Ледниковая геоморфология охватывает изучение рельефов и ландшафтов, измененных действием ледникового льда. За последние 2,6 миллиона лет четвертичный период, повторяющиеся циклы оледенения и оледенения коренным образом изменили поверхность Земли, особенно на больших участках Северной Америки, Европы и Азии. Огромный вес и медленное, измельчение движения ледников и долинных ледников спланировали вниз горные хребты, раскопали глубокие бассейны и оставили после себя сложную осадочную запись. Понимание этой системы заключается не только в чтении геологического прошлого; она обеспечивает необходимую основу для прогнозирования ландшафтных реакций на современное изменение климата, включая темпы повышения уровня моря и стабильность современных горных склонов.

Ледниковая система

Ледники — динамические системы, поведение которых определяется климатом, топографией, их внутренними тепловыми и механическими свойствами. Они не являются однородными телами льда. Вместо этого они содержат отдельные зоны накопления и абляции, и их поток варьируется от медленного внутреннего ползучего до быстрого подъема.

Массовый баланс и динамика ледника

Здоровье ледника определяется его массовым балансом, чистой разницей между накоплением (снегопад, повторное замораживание талой воды) и абляцией (плавление, сублимация, отечность). В зоне накопления, как правило, на более высоких высотах, снег сохраняется круглый год и сжимается в пряжу и в конечном итоге ледниковый лед. Этот плотный лед затем течет под действием силы тяжести вниз по склону в зону абляции, где температура теплее и лед теряется. Ледник продвигается, когда накопление превышает абляцию в течение длительного периода; он отступает, когда доминирует абляция. Этот баланс является чувствительным показателем климата, что делает ледники одним из наиболее заметных показателей глобального потепления. Национальный центр данных о снеге и льде предоставляет важные данные о глобальных тенденциях баланса массы ледника.

Механика ледовых потоков

Лед проходит через два первичных механизма: внутренняя деформация и базальное скольжение. Внутренняя деформация включает в себя ползучесть кристаллов льда под давлением, процесс, который становится доминирующим в ледниках на холодном основании, где лед замерзает до подложки. Напротив, теплые или умеренные ледники, которые находятся в точке плавления по всей своей толщине, скользят по своим слоям. Это скольжение смазывается тонкой пленкой талой воды. Это различие имеет решающее значение в геоморфологии, потому что скольжение приводит к подледниковой эрозии и деформации осадка. Подъемные ледники, которые периодически подвергаются быстрым продвижениям, представляют собой крайний конец изменчивости потока и могут радикально изменить проледниковые ландшафты в короткие периоды.

Термальные режимы

Термальный режим ледника глубоко влияет на его эрозионную способность. Политемные ледники, которые имеют холодный запас, но теплый внутренний слой, демонстрируют сложные образцы эрозии и осаждения. Ледники на холодном основании, замороженные до их ложа, в значительной степени защищают, сохраняя древние ландшафты под ними. Теплые ледники, однако, являются очень эрозивными. Переход между этими термальными состояниями в ответ на изменение климата может переключить ледник с защитника ландшафта на эффективный эродер, явление, наблюдаемое в быстро нагревающихся регионах Антарктического полуострова.

Процессы ледниковой эрозии

Ледниковая эрозия действует через набор взаимосвязанных процессов, которые гораздо эффективнее, чем флювиальное или эоловое действие в конкретных климатических условиях. Первичными механизмами являются истирание, карьерирование (также называемое выщипыванием) и эрозия подледниковой талой водой. Эффективность этих процессов напрямую связана с базальной скоростью скольжения, эффективным давлением в постели и твердостью породы.

Стирание и торможение породы

Когда ледник скользит по его ложу, фрагменты горных пород, встроенные в базальный лед, действуют как грубая наждачная бумага. Этот процесс, известный как истирание, измельчает породу, производя диагностические функции, такие как полосы, канавки и ледниковый польский. Стриации - это тонкие царапины, которые указывают направление потока льда. В более крупном масштабе, roches moutonnées - асимметричные удары породы, созданные комбинацией истирания на стебле (вверху льда) стороне и карьерирование на лие (внизу льда) стороне. Мелкоземельная каменная мука, производимая истиранием, является основным компонентом глациофлювиального осадка и придает ледниковым талым потокам их характерный молочно-голубой или серый цвет.

Карьера и трещина

Карьеринг — это механический процесс, при котором ледник вырывает блоки породы из кровати. Для этого необходимо, чтобы коренная порода была сломана, либо уже существующими суставами, либо стрессовыми переломами, вызванными весом и движением льда. Мелтуотер играет ключевую роль, проникая в эти трещины, замораживая и расширяясь за счет действия замораживания-оттаивания, ослабляя скалу. Слияние льда с поверхностью породы в сочетании с сопротивлением протекающего льда вытягивает эти блоки. Карьеринг наиболее эффективен в твердых, кристаллических породах, таких как гранит и гнейс, где он создает ступенчатую, скалистую топографию, распространенную в альпийских условиях.

