Йёкюльхлауп

Тип ледникового прорыва

A jökulhlaup

Запруженное озеро месяцем ранее, перед тем же йёкюльхлёйпом

Jökulhlaup ( исландское произношение: [ˈjœːkʏl̥ˌl̥œyp] произношение ^ⓘ ) (дословно « ледниковый забег») — тип ледникового прорыва . ^[1] Это исландский термин, который был принят в гляциологической терминологии во многих языках. Первоначально он относился к хорошо известным подледниковым прорывам из Ватнайёкюдля , Исландия , которые вызваны геотермальным нагревом и иногда вулканическим подледниковым извержением , но теперь он используется для описания любого большого и внезапного выброса воды из подледникового или проледникового озера/водохранилища .

Поскольку йёкюльхлёйпы возникают из гидростатически запечатанных озёр с плавающими уровнями намного выше порогового значения, их пиковый расход может быть намного больше, чем у прорыва маргинального или экстрамаргинального озера. Гидрограф йёкюльхлёйпа из Ватнайёкюдля обычно либо поднимается в течение нескольких недель с наибольшим расходом ближе к концу, либо он поднимается гораздо быстрее в течение нескольких часов. Предполагается, что эти закономерности отражают таяние русла и поток пласта под фронтом соответственно. ^[2] Похожие процессы в очень больших масштабах происходили во время дегляциации Северной Америки и Европы после последнего ледникового периода (например, озеро Агассис и Ла-Манш ), а также, предположительно, в более ранние времена, хотя геологические данные сохранились не очень хорошо.

Процесс формирования

Рельеф Йёкульхлауп в мире

Образование подледниковой воды

Подледниковая талая вода может образовываться на поверхности ледника (надледниково), под ледником (базально) или в обоих местах. ^{[3] [4]} Абляция (поверхностное таяние) имеет тенденцию приводить к поверхностному скоплению. Базальное таяние происходит из-за геотермального теплового потока из земли, который меняется в зависимости от местоположения, а также из-за нагрева от трения, которое возникает из-за движения льда по поверхности под ним. В 1997 году анализы пришли к выводу, что на основе темпов образования базальной талой воды годовое производство подледниковой воды из одного типичного водосбора на северо-западе Германии было642 × 10 ⁶  м ³ во время последнего вислинского оледенения . ^[5]

Надледниковый и подледниковый поток воды

Талая вода может течь либо над ледником (надледниково), либо под ледником (подледниково/базально) или как грунтовая вода в водоносном слое под ледником в результате гидравлической проницаемости подпочвы под ледником. Если скорость производства превышает скорость потери через водоносный слой, то вода будет собираться в поверхностных или подледниковых прудах или озерах. ^[5]

Характеристики надледникового и базального потока воды различаются в зависимости от зоны прохода. Надледниковый поток похож на поток ручья во всех поверхностных средах — вода течет из более высоких областей в более низкие области под действием силы тяжести . Базальный поток под ледником демонстрирует значительные различия. В базальном потоке вода, либо образующаяся при таянии у основания, либо оттягиваемая вниз с поверхности под действием силы тяжести, собирается у основания ледника в прудах и озерах в кармане, покрытом сотнями метров льда. Если нет пути поверхностного дренажа, вода от поверхностного таяния будет течь вниз и собираться в трещинах во льду, в то время как вода от базального таяния собирается под ледником; любой источник может образовать подледниковое озеро. Гидравлический напор воды, собранной в базальном озере, будет увеличиваться по мере того, как вода стекает через лед, пока давление не станет достаточно высоким, чтобы либо проложить путь через лед, либо заставить лед плавать над ним. ^{[3] [6]}

Эпизодические выпуски

Если талая вода накапливается, сбросы происходят эпизодически под континентальными ледяными щитами, а также под альпийскими ледниками. Сброс происходит, когда вода собирается, лежащий выше лед поднимается, и вода движется наружу в напорном слое или растущем подо льдом озере. Области, где лед легче всего поднимается (т. е. области с более тонкими лежащими выше ледяными щитами), поднимаются первыми. Следовательно, вода может перемещаться вверх по рельефу под ледником, если она движется к областям с более низким лежащим выше льдом. ^[7] По мере того, как вода собирается, дополнительный лед поднимается, пока не будет создан путь сброса. ^[8]

