В гляциологии ледниковый щит , также известный как континентальный ледник , [2] представляет собой массу ледникового льда , которая покрывает окружающую местность и имеет площадь более 50 000 км 2 (19 000 квадратных миль). [3] Единственными современными ледяными щитами являются Антарктический ледниковый щит и Гренландский ледниковый щит . Ледяные щиты больше, чем шельфовые ледники или альпийские ледники . Массы льда, покрывающие менее 50 000 км2, называются ледяной шапкой . Ледяная шапка обычно питает ряд ледников по своей периферии.
Хотя поверхность холодная, основание ледяного щита обычно теплее из-за геотермального тепла. Местами происходит таяние, и талая вода смазывает ледниковый покров, заставляя его течь быстрее. В результате этого процесса в ледяном покрове образуются каналы с быстрым течением — ледяные потоки .
В предыдущие геологические периоды времени ( ледниковые периоды ) существовали и другие ледниковые щиты: во время последнего ледникового периода во время последнего ледникового максимума Лаврентидский ледниковый щит покрывал большую часть Северной Америки , Вейксельский ледниковый щит покрывал Северную Европу , а Патагонский ледниковый щит покрывал юг Юга. Америка .
Ледниковый щит — это «ледяное тело, возникшее на суше и занимающее территорию размером с континент, обычно определяемое как площадь >50 000 км 2 , и которое формировалось на протяжении тысячелетий в результате накопления и уплотнения снега». [4] : 2234
Ледяные щиты обладают следующими свойствами: «Ледяной щит стекает наружу с высокого центрального ледяного плато с небольшим средним уклоном поверхности. Края обычно имеют более крутой уклон, и большая часть льда выбрасывается через быстротекущие ледяные потоки или выводные ледники , часто в в море или в шельфовые ледники , плавающие в море». [4] : 2234
В движении льда преобладает движение ледников , активность которых определяется рядом процессов. [6] Их движение является результатом циклических всплесков, перемежающихся более длительными периодами бездействия, как в часовом, так и в столетнем масштабе времени.
До недавнего времени ледяные щиты рассматривались как инертные компоненты углеродного цикла и практически не учитывались в глобальных моделях. Исследования последнего десятилетия изменили эту точку зрения, продемонстрировав существование уникально адаптированных микробных сообществ , высокие темпы биогеохимического /физического выветривания ледниковых щитов, а также хранение и круговорот органического углерода, превышающего 100 миллиардов тонн, а также питательных веществ (см. диаграмму). ). [5]
Восточно -Антарктический ледниковый щит (EAIS) расположен между 45° западной долготы и 168° восточной долготы. Впервые он образовался около 34 миллионов лет назад [11] и является крупнейшим ледниковым щитом на всей планете, его объем гораздо больше, чем у Гренландского ледникового щита или Западно-Антарктического ледникового щита (WAIS), от которого он отделен Трансантарктические горы . Ледяной щит имеет среднюю толщину около 2,2 км (1,4 мили) и 4897 м (16 066 футов) в самой толстой точке. [12] Здесь также расположены географический Южный полюс , Южный магнитный полюс и Южнополярная станция Амундсена-Скотта .
