Ledyno judėjimo supratimas: pasaulinė perspektyva

Ledynai, didžiulės ledo upės, yra dinamiški mūsų planetos bruožai. Jie nėra statiški blokai, bet nuolat judančios masės, reaguojančios į gravitaciją ir aplinkos sąlygas. Ledyno judėjimo supratimas yra būtinas norint suprasti Žemės klimato sistemą, kraštovaizdžio evoliuciją ir klimato kaitos poveikį vandens ištekliams ir jūros lygio kilimui.

Kas yra ledynas?

Prieš gilindamiesi į ledyno judėjimą, būtina apibrėžti, kas yra ledynas. Ledynas yra daugiametė ledo, sniego ir firno (iš dalies suspausto sniego, kuris išgyveno bent vieną vasaros tirpimo sezoną) masė, kuri susidaro per daugelį metų ir juda savo svoriu. Ledynai randami visuose žemynuose, išskyrus Australiją, nuo poliarinių regionų iki aukštikalnių.

Pagrindinės ledyno charakteristikos yra šios:

• Dydis ir storis: Ledynai svyruoja nuo mažų cirko ledynų iki didžiulių ledo sluoksnių, dengiančių tūkstančius kvadratinių kilometrų ir siekiančių kilometrų storį.
• Ledo formavimasis: Ledo ledas susidaro ilgainiui suspaudžiant ir perkristalizuojant sniegą. Kaupiantis sniegui, jis suspaudžia apatinius sluoksnius, paverčiant sniego kristalus tankesniu firnu ir galiausiai lediniu ledu.
• Judėjimas: Gebėjimas tekėti savo svoriu yra apibrėžiamoji ledynų charakteristika.
• Masės balansas: Ledynai įgyja masę dėl kaupimosi (sniego kritulių) ir praranda masę dėl abliacijos (tirpimo, sublimacijos ir kalimo). Pusiausvyra tarp kaupimosi ir abliacijos lemia, ar ledynas juda į priekį, traukiasi ar yra pusiausvyroje.

Ledyno judėjimo mechanizmai

Ledynai juda dėl procesų derinio, kuris paprastai skirstomas į:

• Vidinė deformacija
• Bazinis slydimas

Vidinė deformacija

Vidinė deformacija, taip pat žinoma kaip šliaužimas, yra procesas, kurio metu ledo kristalai ledyne deformuojasi ir slysta vienas pro kitą veikiant gravitacijai. Vidinės deformacijos greitį veikia keli veiksniai:

• Temperatūra: Šiltesnis ledas yra labiau deformuojamas nei šaltesnis ledas. Temperatūros gradientai ledyne daro įtaką vidinės deformacijos greičiui, šiltesnis bazinis ledas deformuojasi lengviau.
• Ledo storis: Viršutinio ledo svoris padidina ledo kristalų slėgį, skatinant deformaciją. Storesni ledynai patiria didesnį vidinės deformacijos greitį.
• Ledo kristalų orientacija: Ledo kristalų orientacija veikia tai, kaip lengvai jie gali deformuotis. Ledo kristalai, orientuoti palankia deformacijai kryptimi, labiau prisidės prie ledyno judėjimo.

Pagalvokite apie tai kaip apie kortų kaladę, stumiamą iš šono; kortos slysta viena į kitą. Ledyne ledo kristalai atlieka kortų vaidmenį.

Bazinis slydimas

Bazinis slydimas vyksta tada, kai ledynas slysta per savo dugną. Šį procesą palengvina vandens buvimas ledo ir lovos sąsajoje. Vanduo gali atsirasti iš:

• Spaudimo lydymas: Slėgis iš viršutinio ledo sumažina vandens lydymosi temperatūrą, todėl ledo apačioje tirpsta.
• Geoterminis karštis: Šiluma iš Žemės gelmių gali ištirpinti ledą ledyno dugne.
• Paviršiaus tirpsmo vanduo: Tirpsmo vanduo nuo ledyno paviršiaus gali prasiskverbti žemyn per plyšius ir mulinus (vertikalius velenus) į dugną.

