Ледниковые формы и изменение климата: данные Национального парка Глейшер, США

Читать далее Скалы и лед: ледниковые формы как климатические архивы

Национальный парк Глейшер (GNP), назначенный Международным биосферным заповедником ЮНЕСКО, занимает уникальное положение в Скалистых горах Монтаны. Известная как «Корона континента», эта экосистема является одной из самых неповрежденных умеренных экосистем в мире. Его прочные вершины, U-образные долины и обширные морены являются не просто реликтами более холодного прошлого; они являются активными, динамичными ландшафтами, реагирующими на давление потепления климата. Изучение этих ледниковых рельефов обеспечивает некоторые из самых четких, наиболее ощутимых свидетельств изменения климата на планете. От эрозионной скульптуры скалы до осаждения ледникового периода, каждый рельеф рассказывает историю продвижения льда и отступления, предлагая запись высокого разрешения климатических сдвигов на протяжении веков и десятилетий.

В этой статье рассматриваются конкретные ледниковые формы рельефа, присутствующие в Национальном парке Глейшер, как они сформировались и что их нынешнее состояние раскрывает об изменении климата.Подключив физические особенности, оставленные отступающим льдом, к более широкой глобальной климатической системе, мы можем лучше понять траекторию изменения окружающей среды в высокогорных средах по всему американскому Западу и миру.

Динамическая скульптура: как ледники создают рельефы

Ледники не являются статическими телами льда; они являются мощными, текущими реками льда, которые меняют основной ландшафт посредством двух основных процессов: эрозии и осаждения. Баланс между этими процессами определяет форму гор и долин, которые мы видим сегодня. Понимание этих механизмов имеет важное значение для интерпретации доказательств, оставленных отступающим льдом.

Эрозионные формы земли: резьба по ландшафту

Ледниковая эрозия происходит в основном через выщипывание и истирание . Выщипывание происходит, когда талая вода просачивается в трещины породы, замерзает и вытаскивает блоки породы по мере движения ледника. Истирание происходит, когда фрагменты породы, встроенные в основание ледника, измельчаются о скалу, как наждачная бумага, создавая гладкие, полированные поверхности и глубокие царапины, известные как ледниковые полосы .

Эти эрозионные силы производят несколько знаковых форм рельефа:

• U-образные долины: В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледники расширяют и углубляют существующие речные долины, создавая отчетливую форму корыта с крутыми прямыми сторонами и широким плоским полом.Долина Многих Ледников и долина Макдональд-Крик являются примерами из учебников в рамках ВНП.
• Цирки: Качели в форме кресла, найденные во главе ледника. Они образуются путем заморозки и ледникового выщипывания по краям льда. Многие цирки в парке теперь содержат небольшие эфемерные озера, называемые тарны.
• Ареты и рога: Когда два цирка разъедают друг друга по разные стороны хребта, они образуют острый, острый хребет, называемый arête. Стена сада — всемирно известный арет. Когда пересекаются три или более цирка, они образуют крутой, пирамидальный пик, известный как рог. Гора Рейнольдс и гора Гулд — классические рога.
• Висящие долины: Дачные долины, которые остаются поднятыми над главным ледниковым корытом.После отступления главного ледника вода из висящей долины часто опускается вниз по крутой стене главной долины, создавая впечатляющие водопады, такие как водопад Птица-женщина.

Депозиционные формы рельефа: Обломки, оставленные позади

Поскольку ледники несут огромное количество каменного мусора, они откладывают его в различных образованиях, когда лед тает или застаивается.

• Морены: Накопления несортированных обломков горных пород (называемые FLT:2) до тех пор, пока они не будут отложены непосредственно ледниковым льдом. Они являются ключевыми показателями протяженности и истории ледника.
  • ] Терминал Морейнс: ] Заносы обломков, отмечающие максимальное продвижение ледника. В ВНП они образуют пышные лесные плотины, которые удерживают озера, такие как Свифттокенс, Жозефина и Сент-Мари.
  • поздние Морейны: Походы, идущие параллельно стене долины по стороне ледника. Тропа к леднику Гриннелл проходит по видной боковой морене.
  • Медиальные Морейны: Образовались, когда два ледника сливаются, сводя свои боковые морены в единую полосу обломков, идущую по центру комбинированного ледового потока.
  • Наземный Морейн: Широкое, мягко волнообразное одеяло до тех пор, пока не оштукатурено по всему ландшафту, когда ледник отступает.
• Эрратика:] Крупные валуны, перевозимые далеко от их исходной породы. Эти породы часто располагаются на вершине совершенно разных типов пород. Знаменитый «Булдер» на Боулдерском перевале — массивный беспорядочный, который свидетельствует о мощном ледяном потоке.
• Ледяной дождик: Несортированная, нестратифицированная смесь глины, ила, песка, гравия и валунов, отложенных непосредственно льдом.Композиция тила может рассказать геологам о родительском материале, по которому протекал лед.
• Озера чайников: Образовались, когда блоки льда оставляют отступающие ледники, закапывают в вымытый осадок, а затем тают, оставляя углубление, которое заполняет вода.Многие из меньших круговых озер в нижних долинах парка возникли как чайники.

