Table of Contents
От возвышающихся вершин Гималаев до бескрайних, безмолвных просторов Антарктиды ледники являются одними из самых мощных и загадочных объектов на Земле. Далеко не статические памятники, а динамичные реки льда, которые формировали поверхность планеты и регулировали ее климат на протяжении миллионов лет. По мере нагревания планеты эти замороженные водные архивы стремительно трансформируются. В этой статье представлен авторитетный взгляд на науку о ледниках, их глобальное значение и неотложные проблемы, с которыми они сталкиваются.
Что такое ледник? - Замороженный гигант
Ледник — это стойкое тело плотного льда, которое постоянно движется под собственным весом. Он образуется там, где накопление снега превышает его абляцию (плавление и сублимация) в течение многих лет, часто столетий. Чтобы классифицироваться как ледник, лед должен быть достаточно толстым, чтобы деформироваться и течь под собственным огромным давлением. Они встречаются на каждом континенте, с самыми большими концентрациями в Антарктиде, Гренландии и высокогорных горных хребтах, таких как Антарктида, Гималаи, Скалистые горы и Альпы. Национальный центр данных о снеге и льде поддерживает обширные записи о распределении и здоровье этих ледяных масс во всем мире.
От снежинки до ледникового льда
Преобразование начинается с метаморфозы снега в пряжу, а затем в сплошной ледниковый лед. Когда снег скапливается год за годом, вес накладных слоев сжимает нижние слои. Нежные, пушистые снежинки раздавливаются, а воздух частично вытесняется. Этот процесс заставляет кристаллы снега перекристаллизоваться в плотную, гранулированную пряжу. За десятилетия до столетий дальнейшее уплотнение и перекристаллизация превращают пряжу в твердый, безпузырчатый лед. Этот плотный, синий лед является характерным материалом ледника. Чем глубже лед, тем он старше, сохраняя непрерывный рекорд снегопада и атмосферных условий, простирающихся на тысячи или даже сотни тысяч лет.
Массовый баланс: накопление против абляции
Здоровье ледника определяется его массовым балансом, который является чистой разницей между накоплением (снегопад) и абляцией (плавление, сублимация и отечность). Высота равновесной линии (ELA) является границей на леднике, где сетевое накопление равняется чистой абляции. Ниже ELA поверхность ледника тает больше, чем он получает; над ней ледник получает больше снега, чем тает. В стабильном климате ледник находится в равновесии. В мире потепления равновесная линия сдвигается выше, зона накопления уменьшается, зона абляции расширяется, и ледник должен отступить, чтобы найти новый баланс. Это отступление является одним из наиболее заметных признаков изменения климата на планете.
Удивительная динамика ледникового потока
Ледниковое движение происходит через два первичных механизма: внутренняя деформация (пластический поток) и базальный скольжение. Внутренняя деформация происходит под огромным давлением. Кристаллы льда внутри ледника медленно проскальзывают друг мимо друга, позволяя леднику течь как очень вязкая жидкость, изгибаясь и искривляясь вокруг препятствий. Базальный скольжение происходит, когда основание ледника находится в точке таяния давления, создавая тонкий слой воды, который смазывает ледник, позволяя ему быстро сползать вниз. Скорость ледника может сильно варьироваться, от нескольких сантиметров в день в холодных, стабильных ледниках до десятков метров в день в теплых, быстро движущихся ледяных потоках.
Поведение ледника в подъёме
Некоторые ледники демонстрируют циклическую модель поведения, известную как «подъём». Подъёмный ледник будет испытывать длительные периоды застоя или очень медленного движения, за которым последует короткий период чрезвычайно быстрого течения, иногда перемещаясь на сотни или даже тысячи метров за один год. Причины подъёма сложны, включающие нарастание подледникового давления воды до тех пор, пока оно не вызовет катастрофический выброс, позволяющий леднику быстро двигаться вперёд. Эти события резко меняют ландшафт и создают значительные опасности.
Почему ледники имеют значение: Архив замороженной воды
Ледники — это не просто лед, они являются фундаментальным компонентом системы Земли, они служат массивными резервуарами пресной воды, точными архивами прошлых климатов и мощными архитекторами ландшафтов, понимание этих ролей необходимо для оценки ставок их быстрого преобразования.