Если ранее существовавшего канала нет, вода изначально высвобождается в широкофронтовом йёкюльхлёйпе, который может иметь фронт потока шириной в десятки километров, распространяющийся тонким фронтом. По мере того, как поток продолжается, он имеет тенденцию размывать подстилающие материалы и покрывающий лед, создавая туннельный канал долины , даже когда пониженное давление позволяет большей части ледникового льда осесть обратно на подстилающую поверхность, запечатывая широкий фронтальный выброс и направляя поток. Направление канала определяется в первую очередь толщиной вышележащего льда, а во-вторых, градиентом подстилающей земли, и может наблюдаться, как «бег вверх», поскольку давление льда заставляет воду течь в области с более низким ледяным покрытием, пока она не выйдет на ледниковую поверхность. Таким образом, конфигурация различных туннельных долин, образованных определенным оледенением, дает общее отображение толщины ледника, когда туннельные долины были сформированы, особенно если первоначальный рельеф поверхности под ледником был ограничен. ^{[3] [4]}

Быстрый, большой объем сброса является очень эрозионным, о чем свидетельствуют обломки, найденные в туннелях и у входа в туннели, которые, как правило, представляют собой грубые камни и валуны. Эта эрозионная среда согласуется с созданием туннелей глубиной более 400 м и шириной 2,5 км, как это наблюдалось в Антарктике. ^[3]

Пиотровски разработал подробную аналитическую модель процесса, которая предсказывает цикл следующим образом: ^[5]

1. Талая вода образуется в результате геотермального нагрева снизу. Поверхностная абляционная вода не учитывается, поскольку она будет минимальной при ледниковом максимуме, и данные указывают на то, что поверхностная вода не проникает более чем на 100 метров в ледник.
2. Талая вода первоначально стекает через подледниковые водоносные горизонты.
3. При превышении гидравлической проницаемости субстрата талая подледниковая вода скапливается в бассейнах.
4. Воды накапливается достаточно, чтобы открыть ледяную пробку в туннельной долине, образовавшуюся после последнего сброса.
5. Долина туннеля сбрасывает избыток талой воды — турбулентный поток растапливает или размывает избыток льда, а также размывает дно долины.
6. По мере снижения уровня воды давление уменьшается до тех пор, пока туннельные долины снова не закроются льдом и поток воды не прекратится.

Человек, вызванный

Подледниковое озеро в Исландии было непреднамеренно вызвано скважиной, пробуренной через лежащий выше лед. Авторы предположили, что гидроразрывные трещины и затопление муленов осадками могут быть естественными триггерами йёкюльхлаупса. ^[9]

Примеры

Бывший мост в Скафтафетле , Исландия, искривленный йёкульхлаупом в результате извержения Гримсвотна в 1996 году на вулкане Гьялп .

Пример катастрофического наводнения от йёкюльхлаупса извержения Катлы в 1918 году . Приблизительная площадь поражения показана на  серая штриховка , с  более темная штриховка указывает на объединение первой и второй фазы йокульхлаупс 12 октября 1918 года. Зона извержения заштрихована  фиолетовый , а водосборы ледниковой поверхности двадцать первого века заштрихованы  стальной синий . Водосборы Йёкюльхлёйпа отличаются, поскольку зависят от особенностей подземного слоя, а до извержения 1918 года ледниковый покров был больше, чем показано. Более подробную информацию можно получить, щелкнув для увеличения карты, что позволяет наводить курсор мыши.

Хотя изначально йёкюльхлёйпы ассоциировались с Ватнайёкюдлем, в литературе они описаны в самых разных местах, включая современную Антарктику, и есть доказательства того, что они также встречались в Лаврентийском ледниковом щите ^{[10] [11] [12] [13]} и Скандинавском ледниковом щите во время последнего ледникового максимума . ^[14]

Исландия

• Мирдальсйёкюдль подвержен крупным йёкюльхлёйпам, когда извергается подледниковый вулкан Катла , примерно каждые 40–80 лет. Извержение в 1755 году, по оценкам, имело пиковый расход от 200 000 до 400 000 м ³ /с (от 7 100 000 до 14 100 000 куб. футов/с).