Vandens buvimas sumažina trintį tarp ledyno ir jo dugno, leidžiant ledynui lengviau slysti. Bazinis slydimo greitį veikia tokie veiksniai kaip:

• Vandens slėgis: Didesnis vandens slėgis sumažina trintį ir padidina slydimo greitį.
• Lovos šiurkštumas: Lygus dugnas leidžia lengviau slysti, o šiurkštus dugnas padidina trintį.
• Sedimentas: Nuosėdų buvimas lovoje gali palengvinti arba trukdyti slydimui, priklausomai nuo jo savybių.

Bazinis slydimas yra ypač svarbus mechanizmas greitai tekančiuose ledynuose ir ledo srautuose, kurie gali judėti kelių metrų per dieną greičiu.

Ledyno srauto tipai

Nors vidinė deformacija ir bazinis slydimas yra pagrindiniai ledyno judėjimo mechanizmai, ledynai pasižymi skirtingu srauto elgesiu, priklausomai nuo jų charakteristikų ir aplinkos sąlygų. Tai apima:

• Laminarinis srautas
• Kamštinis srautas
• Išsiplėtimo ir suspaudimo srautas
• Ledyno pliūpsniai

Laminarinis srautas

Laminarinis srautas vyksta tada, kai ledo sluoksniai slysta vienas pro kitą sklandžiai, nesimaišydami. Šis srauto tipas būdingas šaltesniems ledynams, kurių srauto greitis yra palyginti mažas. Laminarinio srauto greičio profilis yra toks, kad ledas prie dugno juda lėčiau nei ledas prie paviršiaus dėl trinties su lova.

Kamštinis srautas

Kamštinis srautas vyksta tada, kai visas ledynas juda kaip vienas blokas, be didelės vidinės deformacijos. Šis srauto tipas dažniausiai pasitaiko ledynuose, turinčiuose palyginti lygų dugną ir aukštą vandens slėgį. Kamštinio srauto greičio profilis yra vienodesnis nei laminarinio srauto, o ledas prie paviršiaus ir dugno juda panašiu greičiu.

Išsiplėtimo ir suspaudimo srautas

Išsiplėtimo ir suspaudimo srautas vyksta tose vietose, kur keičiasi ledyno lovos nuolydis. Vietose, kur lovos nuolydis didėja (išsiplėtimas), ledynas išsitempia ir plonėja. Vietose, kur lovos nuolydis mažėja (suspaudimas), ledynas susispaudžia ir storėja. Šie srauto modeliai gali sukurti plyšius (gilias ledo įtrūkimus) išsiplėtimo vietose ir ogivas (juostuotus raštus ant ledyno paviršiaus) suspaudimo vietose.

Plyšiai susidaro ten, kur ledo tempimo įtempis viršija jo stiprumą. Jie gali būti pavojingi alpinistams ir tyrėjams.

Ledyno pliūpsniai

Ledyno pliūpsniai yra greito ledyno srauto pagreitėjimo laikotarpiai, per kuriuos ledynas gali judėti dešimčių ar net šimtų metrų per dieną greičiu. Pliūpsnius paprastai sukelia vandens slėgio susidarymas ledyno dugne, kuris sumažina trintį ir leidžia ledynui greitai slysti. Tikslūs mechanizmai, sukeliantys pliūpsnius, vis dar tiriami, tačiau manoma, kad vaidmenį atlieka tokie veiksniai kaip vandens tiekimo, lovos topografijos ir ledo storio pokyčiai.

Vienas iš geriausiai dokumentuotų pliūpsnio tipo ledynų yra margasis ledynas Aliaskoje, kuris patyrė didelį pliūpsnį 1995 m., praėjus dešimtmečiams nuo ramybės. Pliūpsnis lėmė reikšmingus ledyno geometrijos ir srauto modelių pokyčius.

Veiksniai, turintys įtakos ledyno judėjimui

Daugelis veiksnių daro įtaką ledyno judėjimo greičiui ir stiliui. Tai apima:

• Klimatas
• Topografija
• Geologija
• Ledyno dydis ir storis

Klimatas

Klimatas yra pagrindinis ledyno judėjimo veiksnys. Temperatūros ir kritulių pokyčiai veikia ledyno masės balansą, o tai savo ruožtu daro įtaką jo srauto greičiui. Aukštesnė temperatūra lemia padidėjusį tirpimą ir sumažėjusį kaupimąsi, todėl ledynai plonėja ir traukiasi. Ir atvirkščiai, vėsesnė temperatūra ir padidėję krituliai lemia padidėjusį kaupimąsi ir ledyno judėjimą į priekį.