Жизненно важное пресноводное водохранилище
Ледники хранят около 68% мировой пресной воды. Этот массивный водоем является критическим источником воды для миллиардов людей. В теплые, сухие летние месяцы ледниковая талая вода питает реки и перезаряжает подземные воды, обеспечивая устойчивое снабжение водой сельского хозяйства, питья и гидроэнергетики. Это особенно важно в засушливых и полузасушливых регионах, таких как Центральная Азия, Анды и западные Соединенные Штаты. «Третий полюс» Высокогорной Азии, включающий Гималаи, Каракорум и Тибетское плато, питает крупные реки, такие как Инд, Ганга, Янцзы и Желтая река, поддерживая средства к существованию более миллиарда человек. Поскольку эти ледники отступают, долгосрочная безопасность этого водоснабжения находится под угрозой.
Оригинальное название: Deep Time: Unlocking Climate History
Ледяные ядра — это естественные временные капсулы, которые обеспечивают прямую запись прошлого земной атмосферы и климата в высоком разрешении. Пробурив глубоко в ледяные щиты и извлекая длинные цилиндры льда, ученые могут анализировать захваченные пузырьки воздуха, химические изотопы и слои вулканического пепла. Соотношение изотопов кислорода (δ18O) во льду говорит нам о прошлых температурах. Концентрация парниковых газов, таких как углекислый газ (CO2) и метан (CH4) в воздушных пузырьках, говорит нам о составе прошлых атмосфер. Как объясняет NOAA Climate.gov, ледяные ядра выявили тесно связанную связь между CO2 и глобальной температурой за последние 800 000 лет. Самые длинные непрерывные записи ледяного ядра, из проекта EPICA Dome C в Антарктиде, показывают, что текущие уровни CO2 и скорость их увеличения беспрецедентны во всем этом контексте. Ученые сейчас ищут еще более старые лед, возрастом до 1,5 миллионов лет, чтобы понять значительный сдвиг в ледниково-межледниковых циклах Земли.
Мастер-скульпторы пейзажей
Ледники являются непревзойденными агентами эрозии и осаждения, оставляя отличительные признаки на ландшафте долго после того, как они отступили. По мере того, как они текут, они вырывают камни из дна и стен долины и используют эти камни, как наждачная бумага, чтобы истирать коренную породу. Эта мощная эрозия создает классические рельефы, такие как U-образные долины, висящие долины, цирки, ареты и острые пики рога, такие как знаменитый Маттерхорн. Фьорды - просто U-образные долины, которые были затоплены морем. Когда ледники тают и отступают, они оставляют груды каменных обломков, называемых моренами (терминальные, боковые, медиальные), а также такие особенности, как барабанные валуны, эскизы и неустойчивые валуны, которые отличаются от местной породы. Эти особенности позволяют геологам реконструировать протяженность и историю прошлых ледниковых периодов.
Ледники в потеплении мира: Ускоряющийся кризис
Глобальное отступление ледников является одним из наиболее убедительных и видимых доказательств антропогенного изменения климата. Всемирная служба мониторинга ледников сообщает, что ледники теряют массу с ускорением в течение десятилетий, тенденция, которая, по прогнозам, будет продолжаться в течение 21-го века. Эта трансформация имеет глубокие последствия для глобального уровня моря, региональных водных ресурсов и стабильности экосистем.
Ускорение потери массы и повышение уровня моря
Гренландский и антарктический ледяные щиты теряют массу с ускоряющейся скоростью, движимые более теплыми океанскими водами и атмосферными температурами.В Специальном докладе МГЭИК об океане и криосфере в меняющемся климате (SROCC) сделан вывод, что потеря массы ледяного щита является основным фактором повышения уровня моря, наряду с тепловым расширением океана. Потеря отражающего льда создает опасную положительную петлю обратной связи, известную как эффект альбедо: по мере таяния льда он подвергает более темную землю или океанические поверхности, которые поглощают больше солнечной радиации, что приводит к дальнейшему потеплению и большему таянию. Ледник Туэйтса в Западной Антарктиде, часто называемый «ледником Судного дня», вызывает особую озабоченность, поскольку его коллапс может дестабилизировать большую часть Западно-Антарктического ледника, повышая уровень моря на несколько метров на протяжении веков спутниковые измерения НАСА обеспечивают непрерывный, подробный отчет об этих тревожных тенденциях.
