stringtranslate.com

Цикл ледниковых приливов и отливов

Ледник Таку .

Цикл приливно-отливного ледника — это типичное длящееся веками поведение приливно-отливных ледников , которое состоит из повторяющихся периодов наступления, чередующихся с быстрым отступлением и прерываемых периодами стабильности. В течение некоторых частей своего цикла приливно-отливной ледник относительно нечувствителен к изменению климата .

Скорость откола ледников приливной зоны

Отколовшийся айсберг от нескольких приливных ледников, Кейп-Йорк , Гренландия

В то время как климат является основным фактором, влияющим на поведение всех ледников, дополнительные факторы влияют на откалывающиеся ( образующие айсберги ) ледники приливной воды. Эти ледники резко обрываются на границе с океаном, при этом большие куски ледника раскалываются и отделяются, или откалываются , от ледяного фронта в виде айсбергов.

Изменение климата вызывает сдвиг высоты линии равновесия (ELA) ледника. Это воображаемая линия на леднике, выше которой снег накапливается быстрее, чем тает, а ниже которой происходит обратное. Этот сдвиг высоты, в свою очередь, вызывает отступление или продвижение конечной точки к новому устойчивому положению. Однако это изменение поведения конечной точки для откалывающихся ледников также является функцией результирующих изменений в геометрии фьорда и скорости откола на конечной точке ледника по мере изменения ее положения. [1] [2]

Откалывающиеся ледники отличаются от ледников, оканчивающихся на суше, изменением скорости по длине. Скорости ледников, оканчивающихся на суше, снижаются по мере приближения к конечной точке. Откалывающиеся ледники ускоряются у конечной точки. Снижение скорости вблизи конечной точки замедляет реакцию ледника на климат. Ускорение скорости на фронте увеличивает скорость реакции ледника на климатические или динамические изменения ледника. Это наблюдается на Шпицбергене , в Патагонии и на Аляске . [3] [4] [5] Откалывающийся ледник требует большей площади аккумуляции, чем ледник, оканчивающийся на суше, чтобы компенсировать эту более высокую потерю от откола.

Скорость откола во многом контролируется глубиной воды и скоростью ледника на фронте откола. Процесс откола обеспечивает дисбаланс сил на фронте ледников, что увеличивает скорость. [6] Глубина воды на фронте ледника является простой мерой, которая позволяет оценить скорость откола, но именно величина флотации ледника на фронте является конкретной физической характеристикой, которая важна. [3] [4]

Глубина воды на конце ледника является ключевой переменной в прогнозировании откола приливного ледника. [7] [8] Поток обломков и рециркуляция осадков на линии заземления ледника, особенно быстрая в умеренных ледниках Аляски, может изменить эту глубину, выступая в качестве второго порядка контроля колебаний конца ледника. [9] Этот эффект способствует нечувствительности ледника к климату, когда его конец либо отступает, либо наступает в глубокой воде.

Остин Пост был одним из первых, кто предположил, что глубина воды на границе откола сильно влияет на скорость откола айсбергов. [2] Ледники, которые заканчиваются на моренной отмели, как правило, стабильны, но как только ледник отступает в воду, которая становится глубже по мере отступления ледяного фронта, скорость откола быстро увеличивается и приводит к резкому отступлению конечной точки. Используя данные, собранные с 13 отколовшихся ледников Аляски, Браун и др. (1982) вывели следующую зависимость между скоростью откола и глубиной воды: , где - средняя скорость откола ( м ⋅ a −1 ), - коэффициент откола (27,1±2 a −1 ), - средняя глубина воды на фронте ледника (м), а - константа (0 м⋅ a −1 ). Пелто и Уоррен (1991) обнаружили схожую связь откола с приливными ледниками, наблюдаемую в течение более длительных периодов времени, с несколько сниженной скоростью откола по сравнению с преимущественно летними показателями, отмеченными Брауном и др. (1982). [7] [8]

Откол также является важной формой абляции для ледников, которые заканчиваются в пресной воде . Фанк и Рётлисбергер определили связь между скоростью откола и глубиной воды на основе анализа шести ледников, которые откалываются в озера. [10] Они обнаружили, что та же основная зависимость откола, которая была разработана для ледников, откалывающихся в приливной воде, была верна и для ледников, откалывающихся в пресной воде, только коэффициенты откола привели к скорости откола, составляющей 10% от таковой для ледников, откалывающихся в приливной воде.

