Jäätiköiden liikkeen ymmärtäminen: globaali näkökulma

Jäätiköt, valtavat jäävirrat, ovat planeettamme dynaamisia piirteitä. Ne eivät ole staattisia lohkareita, vaan jatkuvasti liikkuvia massoja, jotka reagoivat painovoimaan ja ympäristöolosuhteisiin. Jäätiköiden liikkeen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää maapallon ilmastojärjestelmän, maiseman kehityksen sekä ilmastonmuutoksen vaikutusten ymmärtämiseksi vesivaroihin ja merenpinnan nousuun.

Mikä on jäätikkö?

Ennen jäätiköiden liikkeeseen syventymistä on olennaista määritellä, mikä tekee jäätiköstä jäätikön. Jäätikkö on monivuotinen jään, lumen ja firnin (osittain tiivistynyttä lunta, joka on selvinnyt vähintään yhden kesän sulamiskauden) massa, joka muodostuu monien vuosien aikana ja liikkuu oman painonsa alla. Jäätiköitä löytyy kaikilta mantereilta paitsi Australiasta, napa-alueilta korkeisiin vuoristoihin.

Jäätikön keskeisiä ominaisuuksia ovat:

• Koko ja paksuus: Jäätiköiden koko vaihtelee pienistä kattilalaaksojäätiköistä massiivisiin mannerjäätiköihin, jotka peittävät tuhansia neliökilometrejä ja ovat kilometrejä paksuja.
• Jään muodostuminen: Jäätikköjää muodostuu lumen tiivistyessä ja uudelleenkiteytyessä ajan myötä. Lumen kerääntyessä se puristaa alla olevia kerroksia, muuttaen lumikiteet tiheämmäksi firniksi ja lopulta jäätikköjääksi.
• Liike: Kyky virrata oman painonsa alla on jäätiköiden määrittelevä ominaisuus.
• Massatase: Jäätiköt kasvattavat massaansa kertymän (lumisateen) kautta ja menettävät massaa ablaation (sulamisen, sublimaation ja poikimisen) kautta. Kertymän ja ablaation välinen tasapaino määrittää, onko jäätikkö etenemässä, vetäytymässä vai tasapainossa.

Jäätikön liikkeen mekanismit

Jäätiköt liikkuvat useiden prosessien yhdistelmänä, jotka jaetaan karkeasti seuraaviin:

• Sisäinen deformaatio
• Pohjaliukuminen

Sisäinen deformaatio

Sisäinen deformaatio, joka tunnetaan myös nimellä viruminen, on prosessi, jossa jäätikön sisällä olevat jääkiteet muuttavat muotoaan ja liukuvat toistensa ohi painovoiman vaikutuksesta. Sisäisen deformaation nopeuteen vaikuttavat useat tekijät:

• Lämpötila: Lämpimämpi jää on muovautuvampaa kuin kylmempi jää. Lämpötilagradientit jäätikön sisällä vaikuttavat sisäisen deformaation nopeuteen, ja lämpimämpi pohjajää deformoituu helpommin.
• Jään paksuus: Päällä olevan jään paino lisää painetta jääkiteisiin, mikä edistää deformaatiota. Paksummissa jäätiköissä sisäisen deformaation nopeus on suurempi.
• Jääkiteiden suuntautuminen: Jääkiteiden suuntautuminen vaikuttaa siihen, kuinka helposti ne voivat deformoitua. Jääkiteet, jotka ovat suuntautuneet deformaatiolle suotuisasti, edistävät enemmän jäätikön liikettä.

Ajattele sitä kuin sivusta työnnettävää pelikorttipakkaa; kortit liukuvat toisiaan vasten. Jäätikössä jääkiteet ovat korttien roolissa.

Pohjaliukuminen

Pohjaliukuminen tapahtuu, kun jäätikkö liukuu alustansa päällä. Tätä prosessia helpottaa veden läsnäolo jään ja alustan rajapinnassa. Vesi voi olla peräisin:

• Painesulamisesta: Päällä olevan jään paine alentaa veden sulamispistettä, mikä saa jään sulamaan pohjasta.
• Geotermisestä lämmöstä: Maan sisäinen lämpö voi sulattaa jäätä jäätikön pohjalta.
• Pinnan sulamisvesistä: Jäätikön pinnan sulamisvesi voi valua alas railojen ja jäätikkökaivojen (pystysuoria kuiluja) kautta pohjalle.