Klimato kaitos padariniai jaučiami visame pasaulyje. Pavyzdžiui, Himalajų ledynai, dažnai vadinami „Azijos vandens bokštais“, sparčiai tirpsta dėl kylančios temperatūros. Tai turi didelę įtaką vandens ištekliams ir žemės ūkiui regione.

Topografija

Žemės, kuria teka ledynas, topografija daro įtaką jo judėjimui. Stačios šlaitai skatina didesnį srauto greitį, o švelnūs šlaitai jį sulėtina. Slėnio ar baseino, kuriame yra ledynas, forma taip pat daro įtaką jo srauto modeliui. Slėnio susiaurėjimai gali priversti ledyną pagreitėti, o platesnės vietos – sulėtėti.

Apsvarstykite kontrastą tarp slėnio ledyno, įstrigusio stačiose kalnų sienose, ir ledo sluoksnio, besidriekiančio per palyginti plokščią lygumą. Slėnio ledynas paprastai pasižymės didesniu srauto greičiu dėl statesnio šlaito.

Geologija

Ledyno lovos geologija daro įtaką bazinio slydimo greičiui. Lygus, nepralaidus dugnas skatina greitesnį slydimą, o šiurkštus, laidus dugnas jį sulėtina. Nuosėdų buvimas lovoje taip pat gali paveikti slydimo greitį, priklausomai nuo jo savybių. Pavyzdžiui, kai kurie nuosėdų tipai (pvz., minkštas molis) gali lengvai deformuotis ir leisti ledynui lengviau slysti.

Ledyno dydis ir storis

Dideli, storesni ledynai paprastai juda greičiau nei mažesni, plonesni ledynai. Taip yra todėl, kad ledo svoris padidina ledo kristalų slėgį, skatinant vidinę deformaciją ir vandens slėgį prie lovos, skatinant bazinį slydimą.

Ledyno judėjimo poveikis

Ledyno judėjimas daro didelį poveikį kraštovaizdžiui, klimatui ir žmonių visuomenei.

• Kraštovaizdžio evoliucija
• Klimato reguliavimas
• Vandens ištekliai
• Gamtos pavojai

Kraštovaizdžio evoliucija

Ledynai yra galingi erozijos ir nuosėdų agentai. Judėdami jie išraižo slėnius, išskaptuoja kalnus ir gabena didžiulius nuosėdų kiekius. Ledyno erozija sukuria išskirtines reljefo formas, tokias kaip:

• U formos slėniai
• Cirkai (dubens formos įdubos)
• Arėtai (aštrūs keteros)
• Ragai (piramidės viršūnės)
• Striacijos (braižymai ant pagrindo)

Ledyno nuosėdos sukuria tokias reljefo formas kaip:

• Morainos (nuosėdų keteros, nusėdusios kraštuose)
• Eskeriai (vingiuotos nuosėdų keteros, nusėdusios tirpsmo vandens srautuose po ledynu)
• Kame (nuosėdų kauburiai, nusėdę ant ledyno paviršiaus)
• Plovimo lygumos (plokščios nuosėdų sritys, nusėdusios tirpsmo vandens srautuose už ledyno galo)

Norvegijos fjordai yra klasikinis U formos slėnių, išraižytų ledynų per praėjusius ledynmečius, pavyzdys. Didieji Šiaurės Amerikos ežerai taip pat susiformavo dėl ledyno erozijos.

Klimato reguliavimas

Ledynai atlieka vaidmenį reguliuojant Žemės klimatą. Jų ryškūs paviršiai atspindi saulės šviesą atgal į kosmosą, padėdami išlaikyti planetą vėsią. Jie taip pat saugo didelius vandens kiekius, kurie gali moderuoti upių srautą ir padėti apsisaugoti nuo sausrų.

Tačiau ledynams tirpstant dėl ​​klimato kaitos, jie prisideda prie jūros lygio kilimo ir sumažina į kosmosą atspindimos saulės šviesos kiekį, o tai gali dar labiau paspartinti atšilimą.

Vandens ištekliai

Ledynai yra svarbus gėlo vandens šaltinis daugeliui pasaulio regionų. Tirpsmo vanduo iš ledynų tiekia vandenį gėrimui, drėkinimui ir hidroenergijai. Tačiau ledynams mažėjant dėl ​​klimato kaitos, šio vandens prieinamumas yra keliamas grėsmė.