Национальный парк ледников: столетие исчезающего льда

Национальный парк Глейшер был создан в 1910 году, специально названный в честь величественных ледников, которые вырезали его ландшафт и определили его характер. В то время в границах парка существовало около 150 отдельных ледников. Сегодня это число упало до менее чем 25 активных ледников, и многие из них являются просто тенями их прежнего размера. Доказательства этого снижения тщательно документированы Геологической службой США (USGS) Северного научного центра Скалистых гор [FLT: 1].

Малый ледниковый период и базовая линия

Ледники в ВНП достигли своего максимального недавнего размера примерно в середине 19-го века (приблизительно 1850 г.) во время терминальной фазы Малого ледникового периода (LIA) . Этот холодный период, который длился примерно с 1300 по 1850 г., позволил ледникам продвинуться далеко вниз по их долинам. Массивные лесистые терминальные морены, которые посетители сегодня поднимаются, отмечают предел ЛИИ. С конца ЛИИ доминирующей тенденцией было потепление и ледниковое отступление.

Количественные доказательства отступления

USGS систематически контролировала несколько ключевых «базовых» ледников, включая Гриннелл, Сперри и Джексон Глейшерс. Данные являются резкими. В период с 1966 по 2015 год общая площадь, покрытая ледниками в парке, сократилась с 21,6 квадратных километров до всего 11,7 квадратных километров — сокращение 46% . Многие отдельные ледники потеряли более 80% своей площади поверхности с 1850 года. Скорость ледяного потока также резко замедлилась, и многие ледяные тела больше не достаточно велики, чтобы считаться динамическими ледниками; они теперь классифицируются как застойные ледяные пятна.

Тема исследования: Исчезновение ледника Гриннелл

Ледник Гриннелл, названный в честь защитника природы Джорджа Берда Гриннелла, является, возможно, самым известным и хорошо документированным ледником в парке. Знаменитая серия повторяющихся фотографий, начиная с Гриннелла и В.К. Олдена в начале 20-го века и продолжающаяся USGS, показывает шокирующее отступление. Ледник отступил на 300 метров (почти 1000 футов) вверх по склону горы. Там, где язык ледника когда-то простирался, теперь есть два озера - Верхнее Гриннеллское озеро и Гриннеллское озеро. Обнаружение этих новых форм рельефа и быстрая колонизация области растениями обеспечивают живую временную линию оледенения. Предсказательные модели из USGS предполагают, что ледник Гриннелл, наряду с большинством других ледников в парке, может полностью исчезнуть в течение следующих двух-трех десятилетий.

Оставленные формы земли: доказательство сжимающейся криосферы

Отступающий лед активно создает новый ландшафт в режиме реального времени. Обнаруженные и модифицированные рельефы не просто исторические артефакты; это динамические особенности, которые рассказывают историю о том, как быстро меняется климат.

Терминал Морейнс как климатический маркер

Видные терминальные морены, которые плотят знаменитые озера ВНП (Свифттокенс, Жозефина, Макдермотт) являются одними из важнейших климатических архивов в парке. Они «свежие» в геологическом смысле, лишены глубоких почвенных профилей и округлых склонов более старых ледниковых отложений. Ученые используют несколько методов для датировки этих морен и определения климатической истории региона:

• Лихенометрия: Измерение диаметра лишайников, растущих на валунах морены. Так как темпы роста лишайников относительно предсказуемы, размер лишайника обеспечивает минимальный возраст для того, когда валун был отложен и стабилизирован. Это подтверждает максимум LIA 1850-х годов.
• Дендрохронология: Самые старые деревья, растущие на морене, обеспечивают минимальный возраст для её стабилизации.Связывая деревья на терминальных моренах ВНП, учёные могут видеть, что морены стабилизировались в конце 19 века, как только климат начал нагреваться.

Рост проледниковой среды

По мере таяния льда обширные участки ранее покрытой льдом породы и свежеотложенной до тех пор, пока не будут открыты, что создает крайне нестабильную «параглазную» среду.

