Cykl lodowcowy Tidewater

Lodowiec Taku .

Cykl lodowców wód pływowych to typowo trwające stulecia zachowanie lodowców wód pływowych , które składa się z powtarzających się okresów postępu na przemian z szybkim cofaniem się i przerywanych okresami stabilności. Podczas części swojego cyklu lodowiec pływowy jest stosunkowo niewrażliwy na zmiany klimatu .

Szybkość wycielenia się lodowców pływowych

Cielenie góry lodowej z kilku lodowców pływowych, Cape York , Grenlandia

Podczas gdy klimat jest głównym czynnikiem wpływającym na zachowanie wszystkich lodowców, dodatkowe czynniki wpływają na cielenie ( produkujące górę lodową ) lodowce pływowe. Te lodowce kończą się nagle na granicy oceanu, a duże fragmenty lodowca pękają i oddzielają się od czoła lodu jako góry lodowe.

Zmiana klimatu powoduje przesunięcie wysokości linii równowagi (ELA) lodowca. Jest to wyimaginowana linia na lodowcu, powyżej której śnieg gromadzi się szybciej niż opada, a poniżej której sytuacja jest odwrotna. Ta zmiana wysokości z kolei powoduje wycofanie się lub przesunięcie końca w kierunku nowej ustalonej pozycji. Jednak ta zmiana w zachowaniu końców cielenia się lodowców jest również funkcją wynikających z tego zmian w fiordów i tempa cielenia się na końcu lodowca, gdy zmienia on położenie.

Cielące się lodowce różnią się od lodowców kończących się na lądzie zmiennością prędkości wzdłuż ich długości. Prędkości lodowca kończącego ląd spadają w miarę zbliżania się do końca. Cielące się lodowce przyspieszają na końcu. Spadająca prędkość w pobliżu końca spowalnia reakcję lodowca na klimat. Przyspieszenie prędkości na froncie zwiększa szybkość reakcji lodowców na zmiany klimatyczne lub dynamiczne lodowca. Obserwuje się to na Svalbardzie , Patagonii i Alasce . Lodowiec cielejący wymaga większego obszaru akumulacji niż lodowiec kończący ląd, aby zrekompensować tę wyższą stratę wynikającą z cielenia.

Szybkość wycielenia jest w dużej mierze kontrolowana przez głębokość wody i prędkość lodowca na froncie wycielenia. Proces cielenia zapewnia nierównowagę sił na froncie lodowców, co zwiększa prędkość. Głębokość wody na froncie lodowca jest prostą miarą, która pozwala oszacować tempo wycielenia, ale ważna jest wielkość flotacji lodowca na froncie, która jest specyficzną cechą fizyczną.

Głębokość wody na końcu lodowca jest kluczową zmienną w przewidywaniu cielenia się lodowca pływowego. Strumień gruzu i recykling osadów na linii uziemienia lodowca, szczególnie szybki w umiarkowanych lodowcach Alaski, może zmienić tę głębokość, działając jako kontrola drugiego rzędu fluktuacji końcowych. Efekt ten przyczynia się do niewrażliwości lodowca na klimat, gdy jego koniec cofa się lub posuwa w głębokiej wodzie.

Austin Post był jednym z pierwszych, którzy zasugerowali, że głębokość wody na skraju wycielenia silnie wpływa na tempo cielenia się góry lodowej. Lodowce, które kończą się na morenowej , są na ogół stabilne, ale gdy lodowiec cofa się do wody, która pogłębia się wraz z cofaniem się frontu lodowego, tempo wycielenia gwałtownie wzrasta i powoduje drastyczne cofanie się końca. Wykorzystując dane zebrane z 13 lodowców cielęcych się podczas pływów na Alasce, Brown i in. (1982) wyprowadzili następującą zależność między szybkością wycielenia a głębokością wody: ${\ Displaystyle V_ {C} = CH_ {w} + D}$ , gdzie jest średnią szybkością wycielenia ( $H_ {w}}$ ⋅ za -1 $)$ , jest współczynnikiem wycielenia (27,1 ± 2 ^{-1 ,} $do$ { to średnia głębokość wody na froncie lodowca (m), a to stała (0 m⋅a ^-1) ${\ displaystyle D}$ ). Pelto i Warren (1991) stwierdzili podobny związek wycielenia się z lodowcami wód pływowych obserwowanymi w dłuższych okresach, z nieznacznie zmniejszonym tempem wycielenia do tempa wycielenia, głównie letniego, odnotowanego przez Browna i in. (1982).

