Мощные двигатели изменений: понимание ледников

Ледники — это гораздо больше, чем инертные ледяные тела; это динамичные, мощные силы, которые вылепили поверхность планеты на протяжении сотен миллионов лет. Эти медленно движущиеся реки льда ответственны за некоторые из самых драматических ландшафтов Земли — от глубоких фьордов Норвегии до округлых вершин Йосемити. Помимо их физического влияния, ледники играют решающую роль в регулировании глобального климата, хранении пресной воды и действуют как чувствительные индикаторы изменения окружающей среды. По мере того, как мир нагревается, ускоряющееся отступление ледников представляет собой как непосредственные, так и долгосрочные проблемы, что делает глубокое понимание этих ледяных гигантов необходимым для всех, кто обеспокоен будущим нашей планеты.

Что такое ледники? Глубже взгляда

В основе ледник — это стойкое тело плотного льда, которое движется под собственным весом. Это образование требует климата, где ежегодный снегопад превышает годовое таяние и сублимацию в течение нескольких лет. Процесс медленный, постепенный. Снег, который не тает в течение лета, накапливается и сжимается. В течение последующих лет воздушные карманы выдавливаются, и снег превращается в , гранулированную промежуточную стадию, и в конечном итоге в плотный, кристаллический ледниковый лед. Именно это движение — часто незаметно для невооруженного глаза — отличает ледник от статического ледяного пятна.

В то время как в первоначальной статье ледники были сгруппированы по типам континентов и долин, более полная классификация включает в себя несколько дополнительных категорий:

  • Ледовые щиты:] Это самые крупные ледниковые образования, охватывающие обширные континентальные районы. Сегодня существуют только два: ледяные щиты Гренландии и Антарктики. Они содержат примерно 99% пресноводного льда в мире и могут иметь толщину более 3 километров.
  • Ледяные шельфы:] Это плавающие расширения ледяных щитов, которые простираются над океаном. Наиболее яркими примерами являются шельфовые ледники Росса и Ронне-Фильхнера в Антарктиде. Они действуют как опорные пункты, замедляя поток внутреннего льда к морю.
  • Долинные (или альпийские) ледники: Эти ледники стекают по горным долинам, часто вырезающим глубокие, U-образные впадины. Примерами являются ледник Атабаска в Канаде и ледник Мер-де-Глейс во Франции.
  • Ледники Пьемонта: Ледники Пьемонта: Образуются, когда ледник долины выплескивается на относительно плоскую равнину, распространяясь на обширную долю. Ледник Маласпина на Аляске является классическим примером.
  • Ледники приливной воды: Ледники приливной воды: Они заканчиваются в океане, откалывая айсберги. Ледник Хаббарда на Аляске является одним из самых активных ледников приливной воды в мире.
  • Ледники цирка: Маленькие ледники в форме чаши, которые занимают впадины на склонах гор. Они часто служат верховьями для более крупных ледников долины.

Каждый тип ледника взаимодействует со своей средой уникальными способами, создавая различные формы рельефа и оказывая различное влияние на местную гидрологию и климат.

Двигатель ледникового потока

Ледниковое движение — это не простое скольжение. Оно включает в себя сложную внутреннюю деформацию и базальное скольжение. Вес накладывающегося льда вызывает деформацию и ползучесть более глубоких слоев ледяной кристаллической решетки, очень похожий на очень плотную, очень холодную жидкость. Этот внутренний поток объясняет большую часть движения, особенно в верхних частях ледника. В более теплых ледниках, где основание находится в точке плавления под давлением, между льдом и коренной породой существует тонкая пленка жидкой воды. Эта вода смазывает ледниковое ложе, позволяя ему скольжение более быстро — процесс, называемый , когда это скольжение происходит вялотекущим, стартовым способом, он может производить движение скольжения палкой , которое можно обнаружить как ледниковые землетрясения .

Скорость ледникового движения резко варьируется. Некоторые полярные ледники ползут всего несколько метров в год, в то время как активные альпийские ледники могут расти со скоростью, превышающей 30 метров в день во время коротких вспышек. Этот поток регулируется балансом массы массы ледника: разница между накоплением (снегопад, повторное замораживание талой воды) и абляцией (плавление, сублимация, отечность). Ледник с положительным балансом массы продвигается; один с отрицательным балансом отступает. Для подавляющего большинства ледников Земли сегодня баланс массы в подавляющем большинстве отрицательный, что приводит к широкому отступлению, наблюдаемому во всем мире.

