Разбиране на движението на ледниците: Глобална перспектива

Ледниците, огромни реки от лед, са динамични черти на нашата планета. Те не са статични блокове, а постоянно движещи се маси, отговарящи на гравитацията и условията на околната среда. Разбирането на движението на ледниците е от решаващо значение за разбирането на климатичната система на Земята, еволюцията на ландшафта и въздействието на изменението на климата върху водните ресурси и повишаването на морското равнище.

Какво е ледник?

Преди да се задълбочим в движението на ледниците, от съществено значение е да дефинираме какво представлява ледникът. Ледникът е многогодишна маса от лед, сняг и фирн (частично уплътнен сняг, който е оцелял поне един летен сезон на топене), който се образува в продължение на много години и се движи под собствената си тежест. Ледниците се намират на всеки континент, с изключение на Австралия, от полярните региони до високопланинските планини.

Основни характеристики на ледника включват:

• Размер и дебелина: Ледниците варират по размер от малки циркови ледници до масивни ледени щитове, покриващи хиляди квадратни километри и достигащи километри дебелина.
• Образуване на лед: Ледниковият лед се образува чрез уплътняване и рекристализация на сняг с течение на времето. С натрупването на сняг той компресира подлежащите слоеве, превръщайки снежните кристали в по-плътен фирн и в крайна сметка в ледников лед.
• Движение: Способността да тече под собствената си тежест е определяща характеристика на ледниците.
• Масов баланс: Ледниците натрупват маса чрез натрупване (снеговалеж) и губят маса чрез аблация (топене, сублимация и калване). Балансът между натрупването и аблацията определя дали ледникът се движи напред, отстъпва или е в равновесие.

Механизми на движение на ледниците

Ледниците се движат чрез комбинация от процеси, широко класифицирани като:

• Вътрешна деформация
• Базално плъзгане

Вътрешна деформация

Вътрешната деформация, известна още като пълзене, е процесът, чрез който ледените кристали в ледника се деформират и се плъзгат един покрай друг под въздействието на гравитацията. Скоростта на вътрешна деформация се влияе от няколко фактора:

• Температура: По-топлият лед е по-деформируем от по-студения лед. Температурните градиенти в ледника влияят на скоростта на вътрешна деформация, като по-топлият базален лед се деформира по-лесно.
• Дебелина на леда: Тежестта на надлежащия лед увеличава налягането върху ледените кристали, насърчавайки деформацията. По-дебелите ледници изпитват по-големи скорости на вътрешна деформация.
• Ориентация на ледените кристали: Ориентацията на ледените кристали влияе върху лекотата, с която могат да се деформират. Ледените кристали, подравнени в благоприятна ориентация за деформация, ще допринесат повече за движението на ледника.

Помислете за това като за купчина карти за игра, които се бутат отстрани; картите се плъзгат една срещу друга. В ледника ледените кристали играят ролята на картите.

Базално плъзгане

Базалното плъзгане възниква, когато ледникът се плъзга върху леглото си. Този процес се улеснява от наличието на вода на границата между леда и леглото. Водата може да произхожда от:

• Налягащо топене: Налягането от надлежащия лед намалява точката на топене на водата, причинявайки топене на леда в основата.
• Геотермална топлина: Топлината от вътрешността на Земята може да разтопи леда в основата на ледника.
• Повърхностна вода от топене: Водата от топене от повърхността на ледника може да проникне надолу през цепнатини и мулини (вертикални шахти) до леглото.

Наличието на вода намалява триенето между ледника и неговото легло, позволявайки на ледника да се плъзга по-лесно. Скоростта на базалното плъзгане се влияе от фактори като:

• Водно налягане: По-високото водно налягане намалява триенето и увеличава скоростта на плъзгане.
• Грубост на леглото: По-гладкото легло позволява по-лесно плъзгане, докато грубото легло увеличава триенето.
• Седимент: Наличието на седименти в леглото може или да улесни, или да попречи на плъзгането, в зависимост от неговите свойства.

Базалното плъзгане е особено важен механизъм за бързо течащите ледници и ледени потоци, които могат да се движат със скорост от няколко метра на ден.

Видове ледников поток

Докато вътрешната деформация и базалното плъзгане са основните механизми на движение на ледниците, ледниците проявяват различно поведение на потока в зависимост от своите характеристики и условия на околната среда. Те включват:

• Ламинарен поток
• Щепселен поток
• Разширяващ и компресиращ поток
• Ледникови напор

Ламинарен поток

Ламинарният поток възниква, когато слоеве лед се плъзгат един покрай друг плавно, без смесване. Този тип поток е типичен за по-студените ледници с относително ниски скорости на потока. Скоростният профил на ламинарния поток е такъв, че ледът в основата се движи по-бавно от леда на повърхността, поради триене с леглото.