Фазы приливно-отливного ледника

Наблюдения за ледниками, отколовшимися в приливной воде на Аляске, побудили Остина Поста [2] описать цикл наступления/отступления ледника, отколовшегося в приливной воде: (1) наступление, (2) стабильное расширение, (3) резкое отступление или (4) стабильное сокращение. Ниже приводится подробный обзор цикла ледника, отколовшегося в приливной воде, полученный Постом, с многочисленными приведенными примерами; цикл основан на наблюдениях за умеренными ледниками, отколовшимися в приливной воде на Аляске, а не за ледниками, вытекающими из крупных ледяных щитов или полярных ледников.

Коэффициент площади аккумуляции ледника, AAR, представляет собой процент ледника, который является зоной аккумуляции, покрытой снегом в конце летнего сезона таяния. Этот процент для крупных ледников Аляски составляет от 60 до 70 для ледников без откалывания, 70-80 для ледников с умеренным откалыванием и до 90 для ледников с очень высокой скоростью откалывания. [11] Используя данные коэффициента площади аккумуляции (AAR) для ледников Аляски, откалывающихся в приливной воде, Пелто (1987) [11] и Вьенс (1995) [12] создали модели, показывающие, что климат действует как контроль первого порядка на цикл наступления/отступления откалывающихся ледников в течение большей части цикла наступления и отступления, но существуют также и нечувствительные к климату периоды. Пелто (1987) исследовал поведение 90 ледников Аляски на конечной стадии таяния и обнаружил, что поведение всех 90 ледников на конечной стадии таяния было правильно предсказано на основе AAR и скорости откола. [11]

Продвигаясь

Ледник Хаббарда

Если мы начнем со стабильного отступающего положения в конце цикла ледника приливной воды, то у ледника будет умеренная скорость откола и высокий AAR, выше 70. Ледник сформирует конечную косу осадка , что еще больше снизит скорость откола. Это улучшит баланс массы ледника , и ледник может начать продвигаться из-за этого изменения или увеличения потока льда к конечной точке из-за увеличения снегопада или уменьшения таяния снега. По мере продвижения конечная коса будет выталкиваться вперед ледника и продолжать наращиваться, поддерживая низкую скорость откола. В случае большинства ледников, таких как ледник Таку, ледник в конечном итоге сформирует конечную косу, которая будет находиться над водой, и откол по существу прекратится. Это исключит эту потерю льда ледником, и ледник сможет продолжать продвигаться. Ледник Таку и ледник Хаббард находились в этой фазе цикла. Ледник Таку, который наступал в течение 120 лет, больше не откалывается. У ледника Хаббард все еще есть фронт откалывания. [13] [14] Затем ледник будет расширяться до тех пор, пока AAR не составит от 60 до 70, и не будет достигнуто равновесие неоткалывающегося ледника. Ледник не очень чувствителен к климату во время наступления, поскольку его AAR довольно высок, когда терминальная отмель ограничивает откалывание.

Стабильно-расширенный

В максимально выдвинутом положении ледник снова становится чувствительным к изменению климата. [12] [15] Ледники Брейди и Бэрд являются примерами ледников, которые в настоящее время находятся в этой точке. Ледник Брейди истончался в течение последних двух десятилетий из-за более высоких высот линии равновесия, сопровождающих более теплые условия в регионе, и его вторичные концы начали отступать. Ледник может оставаться в этом положении некоторое время, по крайней мере столетие в случае ледника Брейди. Обычно существенное истончение происходит до того, как начинается отступление от отмели. Это позволило Геологической службе США (USGS) в 1980 году предсказать отступление ледника Колумбия от его конечной отмели. [16] Ледник оставался на этой отмели в течение всего 20-го века. USGS следила за ледником из-за его близости к Вальдезу, Аляска , порту для экспорта сырой нефти из Аляскинского трубопровода . В какой-то момент снижение баланса массы вызовет отступление от отмели в более глубокие воды, в результате чего начнется откол ледника. [2] Судя по недавнему истончению, предполагается, что ледник Брэди готов начать отступать.