Cielenie jest również ważną formą ablacji lodowców, które kończą się w wodach słodkich . Funk i Röthlisberger ustalili zależność między szybkością cielenia się a głębokością wody na podstawie analizy sześciu lodowców, które cielą się w jeziorach. Odkryli, że ta sama podstawowa zależność wycielenia, opracowana dla lodowców wycielających się podczas pływów, była prawdziwa dla lodowców wycielających się w wodach słodkich, tylko współczynniki wycielenia prowadziły do ​​wskaźnika wycielenia 10% współczynnika wycielenia dla lodowców pływowych.

Fazy ​​lodowca Tidewater

Obserwacje lodowców cielęcych się wód pływowych na Alasce skłoniły Austina Posta do opisania cyklu posuwania się / cofania się lodowca podczas pływów: (1) posuwanie się naprzód, (2) stabilne wydłużanie, (3) drastyczne cofanie się lub (4) stabilne cofanie się. Poniżej znajduje się szczegółowy przegląd cyklu lodowców wód pływowych opracowany przez Posta, z licznymi cytowanymi przykładami, cykl opiera się na obserwacjach umiarkowanych lodowców wód pływowych na Alasce, a nie lodowców wylotowych z dużych pokryw lodowych lub lodowców polarnych.

Współczynnik powierzchni akumulacji lodowca, AAR, to procent lodowca, który jest pokrytą śniegiem strefą akumulacji pod koniec letniego sezonu topnienia. Ten procent dla dużych lodowców Alaski wynosi od 60 do 70 dla lodowców niecielęcych się, 70-80 dla lodowców umiarkowanie cielejących się i do 90 dla lodowców o bardzo wysokim wskaźniku cielenia się. Korzystając z danych współczynnika powierzchni akumulacji (AAR) dla lodowców cielęcych się wód pływowych na Alasce, Pelto (1987) i Viens (1995) stworzyli modele pokazujące, że klimat działa jako kontrola pierwszego rzędu w cyklu posuwania się/cofania cielejących się lodowców przez większą część postępu cykl odwrotu, ale są też okresy niewrażliwe na klimat. Pelto (1987) zbadał zachowanie końca 90 lodowców Alaski i stwierdził, że zachowanie końca wszystkich 90 lodowców zostało prawidłowo przewidziane na podstawie AAR i wskaźnika wycieleń.

Postęp

Lodowiec Hubbarda

Jeśli zaczniemy od stabilnej cofniętej pozycji pod koniec cyklu lodowca pływowego, lodowiec będzie miał umiarkowane tempo wycielenia i wysoki AAR, powyżej 70. Lodowiec zbuduje końcową ławicę osadów, co dodatkowo zmniejszy tempo wycielenia . Poprawi to bilans masy lodowca a lodowiec może zacząć się przesuwać z powodu tej zmiany lub wzrostu strumienia lodu do końca z powodu rosnących opadów śniegu lub zmniejszonego topnienia śniegu. W miarę postępu ławica końcowa zostanie zepchnięta przed lodowiec i będzie się dalej budować, utrzymując niskie tempo wycielenia. W przypadku większości lodowców, takich jak lodowiec Taku, lodowiec ostatecznie zbuduje końcową mieliznę, która znajduje się nad wodą, a cielenie się zasadniczo ustanie. To wyeliminuje tę utratę lodu z lodowca, a lodowiec będzie mógł nadal się rozwijać. Lodowiec Taku i lodowiec Hubbard były w tej fazie cyklu. Lodowiec Taku, który posuwa się od 120 lat, już się nie cieli. Lodowiec Hubbard nadal ma front cielenia. Lodowiec będzie się następnie rozszerzał, aż AAR wyniesie między 60 a 70 i zostanie osiągnięta równowaga niecielącego się lodowca. Lodowiec nie jest bardzo wrażliwy na klimat podczas postępu, ponieważ jego AAR jest dość wysoki, kiedy ławica końcowa ogranicza cielenie.

Stabilny rozszerzony

W pozycji maksymalnie wysuniętej lodowiec znów jest wrażliwy na zmieniający się klimat. Brady Glacier i Baird Glacier to przykłady lodowców znajdujących się obecnie w tym miejscu. Lodowiec Brady przerzedzał się w ciągu ostatnich dwóch dekad z powodu wyższych wysokości linii równowagi towarzyszących cieplejszym warunkom w regionie, a jego drugorzędne końce zaczęły się cofać. Lodowiec może pozostawać w tej pozycji przez jakiś czas, przynajmniej sto lat w przypadku Brady Glacier. Zwykle następuje znaczne przerzedzenie przed rozpoczęciem odwrotu od ławicy. Umożliwiło to przewidywanie w 1980 r. Przez United States Geological Survey (USGS) o cofaniu się lodowca Columbia z ławicy końcowej. Lodowiec utrzymywał się na tej mieliźnie przez cały XX wiek. USGS monitorował lodowiec ze względu na jego bliskość do Valdez na Alasce , portu eksportującego ropę naftową z Alaskan Pipeline . W pewnym momencie spadek bilansu masy spowoduje wycofanie się z ławicy na głębszą wodę, w którym nastąpi wycielenie. Na podstawie niedawnego przerzedzenia sugeruje się, że Brady Glacier jest gotowy do rozpoczęcia cofania się.