• Свежепостриженная порода:] Там, где недавно растаял лед, порода часто подвергается нетронутым ледниковым полосам и гладкой полированной поверхности. Направление этих полос говорит ученым о направлении потока льда. На Стене сада полосы свидетельствуют о том, что во время плейстоценового ледникового периода массивный ледяной щит преодолел континентальный водораздел.
• Формирование ледникового озера: Отступление льда в перегруженные бассейны создаёт новые проледниковые озера. Формирование этих озер ускоряется. В то время как живописное, это представляет риск Вспышки ледникового озера (GLOFs) . В 2003 году небольшой ГЛОФ произошел на леднике Гриннелл, осушив небольшое озеро и затопив популярный след, служа напоминанием о нестабильности этих новых ландшафтов.
• Нестабильность склона: Потеря «подкрепляющего» эффекта ледникового льда дестабилизирует стены долины. Это приводит к увеличению камнепадов и обломков. В 2011 году массивный обвал скалы с горы Гриннелл на поверхность ледника был прямым следствием этой параледниковой корректировки.

Каскадные эффекты отступления ледников

Потеря ледников в ВНП вызывает каскад эффектов, которые пульсируют по всей экосистеме, влияя на гидрологию, экологию и даже физическую стабильность самих гор.

Гидрологические последствия: Водный банк пустует

Ледники действуют как «водные берега» для американского Запада. Они хранят осадки в виде льда зимой и медленно выпускают его в виде талой воды в жаркие, сухие летние месяцы. Эта холодная талая вода имеет решающее значение для поддержания потока.

• Пик воды: По мере сокращения ледников происходит начальный рост стока талой воды. Однако, как только масса льда уменьшается после критической точки, стоки резко и постоянно снижаются. Это называется «пиковая вода». ВНП, вероятно, проходит этот переломный момент для многих его ледников.
• Температура потока: Потеря холодной ледниковой талой воды приводит к повышению температуры летнего потока. Это создает огромное напряжение для видов холодноводных рыб, включая родную форель быка и форель-головоломку, которой уже угрожает повышение температуры и фрагментация среды обитания.
• Водоснабжение на нижнем течении:] Реки, происходящие из ВНП, такие как Плоский заголовок и Миссури, обеспечивают водой сельское хозяйство, общины и племенные народы вниз по течению.Гидрологические изменения в парке имеют прямые экономические и экологические последствия далеко за пределами границ парка.

Экологические трансформации

Наземная экосистема также претерпевает быстрые изменения по мере отступления льда и повышения температуры.

• Изменения альпийского луга: По мере отступления ледников открывается новая местность для колонизации. Альпийские растения мигрируют вверх по высоте. Однако существует ограниченное количество альпийской среды обитания, и эти растительные сообщества сжимаются между восходящей линией деревьев и отступающими снежными полями.
• Адаптация к дикой природе: Особенно уязвимы виды, зависящие от холодных, стабильных альпийских сред.пика, небольшое млекопитающее, обитающее на склонах талуса, очень чувствительно к тепловому стрессу. Горный козёл, использующий снежные пятна для бегства от хищников, теряет это убежище. Медведи гризли полагаются на ягоды, произрастающие на альпийских лугах, которые меняются и изменяются по составу.
• Расширение лесных массивов: Через парк линия деревьев продвигается вверх в то, что исторически было альпийской тундрой. Это уменьшает площадь открытой, нелесной среды обитания, что еще больше оказывает давление на адаптированные к альпийским условиям виды.

Геоморфные обратные связи Loops

Одним из самых мощных эффектов ледникового отступления является создание петлей обратной связи, которые ускоряют дальнейшее потепление.

• Эффект Альбедо: Снег и лед имеют высокое альбедо, то есть они отражают большую часть солнечного излучения Солнца обратно в космос. Когда лед тает, он подвергает более темные породы, почву и растительность, которые поглощают больше солнечного излучения. Это поглощенное тепло нагревает местную среду, что приводит к дальнейшему таянию льда. Это петля положительной обратной связи , которая усиливает первоначальный сигнал потепления.
• Опускание черного углерода:] Сажа и пыль от лесных пожаров и деятельности человека могут оседать на поверхности ледника, темнея лед и уменьшая его альбедо, что ускоряет таяние. Это становится все более важным фактором в быстрой скорости таяния, наблюдаемой в парке.

Роль ледниковых форм в восстановлении климата (палеоклиматология)

Помимо непосредственных доказательств отступления, ледниковые формы ВНП обеспечивают глубокую запись изменения климата, продолжающегося тысячи лет. Ученые используют эти формы земли для реконструкции прошлых климатов и ставят текущее потепление в контекст. Эта область исследований известна как палеоклиматология .

