Ледники в Северной Америке: исследование Аляски, Гренландии и канадских Скалистых гор

Великие льды Северной Америки: всесторонний взгляд на Аляску, Гренландию и канадские Скалистые горы

Ледники являются наиболее визуально поразительными индикаторами климатической динамики планеты. Эти медленно движущиеся реки льда, сформированные на протяжении веков из уплотненного снега, являются не реликтами далекого прошлого, а активными, развивающимися особенностями, которые формируют ландшафты, регулируют водоснабжение и влияют на глобальные уровни моря. В Северной Америке находятся три отдельных и глобально значимых ледниковых региона: обширные ледяные поля Аляски, ледяной щит континентального масштаба, покрывающий Гренландию, и альпийские ледники канадских Скалистых гор. В то время как каждый регион обладает уникальными характеристиками - от гигантов отела приливных вод юго-восточного побережья Аляски до высотных ледяных полей континентального деления - все сталкиваются с ускоряющимися изменениями по мере повышения глобальной температуры.

Понимание прошлого, настоящего и прогнозируемого будущего этих ледяных масс требует не просто признания отступления. Оно требует внимательного изучения механики ледового потока, конкретных климатических факторов, действующих в каждом регионе, и последствий для экосистем и человеческих сообществ. В этой статье приводится авторитетное исследование этих трех регионов, основанное на современных наблюдательных науках и полевых данных.

Аляска: царство ледников приливной воды и растущих ледяных полей

Аляска содержит примерно 100 000 ледников, покрывающих примерно 5 % общей площади суши штата. Эта концентрация льда представляет собой одну из крупнейших ледниковых систем на Земле за пределами полярных ледников. Ледники Аляски разнообразны по форме: ледники долины, доли пьемонта, цирковые ледники и ледники приливной воды, которые заканчиваются непосредственно в океане. Положение штата на пересечении морской влаги из Аляскинского залива и более холодного континентального интерьера создает идеальные условия для постоянного накопления снега на высоких высотах.

Парки и охраняемые территории: где лед доступен

Большинство доступных ледниковых льдов Аляски попадает в охраняемые национальные парки. Национальный парк Глейшер-Бей и заповедник на юго-востоке Аляски олицетворяет опыт ледников приливной воды. Ледники приливной воды, такие как ледник Марджери и ледник Джона Хопкинса, активно откалывают айсберги в залив, создавая динамичный интерфейс между льдом и морем. Эти ледники являются одними из самых быстротекущих в мире, с некоторыми наступающими или отступающими быстро в течение десятилетий. Система фьордов парка записывает естественный эксперимент в ледниковом отступление после Малого ледникового периода, с открытой местностью, показывающей быструю первичную последовательность пионерскими видами растений.

Национальный парк и заповедник Денали защищает обширные внутренние ледники, в том числе ледник Малдроу, который проявляет поведение всплесков — периодические, кратковременные импульсы быстрого продвижения. Ледники Денали, как правило, меньше, чем в прибрежных диапазонах, но они имеют решающее значение для поддержания потоков в речных системах Тананы и Суситки в летние месяцы. [FLT: 2] Национальный парк Врангел-Сент-Элиас и заповедник [FLT: 3], крупнейший национальный парк в Соединенных Штатах на площади более 13 миллионов акров, содержит ледник Набесна, самый длинный ледник долины в Северной Америке примерно на 85 милях. В парке также находится ледник Бэгли, крупнейшее неполярное ледяное поле на континенте, охватывающее почти 5000 квадратных миль.

Показатели отступления и массовых потерь

Рекорд наблюдений с Аляски однозначен: ледники штата теряют массу с ускоряющейся скоростью. Спутниковая гравиметрия миссии GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) и ее последующих миссий указывает на то, что ледники Аляски способствовали примерно 75 гигатоннам потери льда в год в период с 2013 по 2021 год. Этот показатель потери массы является одним из самых высоких среди всех ледниковых регионов на Земле за пределами Гренландии и Антарктиды.

Основные факторы включают потепление летних температур и, в прибрежных районах, изменение структуры осадков, которые обеспечивают меньше снега на более низких высотах. Тонкие ледники в прибрежных районах отступают вверх по долине, обнажая новые фьордные системы и изменяя сброс осадков в прибрежные морские среды. Ледники приливной воды, которые были относительно стабильными из-за их глубоководного терминина, все более дестабилизируются по мере повышения температуры океана и таяния подводных лодок. Отступление этих ледников имеет прямые последствия для морских экосистем, поскольку они обеспечивают холодную, богатую питательными веществами пресную воду, которая поддерживает цветение планктона и, впоследствии, популяции лосося и морских птиц.

