Liustike liikumise mõistmine: globaalne vaade

Liustikud, suured jääjõed, on meie planeedi dünaamilised tunnusjooned. Need ei ole staatilised plokid, vaid pidevalt liikuvad massid, mis reageerivad gravitatsioonile ja keskkonnatingimustele. Liustike liikumise mõistmine on ülioluline Maa kliimasüsteemi, maastiku arengu ning kliimamuutuste mõju mõistmiseks veeressurssidele ja meretaseme tõusule.

Mis on liustik?

Enne liustike liikumisse süvenemist on oluline defineerida, mis on liustik. Liustik on pikaajaline jää, lume ja firni (osaliselt kokku surutud lumi, mis on üle elanud vähemalt ühe suvise sulamisperioodi) mass, mis moodustub paljude aastate jooksul ja liigub oma raskuse all. Liustikke leidub igal mandril peale Austraalia, alates polaaraladest kuni kõrgete mägedeni.

Liustiku peamised omadused on järgmised:

• Suurus ja paksus: Liustike suurus varieerub väikestest orvandi- ehk kaarliustikest kuni massiivsete mandriliustikeni, mis katavad tuhandeid ruutkilomeetreid ja ulatuvad kilomeetrite paksuseni.
• Jää teke: Liustikujää moodustub lume tihenemise ja ümberkristalliseerumise teel aja jooksul. Kui lumi koguneb, surub see allolevad kihid kokku, muutes lumekristallid tihedamaks firniks ja lõpuks liustikujääks.
• Liikumine: Võime voolata oma raskuse all on liustike defineeriv omadus.
• Massibilanss: Liustikud koguvad massi akumulatsiooni (lumesadu) kaudu ja kaotavad massi ablatsiooni (sulamise, sublimatsiooni ja murdumise) kaudu. Akumulatsiooni ja ablatsiooni vaheline tasakaal määrab, kas liustik pealetungib, taandub või on tasakaalus.

Liustike liikumise mehhanismid

Liustikud liiguvad mitmete protsesside kombinatsioonina, mis jagunevad laias laastus:

• Sisemine deformatsioon
• Basaalne libisemine

Sisemine deformatsioon

Sisemine deformatsioon, tuntud ka kui roomamine, on protsess, mille käigus liustiku sees olevad jääkristallid deformeeruvad ja libisevad üksteisest mööda gravitatsioonijõu mõjul. Sisemise deformatsiooni kiirust mõjutavad mitmed tegurid:

• Temperatuur: Soojem jää on deformeeritavam kui külmem jää. Temperatuuri gradient liustiku sees mõjutab sisemise deformatsiooni kiirust, kusjuures soojem alusjää deformeerub kergemini.
• Jää paksus: Peal oleva jää kaal suurendab survet jääkristallidele, soodustades deformatsiooni. Paksemad liustikud kogevad suuremat sisemise deformatsiooni määra.
• Jääkristallide orientatsioon: Jääkristallide orientatsioon mõjutab nende deformeerumise lihtsust. Deformatsiooniks soodsas orientatsioonis olevad jääkristallid aitavad liustiku liikumisele rohkem kaasa.

Mõelge sellele nagu kaardipakile, mida küljelt lükatakse; kaardid libisevad üksteise vastu. Liustikus mängivad jääkristallid kaartide rolli.

Basaalne libisemine

Basaalne libisemine toimub siis, kui liustik libiseb oma aluspinnal. Seda protsessi soodustab vee olemasolu jää ja aluspinna vahel. Vesi võib pärineda:

• Rõhu all sulamine: peal oleva jää rõhk alandab vee sulamistemperatuuri, põhjustades jää sulamist aluspinnas.
• Geotermiline soojus: Maa sisemusest tulev soojus võib sulatada jääd liustiku aluspinnas.
• Pinnasulavesi: liustiku pinnalt pärit sulavesi võib imbuda läbi lõhede ja moulin'ide (vertikaalsete šahtide) aluspinnale.