Резко отступает

Ледник Колумбия в 2004 году

Скорость откола будет увеличиваться по мере того, как ледник отступает от отмели в более глубокий фьорд, только что очищенный ледником во время наступления. Глубина воды изначально увеличивается по мере того, как ледник отступает от отмели, вызывая все более быстрый ледниковый сток, откол и отступление. Ледник сравнительно нечувствителен к климату во время этого отступления от откола. Однако в случае ледника Сан-Рафаэль , Чили , был отмечен переход от отступления (1945–1990) к наступлению (1990–1997). [17] Текущими примерами этого отступления являются ледники Колумбия и Гийот . Самым известным недавним примером этого является большое отступление ледников Глейшер-Бей и Айси-Бей на Аляске, которое произошло быстро в результате этого процесса. [18] Ледник Мьюир отступил на 33  км с 1886 по 1968 год, при этом все время наблюдался обширный откол. Он ненадолго прекратил отступление в 1890—1892 годах. [19] В 1968 году длина ледника Мьюир все еще составляла 27 км, что составляло менее половины его длины в 1886 году. К 2001 году отступление продолжалось еще на 6,5 км. [20] Сегодня ледник находится около верховья своего фьорда, и при минимальном отколе ледник может оставаться стабильным в этом отступившем положении.

Лучшим современным примером является исследование ледника Колумбия, проведенное Геологической службой США . Они отметили, что средняя скорость откола ледника Колумбия увеличилась с 3 км 3 ⋅a −1 во второй половине 1983 года до 4 км 3 ⋅a −1 в течение первых девяти месяцев 1984 года. Эта скорость была в четыре раза больше, чем измеренная в конце 1977 года, и снова увеличилась в 1985 году. Поток ледника, т. е. движение льда к морю, также увеличился, он был недостаточен для того, чтобы успевать за разрушением и выбросом айсбергов. Вместо этого увеличение скорости, казалось, просто подпитывало все более быстрый конвейер до конечной точки производства айсбергов. Это побудило Геологическую службу США предсказать, что ледник отступит на 32 км, прежде чем стабилизируется. [16] К 2006 году он отступил на 16 км. Вода остается глубокой, а скорость откола и скорость ледника очень высоки, что указывает на то, что отступление будет продолжаться. В этот момент, как и при выплате шарового платежа по ипотеке с плавающей ставкой, ледник должен выплатить совершенно новую часть своего баланса через айсберги. Ледник ускоряется, поскольку поток усиливается процессом откола; это увеличивает экспорт айсбергов с ледника. Большие отступления отколов инициируются потеплением, вызывающим истончение льда. Результирующее отступление к новым условиям равновесия может быть гораздо более обширным, чем будет восстановлено на следующем этапе продвижения. Хорошим примером этого является ледник Мьюир.

После залива Глейшер, залив Айси-Бей претерпел самое масштабное отступление. В начале 20-го века береговая линия была почти прямой, а залив не существовал. Вход в залив был заполнен приливным ледником, который откалывал айсберги прямо в залив Аляска. Спустя столетие отступление ледника открыло многорукавный залив длиной более 30 миль. Приливный ледник разделился на три независимых ледника: Яхтсе, Цаа и ледник Гийо. Другими примерами ледников, которые в настоящее время находятся в фазе отступления, являются ледники Южный Сойер и Сойер на Аляске, отступившие на 2,1 и 2,3 км соответственно с 1961 по 2005 год.

В Патагонии примером быстро отступающего ледника является ледник Хорхе Монт, который впадает в Баха Хорхе Монт в Тихом океане. Истончение льда ледника на низких высотах с 1975 по 2000 год достигло 18 м⋅г −1 на самых низких высотах. Фронт откола ледника испытал значительное отступление на 8,5 км за эти 25 лет в результате быстрого истончения [1].

Стабильно-втянутый

В какой-то момент ледник достигает точки закрепления, где откол снижается из-за сужения фьорда или обмеления, а AAR ледника приближается к 100. Это происходит с ледниками ЛеКонте и Яхтсе . В настоящее время AAR ледника ЛеКонте составляет 90, он находится в отведенном положении и, по всей вероятности, будет продвигаться вперед после формирования конечной отмели. [21] Снижение скорости откола позволяет леднику восстановить равновесие.