Лед Аляски: сигнал глобального уровня моря

Аляскинский ледник имеет значение для глобального повышения уровня моря, потому что они расположены в морских средних широтах, где они особенно реагируют на скромные изменения температуры.[1] В то время как Гренландский ледяной щит держит основную часть глобального потенциала уровня моря в Северном полушарии, ледники Аляски тают в масштабе десятилетий, а не столетий. Текущие прогнозы предполагают, что Аляска может составлять примерно 10-15 процентов глобального вклада ледника в повышение уровня моря к 2100 году в сценариях средних выбросов. Это делает лед Аляски краткосрочным фактором в прибрежном планировании во всем мире, от Майами до Мумбаи.

Гренландия: второй ледяной покров в мире

Гренландия обладает второй по величине ледяной массой на Земле, охватывающей примерно 1,7 миллиона квадратных километров — площадь, примерно эквивалентная размеру Саудовской Аравии или Мексики. Ледяной щит достигает толщины, превышающей 3 километра в его центральном куполе, при этом общий объем составляет примерно 7,4 метра потенциального глобального повышения уровня моря, если он полностью растаял. В то время как Гренландия является политически частью Королевства Дания и географически в пределах Арктики, ее ледяной щит оказывает непропорциональное влияние на циркуляцию в Северной Атлантике, морские экосистемы и глобальный уровень моря.

Динамика ледяного покрова: поверхностные таяние и выход ледников

Ледяной покров Гренландии теряет массу через два первичных механизма: поверхностное таяние и стоки, и динамический разряд через выпускные ледники, которые заканчиваются фьордами.В балансе поверхностной массы преобладает летнее таяние в зоне абляции, где потемнение ледяной поверхности от пыли, водорослей и талой воды ускоряет поглощение солнечной радиации.Этот процесс, известный как петля обратной связи альбедо, означает, что участки ледяного покрова, которые начинают таять, имеют тенденцию таять более интенсивно с течением времени.

Наблюдения последних трех десятилетий показывают резкое увеличение площади и продолжительности таяния поверхности Гренландии. В июле 2012 года спутниковые данные зафиксировали рекордное событие таяния, которое затронуло почти всю поверхность ледяного покрова, включая районы высокогорья, ранее считавшиеся неуязвимыми для таяния. Летом 2023 года произошло еще одно значительное событие таяния, способствовавшее годовому массовому убытку, который превысил долгосрочный средний показатель с существенным отрывом.

Основные ледники: Якобсхавн, Гельхайм и Петерманн

Самые быстротекущие ледники Гренландии выступают в качестве каналов для сброса льда из внутренних районов в океан. Якобсхавн Исбре в западной Гренландии является одним из самых быстро движущихся ледников в мире, достигая скорости более 40 метров в день на своем конце. Он истощает примерно 7 процентов ледяного покрова и исторически был основным фактором повышения уровня моря. После периода быстрого отступления и ускорения в 2000-х годах Якобсхавн испытал кратковременное замедление в конце 2010-х годов из-за более прохладных океанских вод, но возобновил отступление в 2021 году, когда температура подповерхностного океана снова потеплела.

Гельхаймский ледник на восточном побережье и Глайсер Петерманна на северо-западе представляют собой дополнительные крупные дренажные системы.Гельхайм показал эпизодическое ускорение и поведение отела, связанное с океанским воздействием.Петерманн, который заканчивается плавающим ледяным языком, который охватывает примерно 70 километров, потерял значительную площадь льда, когда массивный айсберг откололся в августе 2010 года, за которым последовали дополнительные отела в последующие годы.Эти плавающие языки действуют как опорные пункты, которые замедляют внутренний ледовый поток; их потеря ускоряет сброс заземленного льда в океан.

Океанское принуждение: уязвимость под водой

Критическое понимание из недавних исследований заключается в том, что ледники Гренландии тают снизу потеплением океанских вод. Таяние подводных лодок вдоль линии заземления - зоны, где заземленный лед переходит в плавающий лед - ослабляет структурную целостность отводных ледников, позволяя им истончаться, ускоряться и отступать. Этот процесс, известный как отступление ледников, заканчивающихся морской средой, трудно моделировать и представляет собой ключевую неопределенность в прогнозах уровня моря. Потепление промежуточных атлантических водных масс, которые циркулируют в фьордах Гренландии, было напрямую связано с ускоренной потерей массы из ледяного покрова.

Последствия для Северной Атлантики и глобальных систем

Сброс пресной воды из тающего ледяного покрова Гренландии оказывает измеримое влияние на циркуляцию океана. Приток холодной пресной талой воды в Северную Атлантику может ослабить Атлантическую меридиональную циркуляцию (AMOC), которая является основным фактором изменения климата в Северном полушарии. Замедление AMOC будет иметь далеко идущие последствия, включая охлаждение Североатлантического региона, сдвиги на юг в тропических поясах осадков и аномалии уровня моря вдоль восточного побережья США. Таким образом, мониторинг баланса ледникового покрова Гренландии является не просто вопросом науки о ледниках, но глобальным океанографическим и климатическим императивом.