Drastycznie się cofa

Lodowiec Columbia w 2004 roku

Tempo wycielenia będzie rosło, gdy lodowiec wycofuje się z ławicy do głębszego fiordu, który został właśnie oczyszczony przez lodowiec podczas posuwania się. Głębokość wody początkowo wzrasta, gdy lodowiec wycofuje się z mielizny, powodując coraz szybszy przepływ, cielenie i cofanie się lodowca. Lodowiec jest stosunkowo niewrażliwy na klimat podczas tego wycielenia. Jednak w przypadku lodowca San Rafael w Chile odnotowano przejście od cofania się (1945–1990) do postępu (1990–1997). Aktualne przykłady tego odosobnienia to lodowiec Columbia i lodowiec Guyot . Najbardziej znanym tego ostatnim przykładem jest duże cofanie się lodowców Glacier Bay i Icy Bay na Alasce, które nastąpiło szybko w wyniku tego procesu. Lodowiec Muir cofnął się o 33 km od 1886 do 1968 roku, przez cały czas intensywnie się cielejąc. Na krótko odwrócił swój odwrót w latach 1890–1892. W 1968 roku lodowiec Muir miał jeszcze 27 km długości, mniej niż połowę jego długości w 1886 roku. Do 2001 roku cofanie się trwało dodatkowe 6,5 km. Obecnie lodowiec znajduje się w pobliżu czoła fiordu i przy minimalnym cieleniu lodowiec może być stabilny w tej cofniętej pozycji.

Najlepszy aktualny przykład ilustruje badanie przeprowadzone przez United States Geological Survey dotyczące lodowca Columbia. Zauważyli, że średnie tempo wycielenia z lodowca Columbia wzrosło z 3 km ³ ⋅a ^-1 w drugiej połowie 1983 r. do 4 km ³ ⋅a ^-1 w ciągu pierwszych dziewięciu miesięcy 1984 r. Tempo to było czterokrotnie większe niż mierzone pod koniec 1977 r. i ponownie wzrosło w 1985 r. Zwiększył się również przepływ lodowca, czyli ruch lodu w kierunku morza, nie był on wystarczający do nadążać za rozpadem i wypychaniem gór lodowych. Zamiast tego wzrost prędkości wydawał się po prostu zasilać coraz szybszy przenośnik do końca produkcji góry lodowej. To skłoniło USGS do przewidzenia, że ​​lodowiec cofnie się o 32 km, zanim się ustabilizuje. Do 2006 roku cofnął się o 16 km. Woda pozostaje głęboka, a tempo wycielenia i prędkość lodowca są bardzo wysokie, co wskazuje na kontynuację cofania się. W tym momencie, podobnie jak w przypadku spłaty balonu w hipotece o zmiennej stopie procentowej, lodowiec musi spłacić zupełnie nową część swojego salda za pośrednictwem gór lodowych. Lodowiec przyspiesza, gdy przepływ jest wzmagany przez proces cielenia; zwiększa to eksport gór lodowych z lodowca. Duże rekolekcje cielenia są inicjowane przez ocieplenie powodujące przerzedzenie lodu. Wynikające z tego wycofanie się do nowych warunków równowagi może być znacznie szersze niż odzyskanie podczas następnego etapu postępu. Dobrym tego przykładem jest lodowiec Muir.

Obok Glacier Bay, Icy Bay ma najbardziej rozległe odosobnienie. Na początku XX wieku linia brzegowa była prawie prosta, a zatoka nie istniała. Wejście do zatoki było wypełnione powierzchnią lodowca, który cielił góry lodowe bezpośrednio do Zatoki Alaskiej. Sto lat później cofanie się lodowca otworzyło wieloramienną zatokę o długości ponad 30 mil. Lodowiec Tidewater podzielił się na trzy niezależne lodowce: Yahtse, Tsaa i Guyot Glacier. Innymi przykładami lodowców znajdujących się obecnie w fazie cofania się są lodowce South Sawyer i Sawyer na Alasce, cofające się odpowiednio o 2,1 i 2,3 km w latach 1961-2005.