Veden läsnäolo vähentää kitkaa jäätikön ja sen alustan välillä, mikä mahdollistaa jäätikön helpomman liukumisen. Pohjaliukumisen nopeuteen vaikuttavat tekijät, kuten:

• Vedenpaine: Korkeampi vedenpaine vähentää kitkaa ja lisää liukumisnopeutta.
• Alustan karheus: Sileämpi alusta mahdollistaa helpomman liukumisen, kun taas karhea alusta lisää kitkaa.
• Sedimentti: Sedimentin esiintyminen pohjalla voi joko helpottaa tai vaikeuttaa liukumista sen ominaisuuksista riippuen.

Pohjaliukuminen on erityisen tärkeä mekanismi nopeasti virtaaville jäätiköille ja jäävirroille, jotka voivat liikkua useita metrejä päivässä.

Jäätikön virtauksen tyypit

Vaikka sisäinen deformaatio ja pohjaliukuminen ovat jäätikön liikkeen perusmekanismeja, jäätiköillä on erilaisia virtauskäyttäytymisiä niiden ominaisuuksista ja ympäristöolosuhteista riippuen. Näitä ovat:

• Laminaarinen virtaus
• Tulppavirtaus
• Venyvä ja puristuva virtaus
• Jäätikön syöksyvirtaukset

Laminaarinen virtaus

Laminaarinen virtaus tapahtuu, kun jääkerrokset liukuvat toistensa ohi tasaisesti sekoittumatta. Tämäntyyppinen virtaus on tyypillistä kylmemmissä jäätiköissä, joilla on suhteellisen alhaiset virtausnopeudet. Laminaarisen virtauksen nopeusprofiili on sellainen, että jää pohjalla liikkuu hitaammin kuin jää pinnalla alustan kitkan vuoksi.

Tulppavirtaus

Tulppavirtaus tapahtuu, kun koko jäätikkö liikkuu yhtenäisenä lohkona ilman merkittävää sisäistä deformaatiota. Tämäntyyppinen virtaus on yleistä jäätiköillä, joilla on suhteellisen sileä alusta ja korkea vedenpaine. Tulppavirtauksen nopeusprofiili on yhtenäisempi kuin laminaarisen virtauksen, ja jää pinnalla ja pohjalla liikkuu samankaltaisilla nopeuksilla.

Venyvä ja puristuva virtaus

Venyvä ja puristuva virtaus tapahtuu alueilla, joilla jäätikön alustan kaltevuus muuttuu. Alueilla, joilla alustan kaltevuus kasvaa (venyvä virtaus), jäätikkö venyy ja ohenee. Alueilla, joilla alustan kaltevuus pienenee (puristuva virtaus), jäätikkö puristuu ja paksunee. Nämä virtauskuviot voivat luoda jäätikkörailoja (syviä halkeamia jäässä) venyvillä alueilla ja ogiiveja (raitakuvioita jäätikön pinnalla) puristuvilla alueilla.

Jäätikkörailot muodostuvat sinne, missä jään vetojännitys ylittää sen lujuuden. Ne voivat olla vaarallisia vuorikiipeilijöille ja tutkijoille.

Jäätikön syöksyvirtaukset

Jäätikön syöksyvirtaukset ovat jäätikön virtauksen nopean kiihtymisen jaksoja, joiden aikana jäätikkö voi liikkua kymmenien tai jopa satojen metrien päivävauhtia. Syöksyvirtaukset laukaisee tyypillisesti vedenpaineen kertyminen jäätikön pohjalle, mikä vähentää kitkaa ja mahdollistaa jäätikön nopean liukumisen. Syöksyvirtaukset laukaisevia tarkkoja mekanismeja tutkitaan edelleen, mutta tekijöiden, kuten vedensaannin muutosten, pohjan topografian ja jään paksuuden, uskotaan vaikuttavan asiaan.

Yksi parhaiten dokumentoiduista syöksyvirtaustyyppisistä jäätiköistä on Variegated-jäätikkö Alaskassa, joka koki suuren syöksyvirtauksen vuonna 1995 vuosikymmenien hiljaiselon jälkeen. Syöksyvirtaus johti merkittäviin muutoksiin jäätikön geometriassa ja virtauskuvioissa.

Jäätikön liikkeeseen vaikuttavat tekijät

Monet tekijät vaikuttavat jäätikön liikkeen nopeuteen ja tyyliin. Näitä ovat:

• Ilmasto
• Topografia
• Geologia
• Jäätikön koko ja paksuus

Ilmasto

Ilmasto on jäätikön liikkeen ensisijainen ajuri. Lämpötilan ja sateen muutokset vaikuttavat jäätikön massataseeseen, mikä puolestaan vaikuttaa sen virtausnopeuteen. Lämpimämmät lämpötilat johtavat lisääntyneeseen sulamiseen ja vähentyneeseen kertymään, mikä saa jäätiköt ohenemaan ja vetäytymään. Vastaavasti viileämmät lämpötilat ja lisääntynyt sade johtavat lisääntyneeseen kertymään ja jäätikön etenemiseen.

