Hiểu về Sự Di Chuyển Của Sông Băng: Một Góc Nhìn Toàn Cầu

Sông băng, những dòng băng khổng lồ, là những đặc điểm năng động của hành tinh chúng ta. Chúng không phải là những khối băng tĩnh mà là những khối băng di chuyển liên tục, phản ứng với trọng lực và điều kiện môi trường. Hiểu về sự di chuyển của sông băng là rất quan trọng để hiểu hệ thống khí hậu Trái đất, sự tiến hóa của cảnh quan và tác động của biến đổi khí hậu đối với tài nguyên nước và mực nước biển dâng.

Sông Băng Là Gì?

Trước khi đi sâu vào sự di chuyển của sông băng, điều cần thiết là phải định nghĩa sông băng là gì. Sông băng là khối băng, tuyết và firn (tuyết bị nén một phần đã tồn tại qua ít nhất một mùa hè tan chảy) tồn tại lâu năm, hình thành qua nhiều năm và di chuyển dưới sức nặng của chính nó. Sông băng có mặt trên mọi lục địa trừ Úc, từ các vùng cực đến các dãy núi cao.

Các đặc điểm chính của sông băng bao gồm:

• Kích thước và Độ dày: Sông băng có kích thước từ các sông băng nhỏ ở thung lũng đến các dải băng khổng lồ bao phủ hàng nghìn km vuông và có độ dày lên tới km.
• Sự hình thành băng: Băng sông băng hình thành thông qua quá trình nén chặt và kết tinh lại của tuyết theo thời gian. Khi tuyết tích tụ, nó nén các lớp bên dưới, biến đổi các tinh thể tuyết thành firn đậm đặc hơn và cuối cùng thành băng sông băng.
• Sự di chuyển: Khả năng chảy dưới sức nặng của chính nó là đặc điểm xác định của sông băng.
• Cân bằng khối lượng: Sông băng tăng khối lượng thông qua tích tụ (tuyết rơi) và mất khối lượng thông qua tiêu hao (tan chảy, thăng hoa và băng trôi). Sự cân bằng giữa tích tụ và tiêu hao xác định xem sông băng đang tiến lên, rút lui hay cân bằng.

Các Cơ Chế Di Chuyển Của Sông Băng

Sông băng di chuyển thông qua sự kết hợp của các quá trình, được phân loại chung thành:

• Biến dạng nội tại
• Trượt đáy

Biến dạng nội tại

Biến dạng nội tại, còn được gọi là sự chảy nhờ, là quá trình các tinh thể băng trong sông băng biến dạng và trượt qua nhau dưới tác dụng của trọng lực. Tốc độ biến dạng nội tại bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố:

• Nhiệt độ: Băng ấm hơn dễ biến dạng hơn băng lạnh hơn. Độ dốc nhiệt độ trong sông băng ảnh hưởng đến tốc độ biến dạng nội tại, với băng ở đáy ấm hơn sẽ biến dạng dễ dàng hơn.
• Độ dày băng: Sức nặng của băng bên trên làm tăng áp lực lên các tinh thể băng, thúc đẩy biến dạng. Sông băng dày hơn sẽ trải qua tốc độ biến dạng nội tại lớn hơn.
• Hướng của tinh thể băng: Hướng của các tinh thể băng ảnh hưởng đến mức độ dễ dàng biến dạng của chúng. Các tinh thể băng được định hướng theo hướng thuận lợi cho biến dạng sẽ đóng góp nhiều hơn vào sự di chuyển của sông băng.

Hãy tưởng tượng nó giống như một chồng bài được đẩy từ một bên; các lá bài trượt qua nhau. Trong sông băng, các tinh thể băng đóng vai trò như các lá bài.

Trượt đáy

Trượt đáy xảy ra khi sông băng trượt trên nền của nó. Quá trình này được hỗ trợ bởi sự hiện diện của nước tại giao diện băng-nền. Nước có thể bắt nguồn từ:

• Tan chảy do áp lực: Áp lực từ băng bên trên làm giảm điểm nóng chảy của nước, khiến băng ở đáy tan chảy.
• Nhiệt địa nhiệt: Nhiệt từ lòng đất có thể làm tan chảy băng ở đáy sông băng.
• Nước tan chảy từ bề mặt: Nước tan chảy từ bề mặt sông băng có thể thấm xuống qua các khe nứt và các giếng băng (các trục thẳng đứng) xuống đến nền.