Скульптура Земли: ледниковая эрозия и осаждение

Ледники изменяют ландшафт с помощью двух основных механизмов: эрозии и осаждения. Эрозия осуществляется с помощью двух процессов: абразии и выщипывания . Истирание происходит, когда лед тащит вложенные породы и осадок по всей породе, действуя как грубая наждачная бумага. Это сглаживает и полирует поверхность породы, оставляя после себя характерные ледниковые полосы (царапины) и ледниковый пол. Смывка, с другой стороны, происходит, когда талая вода просачивается в трещины в породе, замерзает и оттягивает блоки породы. Этот процесс создает зубчатую, шероховатую поверхность на нисходящей стороне обнажения породы, часто в паре с гладкой, истираемой вверх по течению стороной, образуя функцию,

Отличительные эрозионные формы рельефа

  • U-образные долины: В отличие от V-образных долин, вырезанных реками, ледники вырезают широкие, крутые, плоские долины. Классическая U-образная форма является отличительной чертой ледниковой эрозии.
  • Цирки: Это чашеобразные углубления во главе ледниковой долины, часто с крутой задней стенкой.Когда цирк наполнен водой, он образует тарн (ледниковое озеро).
  • Arêtes: Острые, острые хребты, которые образуются между двумя соседними цирками или ледниками.
  • Рога: Пирамидообразные вершины, образованные пересечением трёх и более кругов. Маттерхорн в Альпах — знаковый пример.
  • Фьорды: Утонувшие U-образные долины, которые были вырезаны ледниками и позже затоплены морем. Они могут быть исключительно глубокими, часто с неглубоким подоконником в устье, где ледник отложил материал.
  • Висящие долины: Датские ледниковые долины, которые остаются высоко над главным дном долины, часто порождая драматические водопады (например, Йосемитский водопад).

Депозиционные особенности

Когда ледники тают, они выпускают все мусор, который они перенесли. Этот несортированный материал называется до . Форма земли, созданная ледниковым осаждением, является решающим отчетом о прошлом оледенении:

  • Морены: Морские острова: Залежи до тех пор, пока не отложились по бокам (боковой), передней (терминальной) или под (земля) ледником.Терминальные морены отмечают самую дальнюю степень продвижения ледника.
  • Драмлины: Тэардроп-образные холмы до тех пор, обтекаемые в направлении ледового потока. Их точный механизм формирования до сих пор обсуждается, но они являются отличными показателями направления движения льда в прошлом.
  • Легкие:] Длинные извилистые гряды песка и гравия, осаждаемые талыми потоками воды, текущими в туннелях под ледником.
  • Камес: Курганы или нерегулярные холмы стратифицированного дрейфа, осаждаемые талой водой на льду или против него.
  • Озера чайников: Депрессии образуются, когда блок застойного льда, зарытый в ледниковой промывке, тает, оставляя яму, которая часто заполняется водой.
  • Обмывные равнины: Широкие, мягко наклонные равнины сортированного песка и гравия, осажденные талой водой перед ледником.

Вместе эти особенности создают некоторые из самых плодородных и отличительных ландшафтов на Земле, включая бассейн Великих озер и плодородные равнины американского Среднего Запада.

Ледники как регуляторы климата и индикаторы

В оригинальной статье правильно отмечается эффект альбедо и повышение уровня моря, но связь между ледниками и климатом гораздо сложнее. Ледники влияют на климат в нескольких масштабах:

Обратная связь Альбедо

Альбедо является мерой отражательной способности. Свежий снег имеет альбедо 0,8-0,9, то есть он отражает 80-90% поступающей солнечной радиации. Когда ледники тают, они обнажают более темные подстилающие поверхности — скалы, почвы или океанской воды — которые имеют альбедо 0,1-0,2. Эти более темные поверхности поглощают гораздо больше солнечной энергии, что, в свою очередь, нагревает область и ускоряет дальнейшее таяние. Это положительная обратная связь: чем больше льда тает, тем больше тепла поглощается, что приводит к еще большему таению. Эта обратная связь особенно мощна в Арктике, где потеря морского льда усиливает региональное потепление со скоростью в два-четыре раза быстрее, чем в среднем по миру (феномен, известный как арктическое усиление).