Примеры поведения ледников в приливной воде

Ледник Таку

Ледник Таку является хорошим примером этого цикла. Он достиг своего максимального размера около 1750 года. В этот момент он закрыл залив Таку . [22] Впоследствии началось отступление ледника. К тому времени, когда Джон Мьюир увидел ледник в 1890 году, он был близок к своему минимальному размеру, в месте, где фьорд сужался, с глубокой водой впереди. [23] Около 1900 года его AAR 90 привел к началу наступления ледника Таку, в то же время, когда остальные ледники Джуно Айсфилд продолжали отступать. [15] Это наступление продолжалось со скоростью 88 м⋅г −1 , продвинувшись на 5,3 км от минимума 1900 года до 1948 года, все время наращивая, а затем поднимаясь на значительную равнину зандрового стока под его отколовшейся поверхностью. После 1948 года, теперь не отколовшийся ледник Таку обладал AAR, только немного сократившимся (86 и 63). Это привело к дальнейшему продвижению на 1,5 км с уменьшенной скоростью 37 м⋅г −1 . В 1990 году AAR ледника Таку был достаточно высоким 82, чтобы побудить Пелто и Миллера сделать вывод, что ледник Таку продолжит продвигаться в течение оставшегося десятилетия 20-го века. [15] С 1986 по 2005 год высота линии равновесия на леднике выросла без значительного смещения конечной точки, в результате чего AAR снизилась примерно до 72. Пелто и Миллер пришли к выводу, что текущее снижение скорости продвижения с 1970 года объясняется латеральным расширением конечной доли, а не снижением баланса массы, и что основная сила, стоящая за продвижением ледника Таку примерно с 1900 года, обусловлена ​​положительным балансом массы. [15] Недавнее отсутствие положительного баланса массы в конечном итоге замедлит отступление, если оно сохранится.

Последствия изменения климата

Размер ледников приливной воды таков, что цикл ледника приливной воды длится несколько сотен лет. Ледник приливной воды не чувствителен к климату во время фаз наступления и резкого отступления своего цикла. В том же регионе наблюдаются разрозненные реакции конечных ледников среди ледников, откалывающихся от приливной воды, но не ледников, заканчивающихся на суше. Это иллюстрируется 17 основными ледниками ледникового поля Джуно , 5 из которых отступили более чем на 500 м с 1948 года, 11 — более чем на 1000 м, а один ледник Таку надвинулся. Это различие подчеркивает уникальное воздействие цикла ледника приливной воды на поведение конечной части, что привело к тому, что ледник Таку стал нечувствительным к изменению климата за последние 60 лет. В то же время в Патагонии [17] и на Аляске [7] имеются приливные ледники, которые наступали в течение значительного периода времени, приливные ледники, которые быстро отступают, и стабильные приливные ледники.