Sự hiện diện của nước làm giảm ma sát giữa sông băng và nền của nó, cho phép sông băng trượt dễ dàng hơn. Tốc độ trượt đáy bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như:

• Áp lực nước: Áp lực nước cao hơn làm giảm ma sát và tăng tốc độ trượt.
• Độ nhám của nền: Nền nhẵn cho phép trượt dễ dàng hơn, trong khi nền nhám làm tăng ma sát.
• Trầm tích: Sự hiện diện của trầm tích ở nền có thể thúc đẩy hoặc cản trở việc trượt, tùy thuộc vào đặc tính của nó.

Trượt đáy là một cơ chế đặc biệt quan trọng đối với các sông băng chảy nhanh và các dòng băng, có thể di chuyển với tốc độ vài mét mỗi ngày.

Các Loại Dòng Chảy Của Sông Băng

Trong khi biến dạng nội tại và trượt đáy là các cơ chế cơ bản của sự di chuyển sông băng, sông băng thể hiện các hành vi chảy khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm và điều kiện môi trường của chúng. Chúng bao gồm:

• Dòng chảy tầng
• Dòng chảy khối
• Dòng chảy giãn và nén
• Sông băng trượt

Dòng chảy tầng

Dòng chảy tầng xảy ra khi các lớp băng trượt qua nhau một cách trơn tru, không trộn lẫn. Loại dòng chảy này phổ biến ở các sông băng lạnh hơn với tốc độ chảy tương đối thấp. Hồ sơ vận tốc của dòng chảy tầng là như vậy mà băng ở đáy di chuyển chậm hơn băng ở bề mặt, do ma sát với nền.

Dòng chảy khối

Dòng chảy khối xảy ra khi toàn bộ sông băng di chuyển như một khối duy nhất, không có biến dạng nội tại đáng kể. Loại dòng chảy này phổ biến ở các sông băng có nền tương đối nhẵn và áp lực nước cao. Hồ sơ vận tốc của dòng chảy khối đồng nhất hơn dòng chảy tầng, với băng ở bề mặt và đáy di chuyển với tốc độ tương tự.

Dòng chảy giãn và nén

Dòng chảy giãn và nén xảy ra ở những khu vực có độ dốc nền của sông băng thay đổi. Ở những khu vực có độ dốc nền tăng lên (dòng chảy giãn), sông băng bị kéo dài và mỏng đi. Ở những khu vực có độ dốc nền giảm xuống (dòng chảy nén), sông băng bị nén và dày lên. Các mô hình chảy này có thể tạo ra các khe nứt (các vết nứt sâu trong băng) ở các khu vực giãn nở và các dải băng (các hoa văn có dải trên bề mặt sông băng) ở các khu vực nén.

Các khe nứt hình thành khi ứng suất kéo trong băng vượt quá sức bền của nó. Chúng có thể gây nguy hiểm cho những người leo núi và các nhà nghiên cứu.

Sông băng trượt

Sông băng trượt là những giai đoạn tăng tốc đột ngột trong dòng chảy sông băng, trong đó một sông băng có thể di chuyển với tốc độ hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm mét mỗi ngày. Các vụ trượt thường được kích hoạt bởi sự gia tăng áp lực nước ở nền sông băng, làm giảm ma sát và cho phép sông băng trượt nhanh chóng. Các cơ chế chính xác kích hoạt các vụ trượt vẫn đang được điều tra, nhưng các yếu tố như thay đổi nguồn cung cấp nước, địa hình nền và độ dày băng được cho là có vai trò.

Một trong những sông băng loại trượt được ghi nhận tốt nhất là Sông băng Variegated ở Alaska, nơi đã trải qua một vụ trượt lớn vào năm 1995 sau nhiều thập kỷ không hoạt động. Vụ trượt này đã dẫn đến những thay đổi đáng kể về hình dạng và mô hình chảy của sông băng.

Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Di Chuyển Của Sông Băng

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ và kiểu di chuyển của sông băng. Chúng bao gồm:

• Khí hậu
• Địa hình
• Địa chất
• Kích thước và độ dày sông băng

Khí hậu

Khí hậu là động lực chính của sự di chuyển sông băng. Sự thay đổi về nhiệt độ và lượng mưa ảnh hưởng đến cân bằng khối lượng của sông băng, từ đó ảnh hưởng đến tốc độ chảy của nó. Nhiệt độ ấm hơn dẫn đến tăng tan chảy và giảm tích tụ, khiến sông băng mỏng đi và rút lui. Ngược lại, nhiệt độ mát hơn và lượng mưa tăng dẫn đến tăng tích tụ và sông băng tiến lên.

Tác động của biến đổi khí hậu đang được cảm nhận trên toàn thế giới. Ví dụ, các sông băng ở dãy Himalaya, thường được gọi là "tháp nước của châu Á", đang tan chảy nhanh chóng do nhiệt độ tăng lên. Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với tài nguyên nước và nông nghiệp trong khu vực.