Vee olemasolu vähendab hõõrdumist liustiku ja selle aluspinna vahel, võimaldades liustikul kergemini libiseda. Basaalse libisemise kiirust mõjutavad sellised tegurid nagu:

• Vee rõhk: Kõrgem vee rõhk vähendab hõõrdumist ja suurendab libisemiskiirust.
• Aluspinna karedus: Siledam aluspind võimaldab kergemat libisemist, samas kui kare aluspind suurendab hõõrdumist.
• Setted: setete olemasolu aluspinnal võib olenevalt nende omadustest libisemist kas soodustada või takistada.

Basaalne libisemine on eriti oluline mehhanism kiiresti voolavatele liustikele ja jäävooludele, mis võivad liikuda mitu meetrit päevas.

Liustike voolutüübid

Kuigi sisemine deformatsioon ja basaalne libisemine on liustike liikumise põhilised mehhanismid, on liustikel sõltuvalt nende omadustest ja keskkonnatingimustest erinev voolukäitumine. Nende hulka kuuluvad:

• Laminaarne vool
• Plokk-vool
• Laienev ja kokkusuruv vool
• Liustiku sööstud

Laminaarne vool

Laminaarne vool toimub siis, kui jääkihid libisevad sujuvalt üksteisest mööda, ilma segunemiseta. See voolutüüp on tüüpiline külmematele liustikele, millel on suhteliselt madal voolukiirus. Laminaarse voolu kiirusprofiil on selline, et jää aluspinnal liigub aeglasemalt kui pindmine jää, mis on tingitud hõõrdumisest aluspinnaga.

Plokk-vool

Plokk-vool toimub siis, kui kogu liustik liigub ühe plokina, ilma olulise sisemise deformatsioonita. See voolutüüp on levinud suhteliselt sileda aluspinnaga ja kõrge veerõhuga liustikes. Plokk-voolu kiirusprofiil on ühtlasem kui laminaarsel voolul, kus pindmine ja aluspinna jää liiguvad sarnase kiirusega.

Laienev ja kokkusuruv vool

Laienev ja kokkusuruv vool esineb piirkondades, kus liustiku aluspinna kalle muutub. Piirkondades, kus aluspinna kalle suureneb (laienev vool), venib ja õheneb liustik. Piirkondades, kus aluspinna kalle väheneb (kokkusuruv vool), surutakse liustik kokku ja pakseneb. Need voolumustrid võivad tekitada laienevates piirkondades lõhesid (sügavad praod jääs) ja kokkusuruvates piirkondades ogiive (vöödilised mustrid liustiku pinnal).

Lõhed tekivad seal, kus tõmbepinge jääs ületab selle tugevuse. Need võivad olla ohtlikud alpinistidele ja teadlastele.

Liustiku sööstud

Liustiku sööstud on liustiku voolu kiire kiirenemise perioodid, mille jooksul liustik võib liikuda kümnete või isegi sadade meetrite kiirusega päevas. Sööstud käivitab tavaliselt vee rõhu suurenemine liustiku aluspinnal, mis vähendab hõõrdumist ja võimaldab liustikul kiiresti libiseda. Sööste käivitavad täpsed mehhanismid on endiselt uurimisel, kuid arvatakse, et rolli mängivad sellised tegurid nagu veevarustuse muutused, aluspinna topograafia ja jää paksus.

Üks paremini dokumenteeritud sööst-tüüpi liustikke on Variegated Glacier Alaskal, mis koges 1995. aastal pärast aastakümneid kestnud paigalseisu suurt sööstu. Sööst tõi kaasa olulisi muutusi liustiku geomeetrias ja voolumustrites.

Liustike liikumist mõjutavad tegurid

Liustike liikumiskiirust ja -stiili mõjutavad paljud tegurid. Nende hulka kuuluvad:

• Kliima
• Topograafia
• Geoloogia
• Liustiku suurus ja paksus

Kliima

Kliima on liustike liikumise peamine liikumapanev jõud. Temperatuuri ja sademete muutused mõjutavad liustiku massibilanssi, mis omakorda mõjutab selle voolukiirust. Soojemad temperatuurid põhjustavad suuremat sulamist ja vähenenud akumulatsiooni, mis paneb liustikud õhenema ja taanduma. Vastupidi, jahedamad temperatuurid ja suurenenud sademed põhjustavad suuremat akumulatsiooni ja liustiku pealetungi.