Щепселен поток

Щепселен поток възниква, когато целият ледник се движи като един блок, без значителна вътрешна деформация. Този тип поток е често срещан при ледници с относително гладко легло и високо водно налягане. Скоростният профил на щепселния поток е по-равномерен от ламинарния поток, като ледът на повърхността и основата се движат с подобни скорости.

Разширяващ и компресиращ поток

Разширяващ и компресиращ поток възниква в области, където наклонът на леглото на ледника се променя. В области, където наклонът на леглото се увеличава (разширяващ поток), ледникът се разтяга и изтънява. В области, където наклонът на леглото намалява (компресиращ поток), ледникът се компресира и удебелява. Тези потокови модели могат да създадат цепнатини (дълбоки пукнатини в леда) в разширяващите се зони и огъващи се (оцветени модели на повърхността на ледника) в компресиращите зони.

Цепнатините се образуват, когато опъващото напрежение в леда надвишава неговата якост. Те могат да бъдат опасни за алпинистите и изследователите.

Ледникови напор

Ледниковите напор са периоди на бързо ускорение в ледниковия поток, по време на които ледникът може да се движи със скорост от десетки или дори стотици метри на ден. Напорите обикновено се предизвикват от натрупването на водно налягане в основата на ледника, което намалява триенето и позволява на ледника да се плъзга бързо. Точните механизми, предизвикващи напори, все още се изследват, но се смята, че фактори като промени в водоснабдяването, топографията на леглото и дебелината на леда играят роля.

Един от най-добре документираните ледници от типа на напор е Variegated Glacier в Аляска, който преживя голям напор през 1995 г. след десетилетия на спокойствие. Напорът доведе до значителни промени в геометрията и потоковите модели на ледника.

Фактори, влияещи върху движението на ледниците

Много фактори влияят на скоростта и стила на движение на ледниците. Те включват:

• Климат
• Топография
• Геология
• Размер и дебелина на ледника

Климат

Климатът е основният двигател на движението на ледниците. Промените в температурата и валежите влияят върху масовия баланс на ледника, което от своя страна влияе върху скоростта му на поток. По-топлите температури водят до повишено топене и намалено натрупване, което кара ледниците да изтъняват и отстъпват. Обратно, по-студените температури и увеличените валежи водят до увеличено натрупване и напредък на ледниците.

Ефектите от изменението на климата се усещат в световен мащаб. Например, ледниците на Хималаите, често наричани „водните кули на Азия“, бързо се топят поради повишаването на температурите. Това има значителни последици за водните ресурси и селското стопанство в региона.

Топография

Топографията на земята, над която тече ледникът, влияе върху движението му. Стръмните склонове насърчават по-бързи скорости на поток, докато нежните склонове забавят потока. Формата на долината или басейна, в която се намира ледникът, също влияе върху неговия потоков модел. Затяганията в долината могат да накарат ледника да ускори, докато по-широките области могат да го накарат да се забави.

Помислете за контраста между долинен ледник, ограничен в стръмни планински стени, и леден щит, разпространяващ се върху относително равна равнина. Долинен ледник обикновено ще проявява по-бързи скорости на поток поради по-стръмния наклон.

Геология

Геологията на ледниковото легло влияе върху скоростта на базалното плъзгане. Гладкото, непропускливо легло насърчава по-бързото плъзгане, докато грубото, пропускливо легло го забавя. Наличието на седименти в леглото може също да повлияе на скоростта на плъзгане, в зависимост от неговите свойства. Например, някои видове седименти (като меки глини) могат лесно да се деформират и да позволят на ледника да се плъзга по-лесно.

Размер и дебелина на ледника

По-големите, по-дебели ледници обикновено се движат по-бързо от по-малките, по-тънки ледници. Това е така, защото тежестта на леда увеличава налягането върху ледените кристали, насърчавайки вътрешната деформация, и водното налягане в леглото, насърчавайки базалното плъзгане.

Въздействието на движението на ледниците

Движението на ледниците има дълбоко въздействие върху ландшафта, климата и човешките общества.

• Еволюция на ландшафта
• Регулиране на климата
• Водни ресурси
• Природни опасности

Еволюция на ландшафта

Ледниците са мощни агенти на ерозия и отлагане. Докато се движат, те издълбават долини, оформят планини и транспортират огромни количества седименти. Ледниковата ерозия създава отличителни форми на релефа като:

• U-образни долини
• Циркуси (депресии във формата на купа)
• Арети (остри гребени)
• Рогове (пирамидални върхове)
• Стриации (драскотини върху скалната основа)

Ледниковото отлагане създава форми на релефа като:

• Морени (гребени от седименти, отложени по краищата на ледника)
• Ескери (извити гребени от седименти, отложени от потоци от стопена вода под ледника)
• Ками (насипи от седименти, отложени на повърхността на ледника)
• Заливни равнини (равни области от седименти, отложени от потоци от стопена вода отвъд края на ледника)

Фиордите на Норвегия са класически пример за U-образни долини, издълбани от ледници по време на минали ледникови периоди. Големите езера на Северна Америка също са образувани от ледникова ерозия.