Канадские Скалистые горы: Альпийские ледники в континентальном климате

Протянувшись от северной Британской Колумбии и Альберты на юг в Монтану и Айдахо, Канадские Скалистые горы и прилегающие к ним хребты удерживают самый обширный ледяной покров в прилежащей системе Скалистых гор.В ледяном поле Колумбии, пролегающем по границе между Альбертой и Британской Колумбией, находится самое большое ледяное поле в Скалистых горах, покрывающее примерно 325 квадратных километров.В отличие от прибрежных ледников Аляски или ледяного покрова Гренландии, ледники Канадских Скалистых гор альпийские по масштабу, с высотами от примерно 1500 до 3500 метров над уровнем моря.

Ключевые ледники в Банфе, Джаспере и национальных парках Йохо

Ледник Колумбии питает восемь основных выходных ледников, включая ледник Атабаска, самый посещаемый ледник в Северной Америке. Ледник Атабаска доступен через Ледяной путь и отступает измеримо с середины 19-го века. Исторические измерения показывают, что он потерял примерно половину своего объема с конца Малого ледникового периода, с ускоренным отступлением в последние 30 лет. Ледник Саскачеван, самый большой выход ледника Колумбии, также истончился и отступил, изменив вклад потока в систему реки Саскачеван.

Ледяной ледник Пейто в Национальном парке Банф является одним из наиболее изученных альпийских ледников в мире.Долгосрочные рекорды баланса массы, поддерживаемые исследователями из Университета Британской Колумбии и Парков Канады, показывают последовательную отрицательную тенденцию с 1960-х годов. Ледник Пейто потерял примерно 70 процентов своего объема с конца 19-го века. Ледник Иллекиллевет в Национальном парке Глейшер Канады имеет аналогично богатый наблюдательный рекорд, с измерениями, датируемыми более чем столетием.

Гидрологическая роль: ледники как водонапорные башни

В канадских Скалистых горах ледники функционируют как естественные резервуары, которые хранят осадки в виде льда в холодные периоды и медленно выпускают его в теплое, сухое лето. Этот процесс имеет решающее значение для поддержания потоков потока в конце лета и начале осени, когда снежный покров предыдущей зимы в значительной степени растаял. Реки, которые происходят из Колумбии и других ледовых полей, включая реки Северный Саскачеван, Атабаска и Колумбия, обеспечивают воду для орошения, гидроэлектростанции и муниципального водоснабжения через провинции Прерий и на северо-запад Тихого океана.

По мере сокращения ледников эта буферная способность уменьшается. Первоначально увеличение талой воды от отступающих ледников может увеличить летние потоки — явление, известное как эффект «пиковой воды». Однако, как только объем льда снижается после порога, летние потоки начинают уменьшаться, что потенциально приводит к нехватке воды в засуху. Исследования смоделированной эволюции ледников в климатических сценариях предполагают, что многие ледники Скалистых гор пройдут этот пиковый порог воды в течение следующих 20-40 лет, после чего потоки летнего потока существенно уменьшатся.

Воздействие экосистемы на альпийский ледник

Отступление ледников в канадских Скалистых горах создает новую местность для экологической колонизации. Недавно обнажённая основа и до тех пор быстро колонизируются пионерскими микробными сообществами, за которыми следуют мхи, лишайники и сосудистые растения. Эта первичная последовательность создает динамическую мозаику возрастов экосистем вдоль долин. Потоки холодной воды, питаемые ледниковыми талыми водами, поддерживают уникальные сообщества беспозвоночных, включая специализированных каменщиков и мошек, адаптированных к мутным, почти замерзающим условиям. По мере того, как ледники сокращаются и температура потока повышается, эти чувствительные виды сталкиваются с потерей среды обитания и потенциальным истреблением.

Горные козлы, медведи гризли и росомахи в Скалистых горах полагаются на альпийские среды обитания, которые непосредственно формируются ледниковыми и снежными условиями. Отступление ледника уменьшает доступность прохладной, влажной рефугии во время летних тепловых событий. Кроме того, потеря ледникового льда уменьшает визуальный ландшафтный характер, который привлекает миллионы посетителей в горные парки каждый год, с последствиями для региональных туристических экономик, которые зависят от эстетической привлекательности знаковых ледяных вершин.