Kliimamuutuste mõju on tunda kogu maailmas. Näiteks Himaalaja liustikud, mida sageli nimetatakse "Aasia veetornideks", sulavad kiiresti tõusvate temperatuuride tõttu. Sellel on oluline mõju piirkonna veeressurssidele ja põllumajandusele.

Topograafia

Maa topograafia, millel liustik voolab, mõjutab selle liikumist. Järsud nõlvad soodustavad kiiremat voolukiirust, samas kui lauged nõlvad aeglustavad voolu. Oru või basseini kuju, milles liustik asub, mõjutab samuti selle voolumustrit. Kitsendused orus võivad panna liustiku kiirendama, samas kui laiemad alad võivad seda aeglustada.

Mõelge kontrastile järskude mäeseinte vahel piiratud oruliustiku ja suhteliselt tasasel tasandikul laiuva mandriliustiku vahel. Oruliustikul on tavaliselt järsema nõlva tõttu suurem voolukiirus.

Geoloogia

Liustiku aluspinna geoloogia mõjutab basaalse libisemise kiirust. Sile, mitteläbilaskev aluspind soodustab kiiremat libisemist, samas kui kare, läbilaskev aluspind aeglustab seda. Sette olemasolu aluspinnal võib samuti mõjutada libisemiskiirust, sõltuvalt selle omadustest. Näiteks mõned settetüübid (nagu pehmed savid) võivad kergesti deformeeruda ja võimaldada liustikul kergemini libiseda.

Liustiku suurus ja paksus

Suuremad, paksemad liustikud liiguvad üldiselt kiiremini kui väiksemad, õhemad liustikud. See on tingitud sellest, et jää kaal suurendab survet jääkristallidele, soodustades sisemist deformatsiooni, ja vee rõhku aluspinnal, soodustades basaalset libisemist.

Liustike liikumise mõju

Liustike liikumisel on sügav mõju maastikule, kliimale ja inimühiskondadele.

• Maastiku areng
• Kliima reguleerimine
• Veeressursid
• Looduslikud ohud

Maastiku areng

Liustikud on võimsad erosiooni- ja settimisjõud. Liikudes uuristavad nad orge, vormivad mägesid ja transpordivad tohutul hulgal setteid. Liustikuerosioon loob iseloomulikke pinnavorme nagu:

• U-kujulised orud
• Orvandid (kausikujulised süvendid)
• Areetid (teravad harjad)
• Hornid (püramiidikujulised tipud)
• Kriimud (kriimustused aluskivimil)

Liustikusetted loovad pinnavorme nagu:

• Moreenid (liustiku servadele ladestunud setete vallid)
• Oosid (liustiku all olevate sulaveeojade poolt ladestatud looklevad setete seljandikud)
• Mõhnad (liustiku pinnale ladestunud setete kuhjatised)
• Sandurid (tasased alad, mille on moodustanud liustiku ees voolanud sulaveed)

Norra fjordid on klassikaline näide U-kujulistest orgudest, mille on uuristanud liustikud möödunud jääaegadel. Ka Põhja-Ameerika Suur järvistu on tekkinud liustikuerosiooni tulemusel.

Kliima reguleerimine

Liustikud mängivad rolli Maa kliima reguleerimisel. Nende heledad pinnad peegeldavad päikesevalgust tagasi kosmosesse, aidates hoida planeeti jahedana. Samuti säilitavad nad suuri veekoguseid, mis võivad mõõdukastada jõgede vooluhulka ja aidata põudade vastu puhverdada.

Kuid kuna liustikud kliimamuutuste tõttu sulavad, aitavad nad kaasa meretaseme tõusule ja vähendavad kosmosesse tagasi peegelduva päikesevalguse hulka, mis võib soojenemist veelgi kiirendada.

Veeressursid

Liustikud on paljudele maailma piirkondadele oluline mageveeallikas. Liustike sulavesi annab vett joomiseks, niisutamiseks ja hüdroenergia tootmiseks. Kuid kuna liustikud kliimamuutuste tõttu kahanevad, on selle vee kättesaadavus ohus.