Подледниковая эрозия талой воды

Мельтвотер у основания ледника является мощным агентом эрозии и транспорта. Вода течет под высоким давлением через системы водоводов, такие как каналы Най (разрезанные в коренную породу) и каналы Ротлисбергера (разрезанные вверх в лед). Эта турбулентная вода может нести большие объемы осадка, вырезая глубокие, узкие ущелья, известные как туннельные долины. Эти подледные талые каналы часто сохраняются как сложные сети после оледенения, обеспечивая понимание гидравлических условий под бывшими ледяными щитами.

Ледниковые депозиционные формы суши

Осадок, транспортируемый ледниками, в конечном счете откладывается, создавая набор отличительных рельефов. Эти отложения широко классифицируются как до (осадок, отложенный непосредственно льдом) и осадок гляциофлювиального типа (депонированный талыми потоками воды). Пространственное расположение этих отложений записывает историю ледникового продвижения, застоя и отступления.

Прямое расположение: Тилл и Морейнс

До тех пор, пока не будет плохо отсортирована глина, ил, песок, гравий и валуны. Лоджмент до тех пор, пока не будет оштукатурен на ложе под движущимся ледником, в результате чего образуется плотный, уплотненный осадок. Абляция до тех пор, пока ледник не скапливается, образуя рыхлый, нестабильный покров. Морейны - это хребты, накопленные до тех пор, пока не отметят бывшие ледовые поля. Терминальные морены представляют собой самое дальнее продвижение ледника, в то время как рецессионные морены отмечают паузы или повторные продвижения во время общего отступления. Большие конечные моренные системы региона Великих озер в Северной Америке, отложенные Лаврентийским ледяным щитом, являются классическими примерами этих особенностей.

Подледниковые формы

Под быстротекущими ледяными потоками подледниковые отложения могут быть сформированы в обтекаемые формы. Драмлины являются наиболее широко признанными из этих особенностей. Они представляют собой вытянутые, каплевидные холмы, которые более крутые на верхнем ледяном конце и более сужающиеся на нижнем льду. Их точное образование все еще обсуждается, но считается, что они образуются на границе ледяного дна через комбинацию эрозии и осаждения, связанные с вариациями в базальном скольжении и деформации осадка. Мегамасштабные ледниковые линии (MSGL) являются еще более крупными, высоко вытянутыми формами, которые являются диагностикой прежней активности ледяного потока. Эти формы рельефа необходимы для реконструкции структур потока палеоледяных листов.

Сброс талой воды: эскизы и Outwash

Шахты извилистые, извилистые хребты, состоящие из отсортированного песка и гравия. Они осаждены потоками, текущими внутри или под застойным или медленно отступающим льдом. По мере таяния льда, канальное месторождение опускается на ландшафт, сохраняя путь древней реки. Шахты являются жизненно важными подземными водоносными горизонтами во многих ранее оледеневших регионах. За пределами ледяного поля талые потоки осаждают осадочные породы в широких, оплетенных вымытых равнинах, называемых сандар. Эти равнины демонстрируют классическую последовательность фининга вверх, с более грубыми осадками, осажденными вблизи ледяного поля, и более мелкие пески и илы, переносимые дальше вниз по течению.

Лакустриновые среды

Ледниковые озера являются общими чертами в оледенелых ландшафтах. Они образуются в углублениях, прочесанных льдом или застывших за моренами. Тонкие отложения, которые оседают в этих озерах, производят лаки, которые являются годовыми слоями осадка, состоящего из грубого летнего илового слоя и тонкого зимнего глинистого слоя. Варвы бесценны для палеоклиматической реконструкции, потому что они обеспечивают точный, годовой отчет о сбросе ледниковых талых вод. Ледяные обломки или дропстоуны, найденные в этих озерных отложениях, регистрируют присутствие айсбергов. Антарктические ледники обеспечивают отличные ресурсы на этих процессах осаждения.

Эрозионные пейзажи

Наиболее драматичными и узнаваемыми ледниковыми ландшафтами являются эрозионные. Эти особенности, вырезанные в скале, обеспечивают запись высокого разрешения эрозионной силы льда. Альпийские и континентальные оледенения производят различные, но перекрывающиеся наборы рельефов.