Ссылки

Сноски

  1. ^ Мерсер, Дж. Х. (1961). «Реакция фьордовых ледников на изменения в пределе фирна». Журнал гляциологии . 3/29 (29): 850–858. Bibcode :1961JGlac...3..850M. doi : 10.1017/S0022143000027222 .
  2. ^ abcd Остин, Пост (1975). «Предварительная гидрография и исторические конечные изменения ледника Колумбия». Атлас гидрологических исследований Геологической службы США HA-559. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  3. ^ ab Vieli, A.; J. Jania; H. Blatter; M. Funk (2004). "Краткосрочные вариации скорости на Hansbreen, леднике приливной воды на Шпицбергене". Journal of Glaciology . 50 (170): 389–398. Bibcode :2004JGlac..50..389V. doi : 10.3189/172756504781829963 .
  4. ^ Аб ван дер Вин, CJ (2004). «Отел приливной воды». Журнал гляциологии . 42 : 375–386.
  5. ^ Уоррен, CR; NF Glasser; AR Kerr; S. Harrison; V. Winchester; A. Rivera (1995). "Характеристики откола ледника в приливной воде на леднике Сан-Рафаэль, Чили". Журнал гляциологии . 41 (138): 273–289. doi : 10.1017/S0022143000016178 .
  6. ^ Хьюз, Теренс (1988). «Откалывание ледяных стен». Annals of Glaciology . 12 : 74–80. doi : 10.1017/S0260305500006984 .
  7. ^ abc Brown, CS; MF Meier; и A. Post (1982). «Скорость откола ледников приливной воды Аляски с применением к леднику Колумбия». Профессиональная статья Геологической службы США . 1044–9612. Геологическая служба США: C1–C13.
  8. ^ ab Pelto, MS; Warren, CR (1991). "Соотношение между скоростью откола ледника в приливной воде и глубиной воды на фронте откола". Annals of Glaciology . 15. Международное гляциологическое общество: 115–118. Bibcode : 1991AnGla..15..115P. doi : 10.1017/S0260305500009617 .
  9. ^ Powell, RD (1991). "Системы заземления как элементы управления второго порядка для колебаний приливных границ ледников умеренного климата". Ледниковая морская седиментация; Палеоклиматическое значение . Специальные статьи Геологического общества Америки. 261 : 75–93. doi :10.1130/SPE261-p75. ISBN 978-0-8137-2261-0.
  10. ^ Функ, М.; Рётлисбергер , Ф. (1989). «Прогнозирование последствий планируемого водохранилища, которое частично затопит язык Унтераарглетчера в Швейцарии». Анналы гляциологии . 13. Международное гляциологическое общество : 76–81. Bibcode : 1989AnGla..13...76F. doi : 10.1017/S0260305500007679 .
  11. ^ abc Pelto, MS (1987). "Массовый баланс ледников юго-восточной Аляски и северо-западной Британской Колумбии с 1976 по 1984 год: методы и результаты" (PDF) . Annals of Glaciology . 9 : 189–193. doi : 10.3189/S0260305500000598 .
  12. ^ ab Viens, RJ (1995). «Динамика и баланс массы ледников, откалывающихся приливной водой на юге Аляски (неопубликованная магистерская диссертация)». Вашингтонский университет. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  13. ^ Пелто, Маури С.; Мэтт Бидл; Мейнард М. Миллер (2005). "Измерения баланса массы ледника Таку, ледяное поле Джуно, Аляска, 1946-2005". Программа исследований ледяного поля Джуно . Получено 11 октября 2007 г.
  14. ^ «Обзор программы/Зачем изучать ледник Хаббард?». Ледник Хаббард, Аляска . Геологическая служба США. 3 января 2007 г. Получено 11 октября 2007 г.
  15. ^ abcd Pelto, M.; MM Miller (1990). «Массовый баланс ледника Таку, Аляска с 1946 по 1986 год». Northwest Science . 64 (3): 121–130.
  16. ^ ab Meier, MF; A. Post; LA Rasmussen; WG Sikonia; LR Mayo (1980). «Отступление ледника Колумбия, Аляска — предварительный прогноз». 80–10. Отчет USGS Open-File. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  17. ^ ab Warren, CR (1993). «Быстрые недавние колебания ледника Сан-Рафаэль, чилийская Патагония: климатические или неклиматические?». Geografiska Annaler . 75A (3): 111–125. doi :10.1080/04353676.1993.11880389.
  18. ^ Powell, RD (1991). «Системы заземления как элементы управления второго порядка для колебаний границ приливной воды умеренных ледников». В JB Anderson и GM Ashley (ред.). Ледниковое морское осадконакопление: палеоклиматическое значение; Специальный доклад 261. Денвер: Геологическое общество Америки. стр. 74–94.
  19. ^ Field, WO (1975). «Ледники прибрежных гор: пограничные хребты (Аляска, Британская Колумбия и территория Юкона)». В WO Field (ред.). Горные ледники Северного полушария . Ганновер, Нью-Гэмпшир: Армейская лаборатория исследований и инжиниринга холодных регионов. С. 299–492.
  20. ^ Molnia, BF (2006). «Поведение ледников Аляски в конце девятнадцатого — начале двадцать первого века как индикаторы изменения регионального климата». Глобальные и планетарные изменения . 56 (1–2). Elsevier BV: 23–56. ASIN  B000PDTHNS. doi :10.1016/j.gloplacha.2006.07.011.
  21. ^ Мотыка, Р.Дж.; Л Хантер; К. Эчелмейер; С. Коннор (2003). «Таяние подводной лодки на конце ледника умеренной приливной воды, ледник ЛеКонте, Аляска». Анналы гляциологии . 36 . Международное гляциологическое общество: 57. Бибкод : 2003AnGla..36...57M. дои : 10.3189/172756403781816374 .
  22. ^ Motyka, RJ; Beget, JE (1996). «Ледник Таку, юго-восточная Аляска, США: позднеголоценовая история приливно-отливного ледника». Arctic and Alpine Research . 28 (1): 42–51. doi :10.2307/1552084. JSTOR  1552084.
  23. ^ Мьюир, Джон (1915). Путешествия по Аляске. Бостон: Houghton Mifflin. ISBN 0-87156-783-0.

Другие ссылки