Ilmastonmuutoksen vaikutukset tuntuvat maailmanlaajuisesti. Esimerkiksi Himalajan jäätiköt, joita usein kutsutaan "Aasian vesitorneiksi", sulavat nopeasti nousevien lämpötilojen vuoksi. Tällä on merkittäviä vaikutuksia vesivaroihin ja maatalouteen alueella.

Topografia

Maan topografia, jonka yli jäätikkö virtaa, vaikuttaa sen liikkeeseen. Jyrkät rinteet edistävät nopeampia virtausnopeuksia, kun taas loivat rinteet hidastavat virtausta. Laakson tai altaan muoto, jossa jäätikkö sijaitsee, vaikuttaa myös sen virtauskuvioon. Laakson ahtaumat voivat saada jäätikön kiihtymään, kun taas leveämmät alueet voivat saada sen hidastumaan.

Harkitse eroa jyrkkien vuorenseinämien rajoittaman laaksojäätikön ja suhteellisen tasaiselle tasangolle leviävän mannerjäätikön välillä. Laaksojäätiköllä on tyypillisesti nopeammat virtausnopeudet jyrkemmän kaltevuuden vuoksi.

Geologia

Jäätikön alustan geologia vaikuttaa pohjaliukumisen nopeuteen. Sileä, läpäisemätön alusta edistää nopeampaa liukumista, kun taas karhea, läpäisevä alusta hidastaa sitä. Sedimentin esiintyminen pohjalla voi myös vaikuttaa liukumisnopeuksiin sen ominaisuuksista riippuen. Esimerkiksi tietyntyyppiset sedimentit (kuten pehmeät savet) voivat deformoitua helposti ja antaa jäätikön liukua helpommin.

Jäätikön koko ja paksuus

Suuremmat, paksummat jäätiköt liikkuvat yleensä nopeammin kuin pienemmät, ohuemmat jäätiköt. Tämä johtuu siitä, että jään paino lisää painetta jääkiteisiin, mikä edistää sisäistä deformaatiota, ja vedenpainetta pohjalla, mikä edistää pohjaliukumista.

Jäätikön liikkeen vaikutukset

Jäätikön liikkeellä on syvällinen vaikutus maisemaan, ilmastoon ja ihmisyhteisöihin.

• Maiseman kehitys
• Ilmaston säätely
• Vesivarat
• Luonnonuhat

Maiseman kehitys

Jäätiköt ovat voimakkaita eroosion ja kerrostumisen aiheuttajia. Liikkuessaan ne kovertavat laaksoja, muovaavat vuoria ja kuljettavat valtavia määriä sedimenttiä. Jäätikköeroosio luo tunnusomaisia maanmuotoja, kuten:

• U-laaksot
• Uurtolaaksot (maljanmuotoiset syvennykset)
• Arête-harjanteet (terävät harjanteet)
• Pyramidihuiput
• Uurteet (naarmut kallioperässä)

Jäätikön kerrostuminen luo maanmuotoja, kuten:

• Moreenit (sedimenttiharjanteet, jotka ovat kerrostuneet jäätikön reunoille)
• Harjut (mutkittelevat sedimenttiharjanteet, jotka ovat syntyneet sulamisvesivirtojen kerrostamina jäätikön alla)
• Kames-kummut (sedimenttikumpareet, jotka ovat kerrostuneet jäätikön pinnalle)
• Sandurit (tasaiset sedimenttialueet, jotka ovat kerrostuneet sulamisvesivirtojen toimesta jäätikön reunan ulkopuolelle)

Norjan vuonot ovat klassinen esimerkki U-laaksoista, jotka jäätiköt ovat kovertaneet menneiden jääkausien aikana. Myös Pohjois-Amerikan Suuret järvet muodostuivat jäätikköeroosion seurauksena.

Ilmaston säätely

Jäätiköillä on rooli Maan ilmaston säätelyssä. Niiden kirkkaat pinnat heijastavat auringonvaloa takaisin avaruuteen, mikä auttaa pitämään planeetan viileänä. Ne varastoivat myös suuria määriä vettä, mikä voi tasata jokien virtaamia ja auttaa puskuroimaan kuivuutta vastaan.

Kuitenkin, kun jäätiköt sulavat ilmastonmuutoksen vuoksi, ne myötävaikuttavat merenpinnan nousuun ja vähentävät takaisin avaruuteen heijastuvan auringonvalon määrää, mikä voi edelleen kiihdyttää lämpenemistä.