Lõuna-Ameerika Andide mägedes sõltuvad paljud kogukonnad oma veevarustuses liustike sulaveest. Liustike kahanemine selles piirkonnas põhjustab veepuudust ja konflikte veeressursside pärast.

Looduslikud ohud

Liustike liikumine võib kujutada endast ka looduslikke ohte. Liustiku sööstud võivad vallandada katastroofilisi üleujutusi, mida tuntakse jökulhlaup'idena. Need üleujutused võivad ujutada üle allavoolu asuvaid alasid, põhjustades laialdast kahju ja inimohvreid.

Grimsvötni vulkaan Islandil asub Vatnajökulli jääkilbi all. Grimsvötni pursked võivad sulatada suuri jääkoguseid, käivitades jökulhlaup'e, mis võivad ohustada allavoolu asuvat taristut ja kogukondi.

Liustike liikumise seire

Liustike liikumise seire on oluline liustike dünaamika ja nende reageerimise mõistmiseks kliimamuutustele. Liustike liikumise seireks kasutatakse mitmeid tehnikaid, sealhulgas:

• Satelliit-kaugseire
• Maapealsed uuringud
• GPS-mõõtmised
• Intervallfotograafia

Satelliit-kaugseire

Satelliit-kaugseire pakub kulutõhusat ja tõhusat viisi liustike liikumise jälgimiseks suurtel aladel. Satelliidipilte saab kasutada liustike ulatuse, voolukiiruse ja pinna kõrguse muutuste jälgimiseks. Interferomeetriline sünteetilise avaga radar (InSAR) on eriti kasulik tehnika liustike liikumise mõõtmiseks, kuna see suudab tuvastada Maa pinna peeneid muutusi suure täpsusega.

Maapealsed uuringud

Maapealsed uuringud hõlmavad liustike liikumise otseseid mõõtmisi, kasutades mõõdistusinstrumente nagu tahhümeetrid ja teodoliidid. Need mõõtmised võivad anda ülitäpseid andmeid liustike voolukiiruste ja deformatsioonimustrite kohta. Kuid maapealsed uuringud on töömahukad ja neid võib olla keeruline läbi viia kaugetes ja ohtlikes keskkondades.

GPS-mõõtmised

GPS (Globaalne positsioneerimissüsteem) mõõtmised pakuvad suhteliselt lihtsat ja täpset viisi liustike liikumise jälgimiseks. GPS-vastuvõtjaid saab paigutada liustiku pinnale ja kasutada nende asukoha jälgimiseks aja jooksul. GPS-vastuvõtjatelt kogutud andmeid saab kasutada liustike voolukiiruste ja deformatsioonimäärade arvutamiseks.

Intervallfotograafia

Intervallfotograafia hõlmab liustikust aja jooksul fotoseeria tegemist. Fotosid võrreldes on võimalik visualiseerida liustike liikumist ning jälgida muutusi liustiku ulatuses ja pinnavormides. Intervallfotograafia võib olla väärtuslik vahend avalikkuse kaasamiseks ja teadlikkuse tõstmiseks kliimamuutuste mõjust liustikele.

Kokkuvõte

Liustike liikumine on keeruline ja põnev nähtus, mis mängib meie planeedi kujundamisel otsustavat rolli. Liustike liikumise mehhanismide, seda mõjutavate tegurite ning selle mõju mõistmine maastikule, kliimale ja inimühiskondadele on oluline kliimamuutustest tulenevate väljakutsetega tegelemiseks ja veeressursside säästlikuks majandamiseks.

Kuna liustikud kliimamuutustele reageerides jätkuvalt sulavad ja taanduvad, on olulisem kui kunagi varem jälgida nende liikumist ja mõista selle tagajärgi tulevikule.

Kombineerides teadusuuringuid, tehnoloogilisi edusamme ja avalikkuse kaasamist, saame sügavama arusaama liustike liikumisest ja töötada meie planeedi jätkusuutlikuma tuleviku nimel.

Lisalugemist

• 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.