Поверхность EAIS — самое сухое, ветреное и холодное место на Земле. Недостаток влаги в воздухе, высокое альбедо снега, а также постоянно высокая высота поверхности [13] приводят к зарегистрированным рекордам низких температур почти -100 ° C (-148 ° F). [14] [15] Это единственное место на Земле, достаточно холодное, чтобы постоянно происходила инверсия температуры атмосферы. То есть, хотя атмосфера обычно самая теплая у поверхности и становится прохладнее на большей высоте, атмосфера во время антарктической зимы прохладнее у поверхности, чем в ее средних слоях. Следовательно, парниковые газы фактически удерживают тепло в средней атмосфере и уменьшают его поток к поверхности, пока сохраняется температурная инверсия. [13]Ледниковый щит Гренландии представляет собой ледяной щит толщиной около 1,67 км (1,0 мили) в среднем и почти 3,5 км (2,2 мили) в самой толстой точке. [16] Его длина составляет почти 2900 километров (1800 миль) в направлении с севера на юг, а наибольшая ширина составляет 1100 километров (680 миль) на широте 77 ° северной широты , недалеко от его северного края. [17] Он занимает площадь 1 710 000 квадратных километров (660 000 квадратных миль), около 80% поверхности Гренландии , и является вторым по величине массивом льда в мире после ледяного щита Восточной Антарктики . [16] Аббревиатуры ГИС или ГрИС также часто используются в научной литературе . [18] [19] [20] [21]
Хотя в Гренландии крупные ледники и ледяные шапки существовали уже по меньшей мере 18 миллионов лет, [22] единый ледниковый щит впервые покрыл большую часть острова около 2,6 миллиона лет назад. [23] С тех пор он как вырос, иногда значительно больше, чем сейчас, [24] [25] , так и уменьшился до менее чем 10% своего объема по крайней мере один раз. [26] [27] [28] Возраст самого старого известного льда составляет около 1 миллиона лет. [29] Из-за выбросов человеком парниковых газов, ледяной покров сейчас является самым теплым за последние 1000 лет, [30] и теряет лед самыми быстрыми темпами, по крайней мере, за последние 12 000 лет. [31]
Таяние ледяных щитов Гренландии и Западной Антарктики будет продолжать способствовать повышению уровня моря в течение длительного времени. Утрата ледникового щита Гренландии в основном вызвана таянием сверху. Потеря антарктического льда вызвана таянием выходных ледников теплой океанской водой . [32] : 1215
Будущее таяние ледяного щита Западной Антарктики потенциально может быть резким при сценарии высоких выбросов вследствие частичного обрушения. [33] : 595–596 Часть ледникового щита опирается на коренную породу ниже уровня моря. Это делает его, возможно, уязвимым для самоусиливающегося процесса нестабильности морского ледникового покрова . Нестабильность морских ледяных утесов также может способствовать частичному обрушению. Но существуют ограниченные доказательства его важности. [32] : 1269–1270 Частичный коллапс ледникового покрова приведет к быстрому повышению уровня моря и локальному уменьшению солености океана. Это будет необратимо в течение десятилетий, а возможно, даже тысячелетий. [33] : 595–596 Полная потеря ледникового покрова Западной Антарктики приведет к повышению уровня моря более чем на 5 метров (16 футов). [34]
В отличие от ледникового щита Западной Антарктики, таяние ледникового щита Гренландии, согласно прогнозам, будет происходить более постепенно в течение тысячелетий. [33] : 595–596 Устойчивое потепление от 1 °C (1,8 °F) (низкая достоверность) до 4 °C (7,2 °F) (средняя достоверность) приведет к полной потере ледникового покрова. Это повысит уровень моря во всем мире на 7 м (23 фута). [35] : 363 Потеря льда может стать необратимой из-за дальнейшей самоусиливающейся обратной связи. Это называется обратной связью баланса массы возвышения и поверхности. Когда лед тает на вершине ледникового щита, высота падает. На более низких высотах температура воздуха выше, что способствует дальнейшему таянию. [35] : 362Оледенение Антарктиды началось в позднем палеоцене или среднем эоцене между 60 [36] и 45,5 миллионами лет назад [37] и усилилось во время эоцен-олигоценового вымирания около 34 миллионов лет назад. Уровни CO 2 тогда составляли около 760 частей на миллион [38] и снижались по сравнению с предыдущими уровнями на тысячи частей на миллион. Уменьшение углекислого газа, достигающее переломного момента в 600 частей на миллион, было основным фактором, вызвавшим оледенение Антарктики. [39] Оледенению способствовал период, когда на орбите Земли было прохладное лето, но изменения маркеров цикла соотношения изотопов кислорода были слишком велики, чтобы их можно было объяснить только ростом ледникового покрова Антарктики, указывающим на ледниковый период определенного размера. [40] Открытие пролива Дрейка , возможно, также сыграло свою роль [41] , хотя модели изменений предполагают, что снижение уровня CO 2 было более важным. [42]