Альпийские формы рельефа: цирки, араты и рога

Ледники долины берут начало в чашеобразных впадинах, называемых цирками. Цирки образуются при вращательном скользящем и интенсивном морозо-оттепельном выветривании на головной стенке. Маттерхорн — классический пример ледникового рога, пирамидообразного пика, созданного там, где три или более цирка размыты обратно в один и тот же горный блок. Острые, острые хребты, разделяющие соседние цирки, называются арятами. Эти рельефы являются отличительными чертами альпийского оледенения и встречаются в горных хребтах по всему миру, от Гималаев до Анд и Европейских Альп.

Оледенение долины: U-образные долины и фьорды

Ледники резко преобразуют существовавшие до этого речные долины. Узкая, V-образная речная долина расширяется, углубляется и выпрямляется ледниковой эрозией, в результате чего образуется широкая, крутая U-образная долина. Дно U-образной долины часто удивительно плоское, покрытое дольками или глациофлювиальными отложениями. Висячие долины — это притоковые долины, которые входят в основную U-образную долину на более высоком возвышении, часто создавая эффектные водопады. Когда U-образная долина затопляется морем, она становится фьордом. Фьорды — одна из самых глубоких прибрежных черт на Земле, часто простирающаяся на сотни метров ниже уровня моря. Например, Согнефьорд в Норвегии достигает глубин более 1300 метров. Геоморфология фьордов обеспечивает подробную историю повторяющихся четвертичных оледенений.

Глазная геоморфология в науке о климате

Ледниковая геоморфология является краеугольным камнем четвертичной науки.Лесные формы и отложения, оставленные прошлыми ледяными щитами, являются основным архивом для понимания того, как климатическая система Земли работает в масштабе от столетия до тысячелетия.

Палео-Глациология и реконструкция ледникового щита

Распределение морен, барабанных перемычек и каналов талой воды позволяет ученым реконструировать масштабы, толщину и структуру потока бывших ледяных щитов. Космогенное нуклидное датирование открытых поверхностей породы может определить сроки оледенения, обеспечивая точные хронологии отступления ледяного покрова. Эти реконструкции необходимы для калибровки численных моделей ледяного покрова, используемых для прогнозирования будущего поведения ледяных щитов Гренландии и Антарктики. Понимание того, как ледяной щит Лорантида рухнул в конце последнего ледникового периода, дает ключевое представление о потенциальных будущих сценариях повышения уровня моря.

Ледниковая изостатическая коррекция и уровень моря

Огромный вес континентальных ледяных щитов втягивает литосферу Земли в мантию. Этот процесс ледниковой изостатической корректировки продолжается еще долго после таяния льда. Например, регион Гудзонова залива Канады все еще восстанавливается после удаления Лаврентийского ледяного щита. Это продолжающееся движение коры значительно влияет на относительный подъем уровня моря в разных частях мира. Геоморфологическая карта подняла пляжи и палео-береговые линии для измерения этого отскока, предоставляя данные, которые имеют решающее значение для понимания отпечатков пальцев уровня моря и для планирования побережья. Специальный доклад МГЭИК по океану и криосфере [FLT: 1] подчеркивает важность этих процессов.

Параглазные пейзажи и опасности

По мере отступления ледников они оставляют после себя крайне неустойчивые ландшафты. Этот «параглазный» период характеризуется высокими темпами массового истощения, в том числе оползней, обломков и провалов склонов. Удаление ледяной поддержки со стороны долин может вызвать катастрофические лавинные породы. Ледниковые озера, заглушенные нестабильными моренами, представляют значительную опасность через ледниковые наводнения (GLOFs). Геоморфное картирование в высокогорных средах имеет важное значение для оценки этих рисков, поскольку быстрое отступление альпийских ледников в потеплении мира открывает новую и часто нестабильную местность. Частота GLOFs в таких регионах, как Гималаи и Анды, увеличилась, что делает параглазную геоморфологию непосредственно прикладной наукой об опасности.

Заключение

Ледниковая геоморфология обеспечивает всестороннее понимание мощных сил, которые сформировали многие из самых знаковых ландшафтов мира. От полированной основы Канадского щита до глубоких фьордов Норвегии, свидетельство ледникового действия является свидетельством динамичной истории климата планеты. Поле далеко от чисто исторического. Он играет важную роль в современной климатической науке, информируя модели поведения ледникового покрова, повышения уровня моря и стабильности ландшафта. Поскольку глобальные температуры продолжают расти и ледники отступают во всем мире, принципы ледниковой геоморфологии более актуальны, чем когда-либо, предлагая понимание опасностей и экологических изменений, которые будут определять будущее высокоширотных и высотных регионов. Изучение этих процессов имеет основополагающее значение для прогнозирования того, как поверхность нашей планеты будет продолжать развиваться под давлением меняющегося климата.