• Вулкан Гримсвотн часто вызывает большие йокульхлаупы из Ватнайёкюдля . Извержение Гьялпа в 1996 году отправило талую воду на юг в Гримсвотн, что вызвало йокульхлауп с пиковым расходом 500 000 м ³ /с (18 000 000 куб. футов/с) и продолжалось несколько дней. Это крупнейшее ледниковое наводнение Гримсвотна, когда-либо зарегистрированное.

• Вулкан Эйяфьятлайокудль может вызывать йокюльхлёйпы. Извержение 2010 года вызвало йокюльхлёйп с пиковым расходом около 2000–3000 м ³ /с (71000–106000 куб. футов/с). ^{[15] [16]}

Работа в Исландии классифицировала йокульхлаупы по происхождению и размеру. Категории происхождения: ^{[17] : 2  [18]}

• Из-за подпруженных льдом пограничных озер, например, когда выводной ледник перекрывает свободную ото льда боковую долину.
  • Примером такого озера в прошлом было озеро Гренлон .
• Из надледникового озера, образовавшегося в результате скопления талой воды в углублении на поверхности ледника.
  • Такие йёкюльхлёйпы в Исландии, как правило, небольшие.
• Из подледникового озера.
  • Как правило, они образуются в результате геотермальной активности, как это наблюдается в восточных и западных ледниковых котлах Скафта и Гримсвотн .
• Извержение вулкана под ледником (подледниковое извержение).
  • Хотя талая вода может немедленно оттекать от места извержения, она также может скапливаться вблизи него, образуя нестабильный резервуар, как это произошло во время извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в 2010 году и извержения вулкана Катла под вулканом Мирдальсйёкюдль.
• От таяния пирокластического потока на снегу и льду при эксплозивных извержениях стратовулканов .
  • Этот тип наводнения может быть лахаром и уже случался в Гекле .
• От подъема ледника в предледниковое озеро или в конце подъема, когда восстанавливается подледниковая дренажная система.
  • В 1999 году в результате подъема Лаунгйёкюдля на его выводном леднике Эйстри-Хагафедльсйёкюдль образовалось озеро, которое затем затопило ниже по течению.
• От оползня. В таких оползнях высвобождается значительная потенциальная энергия, которая может вызвать таяние льда и образование паводковых вод, если оползень падает на ледник или вытесняет воду из озера, подпруженного ледником.
  • Такое наводнение вызвал обвал 1967 года на выводном леднике Стейнсхольтсйёкюдль в Эйяфьядлайёкюдль .

Северная Америка

В июле 1994 года ледяная плотина поверхностного озера истощилась через подледниковый туннель через ледник Годдарда  [sv] в горах побережья Британской Колумбии , что привело к йёкюльхлёйпу. Паводковый нагон от 100 до 300 м ³ /секунду прошёл 11 км через ручей Фарроу и закончился в озере Чилко , вызвав значительную эрозию. Ледяная плотина не восстановилась. Похожие йёкюльхлёйпы Британской Колумбии суммированы в таблице ниже. ^[19]

Когда ледниковый щит Лаврентида отступил от своего максимального размера примерно с 21 000 до 13 000 лет назад, в восточной части Северной Америки произошло два значительных события по изменению маршрута талой воды . Хотя среди геологов все еще ведутся споры о том, где произошли эти события, они, скорее всего, произошли, когда ледниковый щит отступил от гор Адирондак и низменности Святого Лаврентия .

• Во-первых, ледниковое озеро Ирокез вылилось в Атлантику в катастрофических сбросах в долине Гудзона , когда отступающая плотина ледяного щита рухнула и восстановилась в трех йокюльхлаупах. Доказательства масштаба сброса талой воды в долину Гудзона включают глубоко врезанные осадки в долине, крупные лопасти осадочных отложений на континентальном шельфе и ледниковые эрратические валуны диаметром более 2 метров на внешнем шельфе.
• Позже, когда долина Св. Лаврентия была дегляциирована, ледниковое озеро Кандона истощилось в Северную Атлантику , с последующими дренажными событиями, направленными через море Шамплейн и долину Св. Лаврентия. Этот прилив талой воды в Северную Атлантику через йокульхлауп около 13 350 лет назад, как полагают, вызвал сокращение термохалинной циркуляции и кратковременный холодный период Северного полушария Интра-Аллерёд . ^[20]
• Наконец, озеро Агассис было огромным ледниковым озером, расположенным в центре Северной Америки. Питаемое ледниковым стоком в конце последнего ледникового периода, его площадь была больше, чем площадь всех современных Великих озер вместе взятых, и оно содержало больше воды, чем все озера в мире сегодня. Оно осушилось в результате серии событий между 13 000 и 8 400 годами до нашей эры.
• Кроме того, в Тихом океане произошли крупные дренажные события через ущелье реки Колумбия , получившие название наводнений Миссулы .
• С 2011 года периодические ледниковые наводнения происходили от бассейна Самоубийц до ледника Менденхолл в Джуно, Аляска , несколько раз в год ^[21] , причем самые крупные из таких наводнений произошли летом 2023 и 2024 годов ^[21].

