасы представляют собой один из самых серьезных рисков для любого, кто путешествует по поверхности ледника. Кравеса может быть глубиной в десятки метров и шириной всего в несколько метров, что делает ее почти невидимой с расстояния, особенно в условиях низкой контрастности освещения. Горные команды обычно связываются вместе и используют специализированное оборудование, такое как ледяные винты, пикеты и механические восходители для спасения трещин. В научных полевых работах часто используется проникающий в землю радар для обнаружения закопанных трещин перед установлением маршрутов или мест лагеря.

Опасность, которую представляют расщелины, не ограничивается безопасностью человека. В последние десятилетия ускорение ледового потока в Гренландии и Антарктиде привело к усилению образования трещин вблизи краев крупных отводных ледников. Эти трещины могут распространяться внутри страны, потенциально дестабилизируя большие участки ледяного покрова и ускоряя доставку льда в океан. Понимание механики трещин поэтому важно для прогнозирования реакции ледового покрова на потепление климата.

Научное значение крестов

Помимо практических опасностей, расщелины служат естественными лабораториями для изучения ледовой реологии и механики трещин. Глубина, расстояние и ориентация полей трещины обеспечивают прямые измерения скорости деформации, действующей на ледник. В сочетании со спутниковыми снимками и данными GPS, модели трещин могут выявлять изменения скорости потока и базальных условий без необходимости использования полевых приборов на поверхности льда.

На гидрологию ледников влияют также трещины. Во время летнего таяния поверхностные воды могут стекать в трещины, спустясь к ледниковому руслу, где смазывается ледяной слоёвочный интерфейс и временно ускоряется ледоток. Этот процесс наблюдался по всей Гренландии, где события дренажа озера через гидроразрыв трещин вызвали переходные ускорения в 50 и более процентов. Эти эпизодические ускорения модулируют общую потерю массы из ледяного покрова и должны быть включены в модели будущего вклада уровня моря.

Для дальнейшего чтения по обнаружению и мониторингу трещин Национальный центр данных по снегу и льду предоставляет всесторонние ресурсы по расщелинам ледников и их роли в динамике льда.

Морейнс: Записи движения ледников

Формирование и осадочный транспорт

Морейны — это скопления фрагментов горных пород, почвы и других обломков, которые были захвачены, транспортированы и отложены ледниковым льдом.В отличие от многих других осадочных отложений, моренный материал обычно несортирован и не стратифицирован, варьируя по размеру зерна от частиц глины до валунов много метров в диаметре. Эта характеристика до отражает отсутствие сортировки во время транспортировки, поскольку лед несет обломки всех размеров в сплоченной матрице.

Обломки, образующие морены, происходят из нескольких источников. Супраледниковый мусор падает на поверхность ледника со смежных стен долины через скалы и лавин. Эндлайсальный мусор является материалом, который был включен в ледяную колонну, часто через процессы замерзания в основании или через закрытие трещин. Подледниковый мусор эродируется из породы под ледником через выщипывание и истирание. По мере того, как ледник течет вперед, этот мусор транспортируется вниз ледником, пока он не откладывается на ледяном крае, вдоль сторон или подо льдом.

Типы морейцев и их интерпретация

Ледниковые геоморфологи распознают несколько различных типов морен, каждый из которых предоставляет конкретную информацию о поведении ледника, который его создал.

Поздние морены образуются по сторонам ледника долины, построенного из обломков, которые падают на лед с прилегающих склонов и от эрозии стен долины. Эти морены появляются как длинные, линейные хребты, параллельные краю ледника. После отступления ледника боковые морены остаются видными чертами на сторонах долины, часто отмечая прежнюю высоту ледяной поверхности.

Медиальные морены представляют собой линейные полосы обломков, которые проходят по центру ледника, образованного там, где сливаются два притоковых ледника и их соседние боковые морены.Число и стойкость медиальных морен могут раскрыть внутреннюю структуру и историю течения ледниковой системы.В Гималаях и Альпах медиальные морены создают поразительные темные полосы, контрастирующие с окружающими белыми льдами.

Терминальные морены являются хребтами до тех пор, пока не отметят максимальную степень продвижения ледника. Эти особенности обычно дугообразны в плане, изгибаясь наружу в направлении ледяного потока. Хорошо сохранившаяся терминальная морена обеспечивает четкую запись самой дальней точки, достигнутой ледником во время определенного климатического события, такого как Малый ледниковый период или ледниковый максимум плейстоцена.]Рецессионные морены похожи, но образуются во время временных остановок или незначительных изменений во время общей фазы отступления ледника, регистрируя импульс колебания ледового поля.

Наземная морена относится к более обширному, мягко волнообразному листу до тех пор, пока он не отложится под ледником или не выйдет изо льда, когда он застаивается.В отличие от острых гребней боковых или терминальных морен, наземная морена создает сглаженный ландшафт, который может покрывать большие площади, такие как сельскохозяйственные равнины американского Среднего Запада и северной Европы.