Ледники и углеродный цикл

Новые исследования показывают, что ледники также связаны с углеродным циклом. Когда ледники отступают, они обнажают древние почвы и поверхности горных пород, которые были заперты подо льдом в течение тысячелетий. Эти вновь открытые ландшафты быстро колонизируются микробными сообществами, которые начинают выветриваться на скале и перерабатывать органический углерод. Часть этого углерода выделяется в виде CO2 в атмосферу. Хотя вклад невелик по сравнению с антропогенными выбросами, это естественная обратная связь, которая может усиливаться в течение десятилетий, поскольку обнаруживается больше свободного от льда ландшафта.

Океаническая циркуляция и уровень моря

Мельтвотер из ледников, особенно из Гренландии и антарктических ледяных щитов, льется в Северную Атлантику. Этот пресноводный вход менее плотный, чем соленая океанская вода, и может нарушить погружение холодной, соленой воды, которая управляет Атлантической меридиональной циркуляцией (AMOC) . Замедление AMOC может иметь глубокие климатические последствия, включая изменение моделей осадков по всей Европе и Северной Америке и ускорение повышения уровня моря вдоль восточного побережья США. Что касается уровня моря, вклад горных ледников и ледяных шапок в настоящее время составляет около 1,2 мм в год, в то время как ледяные щиты Гренландии и Антарктики вместе вносят примерно 1,5 мм в год, и скорость ускоряется. Общий потенциальный подъем уровня моря, заблокированный в одном только ледяном щите Гренландии, составляет около 7,4 метров; для Антарктиды это около 58 метров.

Последствия ледникового отступления: за пределами основ

В оригинальной статье перечислены потери пресной воды, увеличение стихийных бедствий и утрата биоразнообразия. Каждый из них заслуживает более широкого обсуждения.

Водная безопасность и азиатские водонапорные башни

Ледники жизненно важны для гидрологии многих регионов, особенно в Гималаях, Андах и Альпах. Так называемая Азиатская водонапорная башня (FLT: 1) (регион Индус-Куш-Хималайя) поставляет воду более чем 1,5 миллиардам человек через реки, такие как Инд, Ганг, Брахмапутра, Янцзы и Желтая река. Эти ледники сокращаются с ускоряющейся скоростью, и хотя первоначальный таяние может увеличить поток реки в краткосрочной перспективе, будет достигнута точка, где поток значительно уменьшается, угрожая сельскому хозяйству, гидроэнергетике и питьевым водоснабжением. В Андах такие города, как Ла-Пас и Кито, в значительной степени зависят от ледниковой талой воды в засушливые сезоны, и их уязвимость растет.

Наводнения в ледниковом озере (GLOFs)

По мере отступления ледников они оставляют после себя углубления, которые заполняются водой, образуя ледниковые озера. Многие из этих озер затуманены нестабильными моренами или самим льдом. ГЛОФ возникает, когда плотина выходит из строя, вызывая катастрофическое наводнение, которое может пройти десятки километров, разрушая инфраструктуру и убивая людей. Частота ГЛОФ резко возросла в последние десятилетия в таких регионах, как Гималаи, Анды и Исландия. Непал и Бутан оба испытали смертельные ГЛОФы за последние 30 лет. Усилия по смягчению включают искусственное осушение озер или строительство выходных каналов, но угроза растет быстрее, чем реакция.

Экосистемные сдвиги и новые места обитания

Отступление ледников открывает новые территории для колонизации растениями, животными и микробами. Эта первичная последовательность может привести к образованию уникальных экосистем. Однако потеря холодных, осадочных талых вод устраняет специализированные места обитания для холодноводных видов, таких как некоторые мухи, каменистые мухи и чар. В альпийских регионах потеря питаемых ледниками озер и ручьев угрожает эндемичным земноводным и рыбе. Скорость изменения часто превышает адаптивную способность этих видов, приводя к локальным вымираниям. Кроме того, выброс давно замороженных органических веществ из-под тающего льда может ввести новые питательные вещества и даже древние микробы в современные экосистемы, с неизвестными последствиями.