Địa hình

Địa hình của vùng đất mà sông băng chảy qua ảnh hưởng đến sự di chuyển của nó. Độ dốc lớn thúc đẩy tốc độ chảy nhanh hơn, trong khi độ dốc thoai thoải làm chậm tốc độ chảy. Hình dạng của thung lũng hoặc lòng chảo nơi sông băng nằm cũng ảnh hưởng đến mô hình chảy của nó. Sự thu hẹp trong thung lũng có thể khiến sông băng tăng tốc, trong khi các khu vực rộng hơn có thể khiến nó chậm lại.

Hãy xem xét sự tương phản giữa một sông băng thung lũng bị giới hạn trong các bức tường núi dốc và một dải băng trải ra trên một đồng bằng tương đối bằng phẳng. Sông băng thung lũng thường thể hiện tốc độ chảy nhanh hơn do độ dốc lớn hơn.

Địa chất

Địa chất của nền sông băng ảnh hưởng đến tốc độ trượt đáy. Một nền nhẵn, không thấm nước thúc đẩy việc trượt nhanh hơn, trong khi một nền nhám, thấm nước làm chậm lại. Sự hiện diện của trầm tích ở nền cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ trượt, tùy thuộc vào đặc tính của nó. Ví dụ, một số loại trầm tích (như đất sét mềm) có thể biến dạng dễ dàng và cho phép sông băng trượt dễ dàng hơn.

Kích thước và Độ dày sông băng

Các sông băng lớn hơn, dày hơn nói chung di chuyển nhanh hơn các sông băng nhỏ hơn, mỏng hơn. Điều này là do sức nặng của băng làm tăng áp lực lên các tinh thể băng, thúc đẩy biến dạng nội tại, và áp lực nước ở nền, thúc đẩy trượt đáy.

Tác động của Sự Di Chuyển Sông Băng

Sự di chuyển của sông băng có tác động sâu sắc đến cảnh quan, khí hậu và xã hội loài người.

• Tiến hóa cảnh quan
• Điều hòa khí hậu
• Tài nguyên nước
• Thiên tai

Tiến hóa cảnh quan

Sông băng là những tác nhân mạnh mẽ của sự xói mòn và bồi tụ. Khi chúng di chuyển, chúng tạo ra các thung lũng, định hình núi và vận chuyển một lượng lớn trầm tích. Xói mòn sông băng tạo ra các địa hình đặc trưng như:

• Thung lũng hình chữ U
• Các hõm (lòng chảo hình bát)
• Các sống núi (các sống sắc nét)
• Các đỉnh núi (các đỉnh núi hình chóp)
• Các vết xước (các vết cào trên nền đá)

Bồi tụ sông băng tạo ra các địa hình như:

• Các móren (các đống trầm tích được bồi tụ ở rìa sông băng)
• Các esker (các đống trầm tích uốn lượn được bồi tụ bởi các dòng chảy nước tan chảy bên dưới sông băng)
• Các kame (các đống trầm tích được bồi tụ trên bề mặt sông băng)
• Các đồng bằng băng tan (các khu vực bằng phẳng của trầm tích được bồi tụ bởi các dòng chảy nước tan chảy phía sau rìa sông băng)

Các vịnh hẹp của Na Uy là một ví dụ điển hình về các thung lũng hình chữ U được tạo ra bởi sông băng trong các kỷ băng hà trước đây. Ngũ Đại Hồ ở Bắc Mỹ cũng được hình thành bởi sự xói mòn của sông băng.

Điều hòa khí hậu

Sông băng đóng vai trò trong việc điều hòa khí hậu Trái đất. Bề mặt sáng bóng của chúng phản xạ ánh sáng mặt trời trở lại không gian, giúp giữ cho hành tinh mát mẻ. Chúng cũng lưu trữ một lượng lớn nước, có thể điều tiết dòng chảy và giúp chống lại hạn hán.

Tuy nhiên, khi sông băng tan chảy do biến đổi khí hậu, chúng góp phần làm tăng mực nước biển và giảm lượng ánh sáng mặt trời phản xạ trở lại không gian, điều này có thể làm tăng tốc độ nóng lên hơn nữa.

Tài nguyên nước

Sông băng là một nguồn nước ngọt quan trọng cho nhiều khu vực trên thế giới. Nước tan chảy từ sông băng cung cấp nước cho sinh hoạt, tưới tiêu và thủy điện. Tuy nhiên, khi sông băng thu hẹp do biến đổi khí hậu, nguồn cung cấp nước này đang bị đe dọa.

