Ледяной толчок (также известный как припай , ледяная волна, ледяной толчок, ледяная пучина, нагромождение льда на береговой линии , нагромождение льда, ледяной натиск , ледяное цунами , [1] наезд льда или ivu на инупиатском языке ) — это выброс льда из океана или большого озера на берег . [2] Ледяные толчки вызываются океанскими течениями , сильными ветрами или перепадами температур, которые толкают лед на берег, [3] создавая нагромождения высотой до 12 метров (40 футов). Ледяные толчки могут быть вызваны колебаниями температуры, действием ветра или изменением уровня воды [3] и могут вызвать опустошение прибрежных арктических сообществ. Циклическое изменение климата также будет играть роль в формировании и частоте событий ледяных толчков; повышение глобальной температуры приводит к увеличению открытой воды, что облегчает движение льда. Системы низкого давления дестабилизируют ледяные щиты и направляют их к берегу. [1] Также называемый «припаем», он является важным компонентом прибрежной морской ледяной системы, включая динамику отложений. Арктические народы используют эти ледяные толчки для путешествий и охоты. Кольчатые нерпы , важная добыча для белых медведей, специально приспособлены для поддержания дыхательных отверстий в ледяных толчках, в которых отсутствуют те же отверстия, которые обычно используются морскими млекопитающими в дрейфующих ледяных покровах. Тот простой факт, что кольчатая нерпа уникально приспособлена к использованию ледяных толчков для дыхательных отверстий, и что белые медведи приспособились к такому поведению для охоты, а также тот факт, что у инупиатов есть отдельный термин для этого явления, указывает на то, что ледяные толчки являются регулярным и продолжающимся явлением в Арктике. [4]
Когда температура понижается, лед сжимается и образует трещины напряжения; затем вода просачивается в эти трещины напряжения и замерзает. Когда температура повышается, ледяной щит расширяется. Эта последовательность событий происходит циклически, пока весь ледяной щит значительно не расширится. Если этот ледяной щит соприкасается с береговой линией, он может оказывать значительное давление на сушу, вызывая смещение прибрежного материала. [3] Когда колебания температуры достаточно резкие, сокращение ледяного щита тянется достаточно далеко от берега, образуя полосу воды; например, падение с 0 °C до -20 °C приводит к уменьшению объема ледяного щита толщиной 1,5 км на 11 %. [3] Эта полоса воды впоследствии замерзает. Когда температура повышается с достаточной скоростью (~1 °C/час в течение более 5 часов), ледяной щит расширяется на сушу. [3] Физический состав самого льда также важен; Лед, образовавшийся из пропитанного водой снега, известный как белый лед, препятствует процессу термического расширения льда, поскольку его альбедо выше, чем у других форм льда, что приводит к более низкой теплопроводности . Для того чтобы условия способствовали термическому расширению льда и, в свою очередь, ледяным толчкам, лед должен быть восприимчивым к изменению температуры, что делает черный лед более подходящим для образования ледяных толчков. [3]
Поскольку земля нагревается быстрее льда и передает тепло прилегающему льду, лед, расположенный ближе всего к берегу, тает первым при повышении температуры. [3] Затем вода находится между ледяным щитом и береговой линией, облегчая движение ледяных щитов, когда на них действует ветер. Открытый канал воды позволяет снизить силы сопротивления на ледяном щите, увеличивая вероятность того, что может произойти событие ледяного толчка. [1] Направление ветра в конечном итоге направляет движение ледяного толчка. Эффективность ветра как движущей силы для движения льда зависит от множества факторов, включая размер и форму водоема и силу ветра. Большие, широко открытые водоемы имеют большую площадь поверхности для воздействия ветра по сравнению с меньшими, защищенными водоемами. Постоянные, высокоскоростные ветры прилагают большую силу, чем более медленные порывы ветра, что делает их оптимальными для движения ледяных щитов к берегу. [3]
Падение уровня воды вызывает изгибающую силу между льдом, который уже прорвался через берег, и льдом, плавающим непосредственно у берега. Эта изгибающая сила вызывает трещины во льду, через которые вода может просочиться и замерзнуть. Когда уровень воды снова поднимается, лед испытывает сжимающие силы , которые впоследствии выталкивают его на сушу. Этот механизм сопоставим с процессом теплового расширения, описанным выше. [3]
Арктические сообщества могут быть затронуты ледяными толчками. Ледовые толчки обычно происходят вдоль Чукотского моря, в том числе в Уэйнрайт, Аляска и Барроу , Аляска . [5] Исследования показали, что формирование припая начинает происходить позже, а разрушение — раньше в Чукотском море и море Бофорта . Больше дней с открытой водой увеличивают вероятность разрушительных прибрежных событий, таких как ледяные толчки в этих регионах. Некоторые описывают их как «ледяные цунами », [6], но это явление работает как айсберг . [7] Свидетели описывают звук толчка как звук поезда или грома . [ 2] [8] [9] [6] Ледовые толчки могут повредить здания и растения, которые находятся рядом с водоемом. [2] [6] [8] [9] [10]
Как описано выше, явления ледяного припая происходят из-за деформации припая, льда, который прикреплен к побережью. Припай растет либо локально, либо путем слияния с дрейфующим льдом . В Арктике Трансполярное дрейфовое течение и круговорот Бофорта в основном отвечают за перемещение морского льда. В круговороте Бофорта поверхностный перенос льда направлен на запад к побережью Аляски, следовательно, является движущей силой роста припая. [11] В последние десятилетия наблюдается сокращение ледового покрова в Арктике . [12] [13] Припай образуется позже и отступает раньше, что приводит к большему количеству дней с открытой водой. Открытые воды приводят к более длительному ветровому нагону , что, в свою очередь, создает более энергичные волны вблизи прибрежных зон, увеличивая эрозию быстрого льда. [13] [14] Потеря морского льда напрямую приводит к более низкому альбедо поверхности и, следовательно, к более высоким температурам в Арктике. [1] [14] Эти процессы, связанные с изменением климата, могут привести к более частому возникновению явлений ледяного припая.
Ледяные толчки обычно происходят поздней осенью или ранней весной, когда лед относительно нестабилен из-за более высоких температур. [1] Они также могут происходить в середине зимы, как показало событие ледяного толчка 2016 года на мысе Эспенберг , Аляска . [1] Сильная область низкого давления привела к благоприятным условиям для ледяного толчка. Ледяные толчки все еще могут происходить, когда в Арктике есть безледное лето, что, как показывают исследования, может иногда происходить уже к 2050 году. [15] В случае отсутствия будущего сокращения выбросов углекислого газа предполагается, что также возможны безледные арктические зимы, [15] потенциально приводящие к сокращению случаев арктических ледяных толчков в эти годы. Однако эти временные изменения и их влияние на ледяные толчки все еще являются предметом обсуждения. Это в значительной степени зависит от местоположения и времени безледных условий.
Ледяные толчки не ограничиваются только полярными широтами; они также происходят в более высоких средних широтах . Если более продолжительный холодный период, который часто связан с полярным вихрем , позволяет льду локально расти в более крупном водоеме, за которым следует внезапное потепление и сильные ветры, ледяные толчки могут появляться таким же образом, как в арктических регионах. Уменьшение площади арктического морского льда также связано с замедлением Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) из-за пресной воды и температурных аномалий. [16] Из-за сложных взаимодействий океана и атмосферы это может привести к более высокой штормовой активности в средних широтах. Это изменение может потенциально создать более благоприятные условия для возникновения ледяных толчков в средних широтах, хотя никаких исследований по этому вопросу не проводилось.