Индия

7 февраля 2021 года часть ледника Нанда Деви откололась в результате прорыва ледника Уттаракханд 2021 года , вызвав наводнение, которое смыло электростанцию. Более 150 человек, как опасались, погибли. ^[22]

Швеция

Около 9500 г. до н. э. Балтийское ледяное озеро наполнилось водой, когда ледяной фронт отступил к северу от горы Биллинген .

Смотрите также

• Извержение вулкана Гьялп в 1996 году
• Алтайский паводок
• Делювий
• Гигантские волны течения
• Ледниковое озеро Оджибве
• 1818 г., катастрофа ледника Джьетро.
• Наводнение, вызванное прорывом ледникового озера
• Внезапное наводнение

Ссылки

1. Кирк Джонсон (22 июля 2013 г.). «Аляска ищет ответы в летних наводнениях ледников». New York Times . Получено 23 июля 2013 г. У гляциологов даже есть название для этого процесса, который происходит во многих местах по всему миру по мере изменения климата: jokulhlaup, исландское слово, которое обычно переводится как «скачок ледника».
2. Björnsson, Helgi (2002). "Subglacial Lakes and Jökulhlaups in Iceland" (PDF) . Global and Planetary Change . 35 (3–4): 255–271. Bibcode :2003GPC....35..255B. doi :10.1016/s0921-8181(02)00130-3. Архивировано из оригинала (PDF) 31 июля 2021 г. . Получено 8 марта 2013 г. .
3. Шоу, Джон; А. Пугин; RR Янг (декабрь 2008 г.). «Происхождение талых вод для форм ложбин антарктического шельфа с особым вниманием к мегалинеациям». Геоморфология . 102 (3–4): 364–375. Bibcode : 2008Geomo.102..364S. doi : 10.1016/j.geomorph.2008.04.005.
4. Smellie, John L.; JS Johnson; WC McIntosh; R. Esserb; MT Gudmundsson; MJ Hambrey; B. van Wyk de Vriese (апрель 2008 г.). «Шесть миллионов лет ледниковой истории, зафиксированных в вулканических литофациях вулканической группы острова Джеймс Росс, Антарктический полуостров». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология . 260 (1–2): 122–148. Bibcode :2008PPP...260..122S. doi :10.1016/j.palaeo.2007.08.011.
5. Piotrowski, Jan A. (1997). "Подледниковая гидрология в северо-западной Германии во время последнего оледенения: поток грунтовых вод, туннельные долины и гидрологические циклы" (PDF) . Quaternary Science Reviews . 16 (2): 169–185. Bibcode :1997QSRv...16..169P. doi :10.1016/S0277-3791(96)00046-7.
6. Смелли, Джон Л. (май 2008 г.). «Базальтовые подледниковые пластообразные последовательности: доказательства двух типов с различными последствиями для предполагаемой толщины связанного льда». Earth-Science Reviews . 88 (1–2): 60–88. Bibcode :2008ESRv...88...60S. doi :10.1016/j.earscirev.2008.01.004.
7. Здесь можно применить аналогию с водяным дном — вода движется под давлением лежащего сверху льда, точно так же, как это происходит, когда на водяное дно помещают какой-либо груз.
8. Уингем2006
9. Гайдос, Э.; Йоханнессон, Т.; Эйнарссон, Б.; Торстейнссон, Т.; Поправка, JP; Скидмор, М. (28 ноября 2020 г.). «Après Nous, le Déluge: Йёкульхлауп, вызванный человеком, из подледного озера». Письма о геофизических исследованиях . 47 (22). Бибкод : 2020GeoRL..4789876G. дои : 10.1029/2020GL089876. ISSN  0094-8276. S2CID  228838128.