Морейнс — климатический архив

Морейны являются одними из самых ценных наземных записей о прошлых изменениях климата. Путем датирования хребтов морен с использованием таких методов, как , датирование воздействия космогенного нуклида (измерение бериллия-10 или алюминия-26 в поверхностных породах) или лихенометрия, ученые могут реконструировать сроки и степень прошлых достижений ледников. Эти хронологии обеспечивают независимые ограничения на температуру и изменения осадков в течение тысячелетий.

Во многих горных хребтах последовательности морен фиксируют множественные ледниковые достижения во время плейстоценовой эпохи, часто коррелирующие с морскими кислородно-изотопными стадиями. Совсем недавно морены, отложенные в течение Малого ледникового периода (примерно 1300-1850 гг. н.э.), видны перед большинством альпийских ледников во всем мире, предлагая рекорд высокого разрешения доиндустриальной изменчивости климата. Сравнение позиций этих морен с текущим ледниковым периодиним позволяет исследователям количественно оценить величину потепления двадцатого и двадцать первого века.

Геологическая служба США ведет детальное картирование и описание моренных систем в национальных парках и оледенелых регионах, предлагая доступную информацию для тех, кто интересуется ледниками и моренами.

Морейн Опасности и инженерные последствия

Морейны представляют собой не только научные архивы, но и практические опасности, особенно в горных районах. Терминальные и боковые морены могут затапливать воду, создавая ледниковые озера, которые застревают за нестабильным ледяным или плохо консолидированным отложением. Когда эти плотины морены терпят неудачу, они могут выпустить катастрофические ледниковые наводнения (GLOFs), которые разрушают долины ниже по течению. Эта опасность особенно остра в Гималаях, Андах и Альпах, когда ледники отступают и озера расширяются.

Морейнские месторождения также влияют на планирование инфраструктуры. Дороги, мосты и здания, построенные на морейской местности, должны учитывать плохо отсортированную, часто сжимаемую природу дождевой кладки. В некоторых случаях морейнские отложения обеспечивают ценные совокупные ресурсы для строительства, но переменный размер зерна и отсутствие стратификации требуют тщательной обработки для получения согласованных материалов.

Айсберги: лед в движении в океане

Кальвирование и переход от ледяного щита к айсбергу

Айсберги представляют собой большие массы пресноводного льда, отколовшиеся (отколовшиеся) от конечной поверхности ледника или от шельфового ледника. Процесс откалывания является основным механизмом, с помощью которого ледяные щиты в Гренландии и Антарктиде теряют массу, составляя примерно половину общего сброса льда из этих регионов. Каление происходит, когда растягивающие напряжения на ледовом фронте превышают трещиностойкость льда, состояние, на которое влияют глубина воды, приливная изгиб, океанические течения и наличие ранее существовавших трещин.

Размер айсберга зависит от толщины родительского ледника или шельфового ледника и размеров отела фронта.Большие табличные айсберги из Антарктиды могут превышать 500 километров в длину, сопоставимые с размерами малых народов.В отличие от них айсберги из выходных ледников Гренландии, как правило, меньше и более нерегулярны по форме, что отражает различные паттерны переломов и фронтальную геометрию приливно-водных ледников.

Классификация и морфология

Международный ледовый патруль и Всемирная метеорологическая организация классифицируют айсберги в основном по размеру. Растители имеют ширину менее 5 метров и простираются менее чем на 1 метр над поверхностью моря, что затрудняет их обнаружение радаром. Бергиевые биты варьируются от 5 до 15 метров в поперечнике. Малые айсберги имеют ширину от 15 до 60 метров, средний от 60 до 120 метров, крупный от 120 до 200 метров, и очень большие айсберги превышают 200 метров в поперечнике.

Форма также обеспечивает важный критерий классификации.Табульные айсберги имеют плоские вершины и крутые вертикальные стороны, характерные для льда, который откалывается от шельфовых ледников.Нетабулярные айсберги включают куполообразные, наклонные, усеянные и блочные формы, которые более типичны для откалывания ледников приливной воды.Распределение форм в данной области может указывать на доминирующий источник откалывания и океанографические условия, влияющие на айсберг после откалывания.

Физические свойства и океанографическая роль

Наиболее известным свойством айсбергов является то, что только около 10-15 процентов их массы видны над ватерлинией, что является следствием контраста плотности между льдом (приблизительно 917 кг / м3) и морской водой (приблизительно 1025 кг / м3). Этот подводный массив означает, что айсберги простираются глубоко в водную колонну, часто прочесывая морское дно на мелководье и нарушая бентические экосистемы.

Айсберги играют значительную роль в циркуляции океана и биогеохимии. По мере дрейфа и таяния они выпускают холодную пресную воду в окружающий океан, изменяя структуру местной плотности и влияя на вертикальное смешивание. В Южном океане талая вода из антарктических айсбергов способствует образованию Антарктической низменной воды, плотной водной массы, которая управляет глобальной термохалинной циркуляцией. Кроме того, айсберги несут наземные минералы и питательные вещества, которые удобряют рост фитопланктона в других ограниченных железом водах, повышая первичную продуктивность и сокращение углерода.