Andų kalnuose Pietų Amerikoje daugelis bendruomenių savo vandens tiekimui remiasi ledyno tirpsmo vandeniu. Ledynų mažėjimas šiame regione sukelia vandens trūkumą ir konfliktus dėl vandens išteklių.

Gamtos pavojai

Ledyno judėjimas taip pat gali kelti gamtos pavojų. Ledyno pliūpsniai gali sukelti katastrofiškus potvynius, vadinamus jökulhlaups. Šie potvyniai gali užtvindyti pasroviui esančias teritorijas, sukeldami didelę žalą ir žmonių netektis.

Grimsvötno ugnikalnis Islandijoje yra po Vatnajökull ledo kepure. Grimsvötno išsiveržimai gali ištirpinti didelius ledo kiekius, sukeldami jökulhlaups, kurie gali kelti grėsmę infrastruktūrai ir bendruomenėms pasroviui.

Ledyno judėjimo stebėjimas

Ledyno judėjimo stebėjimas yra būtinas norint suprasti ledynų dinamiką ir jų reakciją į klimato kaitą. Ledyno judėjimui stebėti naudojamos kelios technologijos, įskaitant:

• Palydovinis nuotolinis stebėjimas
• Žemės paviršiaus tyrimai
• GPS matavimai
• Laiko intervalų fotografija

Palydovinis nuotolinis stebėjimas

Palydovinis nuotolinis stebėjimas yra ekonomiškas ir efektyvus būdas stebėti ledyno judėjimą dideliuose plotuose. Palydoviniai vaizdai gali būti naudojami norint sekti ledyno dydžio, srauto greičio ir paviršiaus aukščio pokyčius. Interferometrinis sintetinės apertūros radaras (InSAR) yra ypač naudinga technika ledyno judėjimui matuoti, nes ji gali aptikti subtilius Žemės paviršiaus pokyčius su dideliu tikslumu.

Žemės paviršiaus tyrimai

Žemės paviršiaus tyrimai apima tiesioginius ledyno judėjimo matavimus naudojant tyrimo prietaisus, tokius kaip viso stotis ir teodolitai. Šie matavimai gali pateikti labai tikslius duomenis apie ledyno srauto greitį ir deformacijos modelius. Tačiau žemės paviršiaus tyrimai yra daug darbo reikalaujantys ir gali būti sudėtingi atlikti atokiose ir pavojingose ​​aplinkose.

GPS matavimai

GPS (Global Positioning System) matavimai suteikia palyginti lengvą ir tikslų būdą sekti ledyno judėjimą. GPS imtuvai gali būti dedami ant ledyno paviršiaus ir naudojami norint sekti jų poziciją laikui bėgant. Duomenys, surinkti iš GPS imtuvų, gali būti naudojami ledyno srauto greičiams ir deformacijos greičiams apskaičiuoti.

Laiko intervalo fotografija

Laiko intervalo fotografija apima nuotraukų serijos darymą iš ledyno laikui bėgant. Lyginant nuotraukas, galima vizualizuoti ledyno judėjimą ir sekti ledyno dydžio ir paviršiaus elementų pokyčius. Laiko intervalo fotografija gali būti vertingas įrankis įtraukiant visuomenę ir didinant informuotumą apie klimato kaitos poveikį ledynams.

Išvada

Ledyno judėjimas yra sudėtingas ir žavus reiškinys, atliekantis esminį vaidmenį formuojant mūsų planetą. Ledyno judėjimo mechanizmų, veiksnių, turinčių jam įtakos, ir jo poveikio kraštovaizdžiui, klimatui ir žmonių visuomenei supratimas yra būtinas norint spręsti klimato kaitos keliamus iššūkius ir tvariai valdyti vandens išteklius.

Ledynams ir toliau tirpstant ir traukiantis reaguojant į klimato kaitą, kaip niekad svarbu stebėti jų judėjimą ir suprasti pasekmes ateičiai.

Naudodamiesi moksliniais tyrimais, technologiniais laimėjimais ir visuomenės įsitraukimu, galime giliau suprasti ledyno judėjimą ir siekti tvaresnės ateities savo planetai.

Papildoma literatūra

• 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.