Регулиране на климата

Ледниците играят роля в регулирането на климата на Земята. Техните светли повърхности отразяват слънчевата светлина обратно в космоса, като помагат да се запази планетата хладна. Те също така съхраняват големи количества вода, която може да омекоти потока на потоците и да помогне за буфериране срещу суши.

Въпреки това, тъй като ледниците се топят поради изменението на климата, те допринасят за повишаване на морското равнище и намаляват количеството слънчева светлина, отразена обратно в космоса, което може допълнително да ускори затоплянето.

Водни ресурси

Ледниците са важен източник на прясна вода за много региони на света. Водата от топенето от ледниците осигурява вода за пиене, напояване и хидроенергия. Въпреки това, тъй като ледниците намаляват поради изменението на климата, наличността на тази вода е застрашена.

В планините Анди в Южна Америка много общности разчитат на ледникова вода за своето водоснабдяване. Намаляването на ледниците в този регион причинява недостиг на вода и конфликти за водните ресурси.

Природни опасности

Движението на ледниците може също да представлява природни опасности. Ледниковите напори могат да предизвикат катастрофални наводнения, известни като jökulhlaups. Тези наводнения могат да наводнят надолу по течението, причинявайки широко разпространени щети и загуба на живот.

Вулканът Grimsvötn в Исландия е разположен под ледената шапка Vatnajökull. Изригванията на Grimsvötn могат да разтопят големи количества лед, предизвиквайки jökulhlaups, които могат да застрашат инфраструктурата и общностите надолу по течението.

Мониторинг на движението на ледниците

Мониторингът на движението на ледниците е от съществено значение за разбирането на динамиката на ледниците и тяхната реакция на изменението на климата. Използват се няколко техники за наблюдение на движението на ледниците, включително:

• Дистанционно наблюдение от спътници
• Наземни проучвания
• GPS измервания
• Фотография с изминало време

Дистанционно наблюдение от спътници

Дистанционното наблюдение от спътници предоставя рентабилен и ефективен начин за наблюдение на движението на ледниците в големи области. Сателитните изображения могат да се използват за проследяване на промените в обхвата на ледниците, скоростта на потока и надморската височина на повърхността. Интерферометричният радар със синтетична апертура (InSAR) е особено полезна техника за измерване на движението на ледниците, тъй като може да открива фини промени в повърхността на Земята с висока прецизност.

Наземни проучвания

Наземните проучвания включват извършване на директни измервания на движението на ледниците с помощта на геодезически инструменти като тотални станции и теодолити. Тези измервания могат да предоставят високо точни данни за скоростите на потока на ледниците и моделите на деформация. Наземните проучвания обаче са трудоемки и могат да бъдат предизвикателни за провеждане в отдалечени и опасни среди.

GPS измервания

GPS (Глобална система за позициониране) измерванията осигуряват сравнително лесен и точен начин за проследяване на движението на ледниците. GPS приемниците могат да бъдат поставени на повърхността на ледника и да се използват за проследяване на тяхното положение с течение на времето. Данните, събрани от GPS приемниците, могат да се използват за изчисляване на скоростите на потока на ледниците и скоростите на деформация.

Фотография с изминало време

Фотографията с изминало време включва правене на поредица от фотографии на ледник с течение на времето. Чрез сравняване на фотографиите е възможно да се визуализира движението на ледника и да се проследят промените в обхвата на ледника и повърхностните характеристики. Фотографията с изминало време може да бъде ценен инструмент за ангажиране на обществеността и повишаване на осведомеността за въздействието на изменението на климата върху ледниците.

Заключение

Движението на ледниците е сложен и очарователен феномен, който играе решаваща роля при оформянето на нашата планета. Разбирането на механизмите на движение на ледниците, факторите, които го влияят, и неговото въздействие върху ландшафта, климата и човешките общества е от съществено значение за справяне с предизвикателствата, породени от изменението на климата, и устойчиво управление на водните ресурси.

Тъй като ледниците продължават да се топят и отстъпват в отговор на изменението на климата, е по-важно от всякога да наблюдаваме движението им и да разберем последствията за бъдещето.

Чрез използването на комбинация от научни изследвания, технологични постижения и обществено участие, можем да придобием по-задълбочено разбиране на движението на ледниците и да работим за по-устойчиво бъдеще за нашата планета.

Допълнителна литература

• Paterson, W. S. B. (1994). *The physics of glaciers* (3rd ed.). Butterworth-Heinemann.
• Benn, D. I., & Evans, D. J. A. (2010). *Glaciers & glaciation* (2nd ed.). Hodder Education.