Менее заметным последствием является затемнение ледников из-за осаждения черного углерода и пыли от деятельности человека (промышленность, сжигание биомассы) и природных источников (пустынная пыль, вулканический пепел). Этот темный слой уменьшает альбедо, поглощая больше солнечного света и ускоряя таяние. Этот эффект особенно выражен на ледниках Гималайско-Каракорамского региона, где пыль из пустыни Тар и сельскохозяйственное сжигание в северной Индии являются основным фактором рецессии.

Ледники через человеческую историю

Ледники не просто сформировали ландшафт; они сформировали историю человечества. Последний ледниковый максимум (около 20 000 лет назад) видел ледяные щиты, покрывающие большие части Северной Америки, Европы и Азии, понижая уровень моря более чем на 120 метров. Это позволило миграции людей через наземные мосты, такие как Берингия (между Сибирью и Аляской) и шельф Сунда в Юго-Восточной Азии. Последующее оледенение создало новые береговые линии, открыло новые территории и, вероятно, сыграло роль в раннем развитии сельского хозяйства в Плодородном полумесяце, изменив климатические модели.

Во время Малого Ледникового периода (примерно с 1300 по 1850 год н.э.) (примерно с 1300 по 1850 год н.э.) достижения альпийских ледников разрушили деревни, заблокировали торговые пути и способствовали широко распространенным неурожаям в Европе. Исторические записи этого периода показывают, что ледники в Альпах поднялись до позиций, которые не были замечены с тех пор. Их отступление в 20-м и 21-м веках обнажает сохранившиеся остатки древних лесов, дорог и даже человеческих артефактов. В Альпах таяние льда обнаружило останки солдат Первой мировой войны, доисторическое охотничье снаряжение и знаменитую (5300-летнюю мумию, обнаруженную в 1991 году), демонстрируя исключительную способность сохранения ледникового льда.

Будущее ледников и что они нам говорят

Текущие прогнозы показывают, что многие из меньших горных ледников в мире потеряют большую часть своей массы к концу 21-го века, даже при сценариях умеренных выбросов. Большие ледяные щиты более устойчивы, но они уже реагируют. Продолжающаяся нестабильность морского ледяного утеса в некоторых частях Антарктиды (например, ледник Туэйтса: 1) может привести к коллапсу, который ускорит повышение уровня моря на протяжении веков. В докладе МГЭИК AR6 (2021) с высокой уверенностью говорится, что «человеческое влияние было основным фактором наблюдаемого широкого отступления ледников с 1990-х годов». Это однозначное указание является мощным инструментом для сообщения о срочности климатических действий.

Чтобы понять будущее, мы изучаем прошлое. Ледяные керны, пробуренные из ледяных щитов Гренландии и Антарктики, обеспечивают запись высокого разрешения атмосферного состава, температуры и вулканической активности, растянувшейся на 800 000 лет. Эти записи показывают, что текущие уровни атмосферного CO2 выше, чем в любой момент в тот период, и что скорость изменения на порядки быстрее, чем естественные вариации. Ледники, в этом смысле, являются библиотеками истории Земли, и они буквально тают, разрушая свои собственные архивы.

Оригинальное название: A Vanishing Foundation

Ледники — это гораздо больше, чем живописные особенности высоких гор и полярных регионов. Они являются активными участниками системы Земли, формируя ландшафты, регулируя климат через альбедо и циркуляцию океана, сохраняя пресную воду и сохраняя запись прошлого нашей планеты. Их ускоренное отступление является одним из самых четких и наиболее заметных признаков антропогенного изменения климата. Последствия — нарушенные запасы воды, повышенные природные опасности, потеря биоразнообразия и повышение уровня моря — уже ощущаются по всему миру. Защита того, что осталось от этих ледяных резервуаров, — это не просто экологическая причина; это важно для благополучия миллиардов людей и стабильности глобальной климатической системы. Выбор, сделанный в ближайшие десятилетия, определит, наследуют ли будущие поколения мир, все еще благодатный этими медленно движущимися, формирующими жизнь реками льда или миром, который должен адаптироваться к их потере.

Понимание роли ледников является важным шагом на пути к пониманию глубокой взаимосвязанности систем Земли и насущной необходимости управления климатом.