Сравнение трех регионов: водителей и общности

В то время как Аляска, Гренландия и Канадские Скалистые горы различаются по масштабу и обстановке, они имеют общие движущие силы изменений: повышение температуры атмосферы и океана, изменения в моделях накопления снега и петлях обратной связи, которые ускоряют потерю льда. Скорость изменения не однородна. Прибрежные ледники Аляски реагируют в первую очередь на изменения температуры океана и потепление атмосферы зимой и весной. На ледяной щит Гренландии влияют как обратные связи таяния поверхности, так и океан, вынуждающий к концу выходных ледников. Альпийские ледники канадских Скалистых гор в основном зависят от температуры, при этом летнее потепление вызывает устойчивое снижение совокупного баланса массы.

Ключевое различие заключается в сроках реакции. Ледниковый щит Гренландии, из-за его огромного объема и холодного интерьера, имеет время отклика, измеренное в веках к тысячелетиям. Однако его выходные ледники могут быстро изменяться в течение нескольких лет, как наблюдается в Якобсхавне. Ледники приливной воды Аляски могут продвигаться или отступать в течение десятилетий. Ледники Канадских Скалистых гор обычно меньше и реагируют в течение нескольких лет на десятилетие к изменяющимся климатическим условиям.

Вклад на уровне моря пересмотрен

Совокупный вклад этих трех регионов в глобальное повышение уровня моря является существенным. Только Гренландия составляет примерно 0,8-1,0 миллиметра повышения уровня моря в год, и эта скорость ускоряется. Ледники Аляски вносят примерно от 0,4 до 0,5 миллиметра в год. Вклад Канадских Скалистых гор значительно меньше в абсолютном выражении - примерно от 0,02 до 0,04 миллиметра в год - но все еще представляет собой значительный региональный гидрологический и экологический сигнал изменения. В совокупности три региона вносят примерно 1,3-1,6 миллиметра в год в глобальное повышение уровня моря, или около 30-40% от общего наблюдаемого глобального среднего повышения уровня моря за последние два десятилетия.

Мониторинг и исследовательские границы

Достижения в области спутниковых наблюдений произвели революцию в изучении ледников в этих регионах. Программа NASA/USGS Landsat обеспечивает четырехдесятилетний рекорд положения ледниковых оконечностей. Спутники Copernicus Sentinel Европейского космического агентства предлагают повторяющиеся изображения с высоким разрешением для картирования скорости льда и изменения высоты поверхности. Миссии ICESat и ICESat-2 обеспечивают лазерную альтиметрию, которая разрешает изменение высоты ледников с точностью до метра. Измерения in situ, включая баланс массы, автоматические метеостанции и записи с помощью датчиков потока, остаются необходимыми для калибровки и проверки этих продуктов дистанционного зондирования.

Новые научные рубежи включают изучение проледниковых микробных сообществ, биогеохимического потока питательных веществ от таяния льда в экосистемы нисходящего потока и взаимодействия между ледниковым отступлением и опасностью землетрясений в горных районах, где ледниковая разгрузка может дестабилизировать склоны. Ученые также изучают потенциал геоинженерных вмешательств для замедления отступления ледников, таких как местное затенение или искусственное производство снега, хотя они остаются весьма спекулятивными и сталкиваются с существенными техническими и этическими проблемами.

Вывод: будущее ледников Северной Америки

Ледники на Аляске, Гренландии и Канадских Скалистых горах не являются статическими особенностями ландшафта. Это динамические системы, которые интегрируют климатические сигналы и реагируют на измеримые изменения скорости потока, толщины и площади. Рекорд наблюдений ясен: все три региона теряют лед со скоростью, которая исторически беспрецедентна в современную эпоху. Эта потеря льда несет прямые последствия для глобального уровня моря, региональных водных ресурсов и горных экосистем.

Траектория этих ледников критически зависит от будущих выбросов парниковых газов. При сценариях с высокими выбросами ледники Аляски могут потерять от 60 до 80 процентов своего текущего объема к концу века. Вклад Гренландии в повышение уровня моря может превысить 30 сантиметров к 2100 году, при более высоких оценках, достигающих 50 сантиметров и более. Ледники Канадских Скалистых гор, и без того небольшие, могут в значительной степени исчезнуть, за исключением самых высоких, самых затененных остатков цирка. При агрессивном сокращении выбросов скорость потерь значительно замедлится, сохраняя значительную часть этого льда в течение следующего столетия.

Ледники Северной Америки - это больше, чем научные объекты исследования. Они являются источниками пресной воды для десятков миллионов людей, критически важными средами обитания для холодно адаптированных видов и знаковыми ландшафтными особенностями с глубоким культурным значением. Понять их - значит признать глубокие изменения, разворачивающиеся в холодных регионах континента - и противостоять выбору, который определит их будущее.