Ледяной покров Западной Антарктики несколько уменьшился в теплую эпоху раннего плиоцена , примерно пять-три миллиона лет назад; за это время открылось море Росса . [43] Однако существенного сокращения наземного ледникового щита Восточной Антарктики не произошло. [44]Хотя есть свидетельства существования крупных ледников в Гренландии на протяжении большей части последних 18 миллионов лет, [22] они были больше похожи на различные более мелкие современные образования, такие как Маниитсок и Фладе Исблинк , которые занимают площадь 76 000 и 100 000 квадратных километров (29 000 и 39 000 кв. миль) по периферии. Условия в Гренландии изначально не были подходящими для существования единого сплоченного ледникового щита, но ситуация начала меняться около 10 миллионов лет назад , в среднем миоцене , когда две пассивные континентальные окраины , которые сейчас образуют возвышенности Запада и Востока, Гренландия впервые испытала поднятие , которое в конечном итоге сформировало верхнюю поверхность планации на высоте от 2000 до 3000 метров над средним уровнем моря . [45] [46]
Позже, во время плиоцена , нижняя поверхность равнины высотой от 500 до 1000 метров над уровнем моря образовалась во время второго этапа поднятия 5 миллионов лет назад, а третий этап создал множество долин и фьордов под поверхностями выравнивания. Это увеличение высоты привело к усилению оледенения из-за увеличения орографических осадков и более низких температур поверхности , что облегчило накопление льда в более холодные периоды и сохранение его при более высоких колебаниях температуры. [45] [46] Хотя всего 3 миллиона лет назад, во время теплого периода плиоцена, лед Гренландии ограничивался самыми высокими вершинами на востоке и юге, [47] с тех пор ледяной покров постепенно расширялся, [23] до тех пор, пока уровень CO2 в атмосфере не упал до 2,7–2,6 миллионов лет назад, что привело к снижению температуры настолько, что тем временем образовались разрозненные ледяные шапки, которые соединились и покрыли большую часть острова. [18]
Часто основание ледникового щита достаточно теплое из-за геотермальной активности , и под ним находится немного жидкой воды. [49] Эта жидкая вода, подверженная огромному давлению из-за продолжающегося движения массивных слоев льда над ней, становится инструментом интенсивной водной эрозии , которая в конечном итоге не оставляет ничего, кроме коренной породы под ледниковым покровом. Тем не менее, вблизи вершины Гренландского ледникового щита есть участки, где верхние слои ледникового покрова скользят над самым нижним слоем льда, который примерз к земле, сохраняя древнюю почву , которую затем можно будет обнаружить, когда ученые пробурят скважину. ледяные керны глубиной до 4 километров (2,5 миль). Самая старая такая почва была непрерывно покрыта льдом в течение примерно 2,7 миллионов лет, [28] в то время как другой ледяной керн глубиной 3 километра (1,9 мили) от вершины обнаруживает лед возрастом около 1 000 000 лет. [29]
С другой стороны, образцы океанских отложений из Лабрадорского моря свидетельствуют о том, что почти вся южная Гренландия растаяла около 400 000 лет назад, во время стадии морских изотопов 11 , [26] [50] и другие образцы ледяных кернов, взятые из лагеря Сенчури. на северо-западе Гренландии на глубине 1,4 км (0,87 мили) продемонстрировали, что лед там таял по крайней мере один раз за последние 1,4 миллиона лет, во время плейстоцена , и что он не возвращался по крайней мере 280 000 лет. [27] В совокупности эти результаты позволяют предположить, что менее 10% нынешнего объема ледникового покрова осталось в те геологически недавние периоды, когда температура была менее чем на 2,5 °C (4,5 °F) выше, чем в доиндустриальную эпоху, что противоречит тому, как модели климата обычно имитируют постоянное присутствие твердого льда в таких условиях. [51] [28]
Помимо предоставления важной информации о прошлом состоянии ледникового щита и его влиянии на повышение уровня моря, ледяные керны также имеют неоценимое значение для других видов палеоклиматических исследований. Тонкие различия в распределении изотопов молекул воды в ледяном керне могут раскрыть важную информацию о круговороте воды в то время, [52] а пузырьки воздуха, замороженные внутри ледяного керна, дают снимок нижних слоев атмосферы , детализируя состав газа и твердых частиц , которые он использовал. иметь. [53] [54] При правильном анализе ледяные керны предоставляют множество косвенных данных , подходящих для восстановления прошлых температурных рекордов , [52] характера осадков , [55] извержений вулканов , [56] изменений солнечной активности , [53] первичной продукции океана , [54] и даже изменения в почвенно -растительном покрове и связанная с этим частота лесных пожаров . [57] Ледяные керны из Гренландии также свидетельствуют о антропогенном воздействии, например, о производстве свинца во времена Древней Греции [58] и Римской империи . [59]