Vesivarat

Jäätiköt ovat tärkeä makean veden lähde monilla maailman alueilla. Jäätiköiden sulamisvesi tarjoaa vettä juomiseen, kasteluun ja vesivoimaan. Kuitenkin, kun jäätiköt kutistuvat ilmastonmuutoksen vuoksi, tämän veden saatavuus on uhattuna.

Etelä-Amerikan Andeilla monet yhteisöt ovat riippuvaisia jäätiköiden sulamisvedestä vesihuollossaan. Jäätiköiden kutistuminen tällä alueella aiheuttaa vesipulaa ja konflikteja vesivaroista.

Luonnonuhat

Jäätikön liike voi myös aiheuttaa luonnonuhkia. Jäätikön syöksyvirtaukset voivat laukaista katastrofaalisia tulvia, jotka tunnetaan nimellä jökulhlaup-tulvat. Nämä tulvat voivat peittää alleen alavirran alueita aiheuttaen laajaa tuhoa ja ihmishenkien menetyksiä.

Islannin Grimsvötn-tulivuori sijaitsee Vatnajökull-jäätikön alla. Grimsvötnin purkaukset voivat sulattaa suuria määriä jäätä, laukaisten jökulhlaup-tulvia, jotka voivat uhata infrastruktuuria ja yhteisöjä alavirrassa.

Jäätikön liikkeen seuranta

Jäätikön liikkeen seuranta on olennaista jäätiköiden dynamiikan ja niiden ilmastonmuutokseen reagoimisen ymmärtämiseksi. Jäätikön liikkeen seurantaan käytetään useita tekniikoita, mukaan lukien:

• Satelliittikaukokartoitus
• Maastomittaukset
• GPS-mittaukset
• Intervallikuvaus

Satelliittikaukokartoitus

Satelliittikaukokartoitus tarjoaa kustannustehokkaan ja tehokkaan tavan seurata jäätikön liikettä suurilla alueilla. Satelliittikuvia voidaan käyttää jäätikön laajuuden, virtausnopeuden ja pinnan korkeuden muutosten seuraamiseen. Interferometrinen tutkakaukokartoitus (InSAR) on erityisen hyödyllinen tekniikka jäätikön liikkeen mittaamiseen, koska se voi havaita hienovaraisia muutoksia maanpinnassa suurella tarkkuudella.

Maastomittaukset

Maastomittauksiin kuuluu suorien mittausten tekeminen jäätikön liikkeestä käyttämällä mittauslaitteita, kuten takymetrejä ja teodoliitteja. Nämä mittaukset voivat tarjota erittäin tarkkaa tietoa jäätikön virtausnopeuksista ja deformaatiokuvioista. Maastomittaukset ovat kuitenkin työvoimavaltaisia ja voivat olla haastavia toteuttaa syrjäisissä ja vaarallisissa ympäristöissä.

GPS-mittaukset

GPS (Global Positioning System) -mittaukset tarjoavat suhteellisen helpon ja tarkan tavan seurata jäätikön liikettä. GPS-vastaanottimia voidaan sijoittaa jäätikön pinnalle ja käyttää niiden sijainnin seuraamiseen ajan myötä. GPS-vastaanottimista kerättyä dataa voidaan käyttää jäätikön virtausnopeuksien ja deformaationopeuksien laskemiseen.

Intervallikuvaus

Intervallikuvaus tarkoittaa sarjan valokuvien ottamista jäätiköstä ajan kuluessa. Vertaaamalla valokuvia on mahdollista visualisoida jäätikön liikettä ja seurata muutoksia jäätikön laajuudessa ja pinnan piirteissä. Intervallikuvaus voi olla arvokas työkalu yleisön sitouttamisessa ja tietoisuuden lisäämisessä ilmastonmuutoksen vaikutuksista jäätiköihin.

Yhteenveto

Jäätikön liike on monimutkainen ja kiehtova ilmiö, jolla on ratkaiseva rooli planeettamme muovaamisessa. Jäätikön liikkeen mekanismien, siihen vaikuttavien tekijöiden ja sen vaikutusten ymmärtäminen maisemaan, ilmastoon ja ihmisyhteisöihin on olennaista ilmastonmuutoksen asettamiin haasteisiin vastaamiseksi ja vesivarojen kestävän hallinnan kannalta.

Kun jäätiköt jatkavat sulamistaan ja vetäytymistään ilmastonmuutoksen seurauksena, on entistä tärkeämpää seurata niiden liikettä ja ymmärtää sen seurauksia tulevaisuudelle.

Yhdistämällä tieteellistä tutkimusta, teknologista kehitystä ja yleisön osallistumista voimme saada syvemmän ymmärryksen jäätikön liikkeestä ja työskennellä kohti kestävämpää tulevaisuutta planeetallemme.

Lisälukemistoa

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