Мониторинг распределения и дрейфа айсбергов имеет решающее значение для безопасности судоходства, особенно в Северной Атлантике, где айсберги, отколовшиеся от западного побережья Гренландии, переносятся на юг Лабрадорским течением в трансатлантические судоходные пути. Международный ледовый патруль был создан в 1914 году после потопления Титаника и с тех пор предоставил морякам предупреждения об опасности льда, используя комбинацию данных разведки самолетов, спутникового радара и дрейфующих буев. Обсерватория Земли НАСА регулярно публикует спутниковые снимки крупных событий откалывания айсберга и траекторий дрейфа.

Айсберги в потеплении климата

Изменение климата изменяет темпы и характер откалывания айсбергов. В обоих полярных регионах потепление температуры воздуха и океана ускорило поток и истончение отводных ледников, что привело к увеличению частоты откалывания и производству более многочисленных и меньших айсбергов. В Гренландии отступление отливных ледниковых терминов в более глубокие фьорды усилило откалывание, способствуя удвоению потерь массы ледяного щита за последние два десятилетия.

В Антарктиде обрушение участков шельфового ледника & #8212; таких как ледниковый шельф Ларсена B в 2002 году и более недавнее отеление мега-айсбергов с шельфовых ледников Брунта и Эмери & #8212; вызвало обеспокоенность по поводу долгосрочной стабильности Западно-Антарктического ледяного щита. Потеря подкрепляющих шельфовых ледников позволяет внутренним ледникам ускорить свой поток в океан, процесс, который может способствовать повышению уровня моря на несколько метров в течение следующих веков.

Однако сами айсберги не являются непосредственным фактором повышения уровня моря при отеке, поскольку они уже плавают. Вклад уровня моря происходит от увеличения сброса льда из заземленной части ледяного щита, который впадает в океан, чтобы заменить потерянную массу айсберга. Понимание этого различия важно для интерпретации сообщений о событиях отела айсберга в контексте глобальных бюджетов уровня моря.

Взаимосвязи между ледниковыми формами суши

Кревасы, морены и айсберги не являются изолированными явлениями, а связаны процессами ледового потока, перелома, переноса мусора и потери массы. Кревасы обеспечивают трещины, которые позволяют мусору проникать в ледниковую систему, которая позже появляется в виде моренного материала на поверхности льда или на краю. Кревасы также предусловливают ледяной фронт для отела, поскольку пересекающиеся трещинные наборы очерчивают блоки, которые становятся айсбергами. Морейны, в свою очередь, влияют на стабильность приливно-водяного ледника и образование проледниковых озер, которые могут ускорить отечность.

Эти связи означают, что изменения в одном компоненте распространяются через систему. Например, вызванное потеплением увеличение таяния поверхности может заполнять трещины водой, приводя к гидроразрыву, который углубляет и распространяет трещины, что затем усиливает транспортировку морских остатков и восприимчивость к отеку. Аналогичным образом, отступление ледника от терминальной морены может дестабилизировать морскую плотину, увеличивая риск ГЛОФ, которые могут катастрофически изменить ландшафт.

Программа Арктической Глациологии Национального научного фонда (FLT:0) поддерживает исследования, которые интегрируют эти процессы рельефа для построения всеобъемлющих моделей эволюции ледников и ледниковых листов.

Вывод: ледниковые формы как индикаторы изменения окружающей среды

Изучение расщелин, морен и айсбергов открывает окно в динамическое поведение ледников и ледяных щитов в масштабе времени от дней до тысячелетий. Кревасы раскрывают мгновенное стрессовое состояние протекающего льда и модулируют гидрологические пути, контролирующие скорость льда. Морейны сохраняют геоморфическую запись о протяженности ледников и истории климата, которую можно прочитать задолго после исчезновения льда. Айсберги переносят лед с суши в океан, влияя на морские экосистемы, циркуляцию океана и повышение уровня моря.

По мере того, как планета нагревается и ледники отступают во всем мире, характеристики, описанные в этой статье, быстро меняются. Новые поля трещин открываются в ранее стабильном льду, морены наводняются наступающими озерами, а темпы отела ускоряются как в Гренландии, так и в Антарктиде. Мониторинг этих рельефов обеспечивает некоторые из самых четких доказательств скорости и воздействия изменения климата в криосфере.

Для профессионалов и студентов, стремящихся углубить свое понимание ледниковых систем, ресурсы таких организаций, как Международное гляциологическое общество , предлагают рецензируемые исследования, полевые руководства и учебные материалы, которые охватывают эти формы рельефа более подробно. Благодаря интеграции полевых наблюдений, дистанционного зондирования и численного моделирования гляциологическое сообщество продолжает совершенствовать наше понимание того, как эти уникальные формы рельефа регистрируют и реагируют на меняющийся мир.