W Patagonii przykładem szybko cofającego się lodowca jest lodowiec Jorge Montt, który wpada do Baja Jorge Montt na Oceanie Spokojnym. Przerzedzenie lodu lodowca na niskich wysokościach w latach 1975-2000 osiągnęło 18 m⋅a ^-1 na najniższych wysokościach. W wyniku szybkiego przerzedzania front lodowca uległ znacznemu cofnięciu o 8,5 km w ciągu tych 25 lat [1] .

Stabilnie schowany

W pewnym momencie lodowiec osiąga punkt, w którym cielenie się jest ograniczone z powodu zwężenia fiordu lub ławicy, a AAR lodowca wynosi blisko 100. Dzieje się tak w przypadku lodowców LeConte i Yathse. Lodowiec Le Conte ma obecnie AAR na poziomie 90, znajduje się w pozycji cofniętej i wydaje się, że prawdopodobnie będzie się przesuwał po zbudowaniu ławicy końcowej. Spadek tempa wycielenia pozwala lodowcowi przywrócić równowagę.

Przykłady zachowania lodowca pływowego

Lodowiec Taku

Lodowiec Taku stanowi dobry przykład tego cyklu. Największy zasięg osiągnął około 1750 roku. W tym momencie zamknął Taku Inlet . Następnie rozpoczęto rekolekcje porodowe. Zanim John Muir zobaczył lodowiec w 1890 roku, był on bliski minimalnego zasięgu, w miejscu zwężenia fiordu, z głęboką wodą z przodu. Około 1900 roku jego AAR wynoszący 90 doprowadził do początku postępu lodowca Taku, w tym samym czasie, gdy pozostałe lodowce Juneau Icefield nadal się cofały. Postęp ten utrzymywał się w tempie 88 m⋅a ^-1 , posuwając się o 5,3 km od minimum z 1900 r. do 1948 r., cały czas budując, a następnie wjeżdżając na znaczną równinę sandrową pod cielącą się twarzą. Po 1948 r. lodowiec Taku, obecnie niecielący się, miał tylko nieznacznie obniżony AAR (86 i 63). To spowodowało 1,5 km dalszego postępu przy zmniejszonej szybkości 37 m⋅a ^-1 . W 1990 roku AAR lodowca Taku było wystarczająco wysokie, aby skłonić Pelto i Millera do wniosku, że lodowiec Taku będzie się rozwijał przez pozostałą dekadę XX wieku. Od 1986 do 2005 r. Wysokość linii równowagi na lodowcu wzrosła bez znaczącego przesunięcia końca, powodując spadek AAR do około 72. Pelto i Miller doszli do wniosku, że obecne zmniejszenie tempa postępu od 1970 r. Przypisuje się rozszerzającemu się w bok płatowi końcowemu w przeciwieństwie do malejącego bilansu masy i że główną siłą stojącą za postępem lodowca Taku od około 1900 roku jest dodatni bilans masy. Niedawny brak dodatniego bilansu masy ostatecznie spowolni odwrót, jeśli będzie się utrzymywał.

Skutki zmian klimatu

Rozmiar lodowców wód pływowych jest taki, że cykl lodowców wód pływowych trwa kilkaset lat. Lodowiec pływowy nie jest wrażliwy na klimat podczas postępującej i drastycznie cofającej się fazy swojego cyklu. W tym samym regionie obserwuje się różne reakcje końcowe wśród lodowców cielęcych się wód pływowych, ale nie lodowców kończących ląd. Przykładem jest 17 głównych lodowców pola lodowego Juneau , 5 cofnęło się o ponad 500 m od 1948 r., 11 o ponad 1000 m, a jeden lodowiec Taku się posunął. Ta różnica podkreśla wyjątkowy wpływ cyklu lodowcowego wód pływowych na zachowanie końcowe, który spowodował, że lodowiec Taku był niewrażliwy na zmiany klimatyczne w ciągu ostatnich 60 lat. Jednocześnie zarówno w Patagonii, jak i na Alasce występują lodowce wód pływowych, które przesuwały się przez znaczny okres, lodowce wód pływowych szybko się cofają i stabilne lodowce wód pływowych.

Inne referencje

• Viens, R. 2001. Późnoholoceńskie zmiany klimatu i fluktuacje lodowców cielenia wzdłuż południowo-zachodniego marginesu pola lodowego Stikine , U. ALASKA, rozprawa doktorska U. Washington. [2]
• Post, A.; Motyka, RJ (1995). „Lodowce Taku i Le Conte, Alaska: kontrola prędkości cielenia się asynchronicznych postępów i odwrotów późnego holocenu”. Geografia fizyczna . 16 : 59–82. doi : 10.1080/02723646.1995.10642543 .