Знакомство с морейцами

Датируя морены, оставленные древними ледниками, ученые могут построить временную шкалу основных климатических сдвигов. Помимо лихенометрии и дендрохронологии исследователи используют передовые методы радиометрического датирования.

• Космогенное датирование нуклидов:] Этот метод измеряет изотопы, такие как бериллий-10 (10Be), которые накапливаются в поверхностях пород, когда они подвергаются воздействию космического излучения. Когда валун осаждается на морене и больше не экранируется льдом, он начинает накапливаться 10Be. Измерение концентрации 10Be дает прямую дату, когда валун был отложен. Этот метод широко используется в ВНП на сегодняшний день как достижения LIA, так и гораздо более крупные оледенения плейстоцена.
• Радиоуглеродное датирование (14C): Органический материал, такой как фрагменты древесины или погребенная почва, найденная в ледниковых отложениях, может быть радиоуглеродным датировкой для определения времени ледниковых наступлений и отступлений. Это помогло установить хронологию голоцена (последние 11 700 лет) в регионе.

Сформировавшиеся осадки в ледниковых озерах

Проледниковые озера, образующиеся в ВНП, не просто красивые пейзажи; они являются лесозаготовителями природных данных. Отложения, которые оседают в этих озерах, образуют годовые слои, называемые Варвес.

• Каждый клапан состоит из грубого, светлого слоя, нанесенного в течение высокоплавкой весны и лета, и тонкого, темного слоя, нанесенного в течение низкоплавкой зимы.
• Толщина заусеницы является прямым показателем интенсивности летнего таяния. Толстые заусеницы указывают на теплые, высокоплавкие годы, а тонкие заусеницы указывают на прохладные, низкоплавкие годы.
• Связывая осадочные породы озер, таких как Верхнее Гриннеллское озеро и Айсбергское озеро, ученые могут восстановить непрерывный ежегодный отчет о ледниковой активности и климате за последнее столетие, обеспечивая независимую проверку данных фотографических и обзорных исследований.

Сохранение, исследования и будущее ВНП

Быстрая трансформация Национального парка Глейшер сделала его критически важным местом для научных исследований и мощным символом воздействия глобального потепления. Служба национальных парков активно изучает и реагирует на эти изменения, работая над тем, чтобы понять, как управлять природными ресурсами парка во время резкого экологического потока.

Экосистема «Корона континента»

ВНП является ядром экосистемы Короны континента, одной из самых нетронутых экосистем в умеренном мире. Потеря ледников является основным фактором, влияющим на эту систему, но большое, непрерывное пространство охраняемых земель также предоставляет возможности для видов адаптироваться и мигрировать. Проводимые в парке исследования предоставляют важные данные для менеджеров по сохранению на Западе Скалистых гор.

Что форма земли сигнализирует для других горных хребтов

Национальный парк Глейшер служит микрокосмом для горных ледников по всему миру. Процессы, происходящие здесь - отступление, образование морен, развитие озер и изменение экосистемы - воспроизводятся в Андах, Гималаях, Альпах и других оледенелых горных хребтах. Специальный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) об океане и криосфере (МГЭИК) подчеркнул глобальную природу этого явления, подчеркнув, что горные ледники теряют массу с ускоряющейся скоростью. Доказательства из ВНП, собранные USGS, NPS и академическими учеными, непосредственно способствуют этому глобальному пониманию.

Оригинальное название: The Impermanent Landscape

Ледниковые формы Национального парка Глейшера — это гораздо больше, чем просто красивые пейзажи. Они — открытая книга климатической истории Земли, истории, написанной камнем, льдом и водой. Терминальные морены отмечают потерянный мир льда, который существовал всего 150 лет назад. Свежепоперечная порода, расширяющиеся проледниковые озера и растущие линии деревьев говорят о быстро меняющемся настоящем. Каскадные эффекты на гидрологию и экосистемы предвещают значительно другое будущее для «Короны континента».

Исчезновение ледников в ВНП является одним из самых интуитивных, доступных и хорошо документированных примеров изменения климата на планете. Явные доказательства изменения климата, предоставленные этими рельефами, подчеркивают необходимость понимания и устранения факторов глобального потепления. По мере того, как лед исчезает, рельефы, которые он оставляет, будут стоять как памятник исчезающему миру, так и суровое предупреждение о будущем. Они являются призывом к продолжению исследований, надежному сохранению и более глубокому пониманию глубокой связи между криосферой, ландшафтом и глобальной климатической системой.