Геополитические и экологические риски
По мере сокращения ледников сезонная доставка воды меняется. Многие регионы изначально испытывают «пик воды» — кратковременное увеличение стока талой воды по мере разрежения ледника — за которым следует долгосрочное, необратимое снижение по мере уменьшения массы ледника. Это создает серьезные риски для сельского хозяйства, гидроэнергетики и муниципальных водных ресурсов в таких регионах, как Анды, Высокогорная Азия и Западные Соединенные Штаты. Потеря ледников также угрожает уникальным экосистемам, от систем рек с холодной водой вниз по течению до специализированных форм жизни, живущих на самом льду и внутри него.
Десять малоизвестных фактов о льду в мире
Помимо основ формирования и важности климата, мир ледников содержит множество научных сюрпризов и увлекательных деталей, которые иллюстрируют их сложную природу.
- Наука ледникового синего:] Плотный ледниковый лед выглядит интенсивно синим, потому что он поглощает более длинные длины волн света (красный, желтый, зеленый) и рассеивает более короткие длины волн (синий). Напротив, белый лед полон воздушных пузырьков, которые одинаково рассеивают все длины волн света, делая его белым. Чем старше и плотнее лед, тем интенсивнее синий цвет.
- Глациальные землетрясения:] Крупные события откалывания айсбергов, особенно от ледников, разрушающих морскую среду Гренландии, генерируют мощные сейсмические сигналы, которые могут быть обнаружены сейсмометрами по всему миру.Эти «ледниковые землетрясения» могут быть размером до 5,0 баллов и предоставляют ученым удаленный способ мониторинга потери льда.
- Жизнь в глубокой заморозке:] Уникальные экосистемы существуют в подледниковых озерах, таких как озеро Восток в Антарктиде, которое было запечатано под 4 километрами льда в течение миллионов лет. Эти темные среды высокого давления содержат микробную жизнь, которая выживает на химической энергии от взаимодействия горных пород, полностью независимую от энергии солнца.
- Криоконитовые дыры и микроклиматы:] Темная, ветровая пыль (криоконит) накапливается на поверхности ледника. Поскольку она темнее окружающего льда, она поглощает больше солнечного излучения и тает глубоко, цилиндрические дыры в ледяную поверхность. Эти дыры являются микрорайонами, которые содержат воду, питательные вещества и процветающие сообщества бактерий, водорослей и даже крошечных беспозвоночных.
- Самый старый ледовый квест:] Ученые в настоящее время занимаются международными буровыми проектами по поиску льда в Антарктиде, возраст которого составляет не менее 1,5 млн лет. Этот древний лед является ключом к пониманию главного события в истории климата Земли: перехода от 41 000-летнего ледниково-межледникового цикла к текущему 100 000-летнему циклу, который произошел около миллиона лет назад.
- Постледниковый отскок:] Массивный вес ледяных щитов в течение последнего ледникового периода вдавил земную кору. Когда лед растаял, кора начала медленный процесс отскока вверх, который продолжается и сегодня. Канада и Скандинавия по-прежнему поднимаются на сантиметр в год, процесс, который вызывает землетрясения вдоль древних линий разломов и изменяет относительные уровни моря.
- Чемпионы ледниковой скорости:] В то время как большинство альпийских ледников движутся медленно, Якобсхавн Исбрэ из Гренландии является одним из самых быстротечных ледников в мире. Летом он может двигаться со скоростью, превышающей 40 метров в день, сливая огромную часть Гренландского ледяного щита в океан.
- Связь метана:] Оттаивание вечной мерзлоты под и вокруг отступающих ледников может высвободить в атмосферу метан (CH4), мощный парниковый газ. Кроме того, древний органический материал, пойманный в ловушку льда, может быть разложен микробами, создавая пузырьки метана, которые замораживаются во льду и высвобождаются на конечной точке ледника, представляя собой потенциальную петлю обратной связи с климатом.
- Удобрение океанов: Ледниковая талая вода богата мелкой, измельченной каменной пылью, часто называемой ледниковой мукой. Эта пыль загружена необходимыми микроэлементами, такими как железо. Когда эта богатая железом талая вода течет в океан, она может стимулировать массовое цветение фитопланктона, особенно в регионах с ограниченным железом, таких как Южный океан и Аляскинский залив, который, в свою очередь, управляет биологическим углеродным насосом океана.
- Уровень моря, запертый во льду:] Антарктический ледяной щит содержит достаточно льда, чтобы поднять глобальный уровень моря примерно на 58 метров, если он полностью растаял. Гренландский ледяной щит держит еще 7 метров. Эта суровая цифра подчеркивает огромные масштабы этих ледяных тел и катастрофические последствия неконтролируемого глобального потепления.