10. Шоу, Джон (1983). «Формирование Драмлин, связанное с инвертированными эрозионными отметками талой воды». Журнал гляциологии . 29 (103): 461–479. Bibcode : 1983JGlac..29..461S. doi : 10.1017/S0022143000030367 .
11. Бини, Клэр Л.; Джон Л. Шоу (2000). «Подледниковая геоморфология юго-восточной Альберты: доказательства эрозии талых вод подледниковья» (PDF) . Канадский журнал наук о Земле . 37 (1): 51–61. doi :10.1139/e99-112.
12. Alley, RB; TK Dupont; BR Parizek; S. Anandakrishnan; DE Lawson; GJ Larson; EB Evenson (апрель 2006 г.). «Внезапное наводнение и начало нагонов ледяных потоков в ответ на похолодание климата: гипотеза». Geomorphology . 75 (1–2): 76–89. Bibcode : 2006Geomo..75...76A. doi : 10.1016/j.geomorph.2004.01.011.
13. Эрлингссон, Ульф (июнь 2008 г.). «Йёкюльхлауп из захваченного шельфового ледника Лаврентия в Мексиканский залив мог вызвать потепление Бёллинга». Geografiska Annaler . 90 (2): 125–140. doi :10.1111/j.1468-0459.2008.00107.x. S2CID  140649492.
14. Эрлингссон, Ульф (1994). «Гипотеза «захваченного шельфового ледника» и ее применимость к вейхзельскому оледенению». Geografiska Annaler . 76 (1–2): 1–12. doi :10.2307/521315. JSTOR  521315.
15. Эшворт, Джеймс (15 апреля 2010 г.). «Извержение может продолжаться месяцами». The Reykjavik Grapevine . Архивировано из оригинала 5 апреля 2012 г. Получено 8 марта 2013 г.
16. «Из Исландии — извержение может продолжаться месяцами». The Reykjavik Grapevine . 15 апреля 2010 г. Архивировано из оригинала 5 апреля 2012 г. Получено 6 августа 2024 г.
17. Робертс, М. Дж. (2005). «Йёкюльхлаупс: переоценка потока паводковых вод через ледники». Обзоры геофизики . 43 (1): 1–21. Bibcode : 2005RvGeo..43.1002R. doi : 10.1029/2003RG000147.
18. "Katla - Monitoring of ice cauldrons". Институт наук о Земле, Исландский университет . Получено 15 июня 2024 г.
19. Клэг, Джон Дж.; Стивен Г. Эванс (май 1997 г.). «Йёкюльхлауп 1994 г. в Фарроу-Крик, Британская Колумбия, Канада». Геоморфология . 19 (1–2): 77–87. Bibcode : 1997Geomo..19...77C. doi : 10.1016/S0169-555X(96)00052-9.
20. Доннелли, Джеффри П.; Нил В. Дрисколл; Элазар Учупи; Ллойд Д. Кейгвин; Уильям К. Шваб; Э. Роберт Тилер; Стивен А. Свифт (февраль 2005 г.). «Катастрофический сброс талой воды в долину Гудзона: потенциальный триггер холодного периода внутри Аллерёда». Геология . 33 (2): 89–92. Bibcode : 2005Geo....33...89D. doi : 10.1130/G21043.1.
21. Министерство торговли США, NOAA. "Suicide Basin". www.weather.gov . Получено 6 августа 2024 г. .
22. "150 работников NTPC пропали без вести после того, как ледник вызвал наводнение в Уттаракханде". mint . 7 февраля 2021 г. Получено 7 февраля 2021 г.

Внешние ссылки

• Видео йёкюльхлёйпа на вулкане Эйяфьятлайокудль, Исландия, 14 апреля 2010 г., блог профессора Дэйва Петли, Даремский университет
• NOAA. Брошюра Йокульхлёйп. Йокульхлёйп в США.

Дальнейшее чтение

• Хельги Бьёрнссон: Подледниковые озера и йёкюльхлаупы в Исландии. Глобальные и планетарные изменения 35 (2002) 255–271