Ở dãy Andes thuộc Nam Mỹ, nhiều cộng đồng phụ thuộc vào nước tan chảy từ sông băng để cung cấp nước. Sự thu hẹp của các sông băng trong khu vực này đang gây ra tình trạng thiếu nước và xung đột về tài nguyên nước.

Thiên tai

Sự di chuyển của sông băng cũng có thể gây ra thiên tai. Các vụ trượt sông băng có thể gây ra lũ lụt thảm khốc, được gọi là jökulhlaup. Các trận lũ này có thể nhấn chìm các khu vực hạ lưu, gây ra thiệt hại trên diện rộng và mất mát sinh mạng.

Núi lửa Grimsvötn ở Iceland nằm dưới lớp băng Vatnajökull. Các vụ phun trào của Grimsvötn có thể làm tan chảy một lượng lớn băng, gây ra các trận jökulhlaup có thể đe dọa cơ sở hạ tầng và các cộng đồng hạ lưu.

Giám Sát Sự Di Chuyển Của Sông Băng

Giám sát sự di chuyển của sông băng là rất cần thiết để hiểu động lực của sông băng và phản ứng của chúng với biến đổi khí hậu. Một số kỹ thuật được sử dụng để giám sát sự di chuyển của sông băng, bao gồm:

• Viễn thám vệ tinh
• Khảo sát trên mặt đất
• Đo đạc GPS
• Nhiếp ảnh tua nhanh thời gian

Viễn thám vệ tinh

Viễn thám vệ tinh cung cấp một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí để giám sát sự di chuyển của sông băng trên các khu vực rộng lớn. Ảnh vệ tinh có thể được sử dụng để theo dõi sự thay đổi về phạm vi sông băng, vận tốc dòng chảy và độ cao bề mặt. Radar khẩu độ tổng hợp giao thoa (InSAR) là một kỹ thuật đặc biệt hữu ích để đo lường sự di chuyển của sông băng, vì nó có thể phát hiện những thay đổi tinh tế trên bề mặt Trái đất với độ chính xác cao.

Khảo sát trên mặt đất

Khảo sát trên mặt đất bao gồm việc đo lường trực tiếp sự di chuyển của sông băng bằng cách sử dụng các thiết bị khảo sát như trạm toàn diện và kinh vĩ kế. Các phép đo này có thể cung cấp dữ liệu có độ chính xác cao về tốc độ chảy và mô hình biến dạng của sông băng. Tuy nhiên, các khảo sát trên mặt đất tốn nhiều công sức và có thể khó thực hiện ở những môi trường xa xôi và nguy hiểm.

Đo đạc GPS

Các phép đo GPS (Hệ thống Định vị Toàn cầu) cung cấp một cách tương đối dễ dàng và chính xác để theo dõi sự di chuyển của sông băng. Máy thu GPS có thể được đặt trên bề mặt sông băng và sử dụng để theo dõi vị trí của chúng theo thời gian. Dữ liệu thu thập từ máy thu GPS có thể được sử dụng để tính toán vận tốc chảy và tốc độ biến dạng của sông băng.

Nhiếp ảnh tua nhanh thời gian

Nhiếp ảnh tua nhanh thời gian bao gồm việc chụp một loạt ảnh về sông băng theo thời gian. Bằng cách so sánh các bức ảnh, có thể hình dung được sự di chuyển của sông băng và theo dõi sự thay đổi về phạm vi và các đặc điểm bề mặt của sông băng. Nhiếp ảnh tua nhanh thời gian có thể là một công cụ có giá trị để thu hút công chúng và nâng cao nhận thức về tác động của biến đổi khí hậu đối với sông băng.

Kết Luận

Sự di chuyển của sông băng là một hiện tượng phức tạp và hấp dẫn, đóng vai trò quan trọng trong việc định hình hành tinh của chúng ta. Hiểu về các cơ chế di chuyển của sông băng, các yếu tố ảnh hưởng đến nó, và tác động của nó đến cảnh quan, khí hậu và xã hội loài người là điều cần thiết để giải quyết những thách thức do biến đổi khí hậu đặt ra và quản lý bền vững tài nguyên nước.

Khi sông băng tiếp tục tan chảy và rút lui để phản ứng với biến đổi khí hậu, việc giám sát sự di chuyển của chúng và hiểu rõ những hệ lụy đối với tương lai trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.

Bằng cách kết hợp nghiên cứu khoa học, tiến bộ công nghệ và sự tham gia của công chúng, chúng ta có thể hiểu sâu sắc hơn về sự di chuyển của sông băng và nỗ lực vì một tương lai bền vững hơn cho hành tinh của chúng ta.

Đọc Thêm

• 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.