Tidvattenglaciärcykeln
Tidvattenglaciärcykeln är det typiskt århundraden långa beteendet hos tidvattenglaciärer som består av återkommande perioder av framsteg omväxlande med snabb reträtt och avbryts av perioder av stabilitet . Under delar av sin cykel är en tidvattenglaciär relativt okänslig för klimatförändringar .
Kalvningshastighet för tidvattenglaciärer
Även om klimatet är den viktigaste faktorn som påverkar beteendet hos alla glaciärer, påverkar ytterligare faktorer kalvning ( isbergsproducerande ) tidvattenglaciärer. Dessa glaciärer slutar abrupt vid havets gränssnitt, med stora delar av glaciären spricker och separerar, eller kalvar , från isfronten som isberg.
Klimatförändringar orsakar en förskjutning i jämviktslinjehöjden (ELA) för en glaciär. Detta är den imaginära linjen på en glaciär, ovanför vilken snö samlas snabbare än den avtar, och under vilken är det omvända fallet. Denna höjdförskjutning föranleder i sin tur en reträtt eller framryckning av ändstationen mot en ny position i stabilt tillstånd. Denna förändring i ändbeteendet för kalvningsglaciärer är emellertid också en funktion av resulterande förändringar i fjordgeometrin och kalvningshastigheten vid glaciäränden när den ändrar position.
Kalvningsglaciärer skiljer sig från landslutande glaciärer i variationen i hastighet längs deras längd. Landavslutande glaciärhastigheter minskar när ändstationen närmar sig. Kalvningsglaciärer accelererar vid ändstationen. En sjunkande hastighet nära ändstationen saktar ner glaciärens reaktion på klimatet. En accelererande hastighet vid fronten ökar hastigheten på glaciärernas svar på klimatet eller glaciärens dynamiska förändringar. Detta observeras på Svalbard , Patagonien och Alaska . En kalvningsglaciär kräver mer ackumuleringsarea än en landslutande glaciär för att kompensera för denna högre förlust från kalvning.
Kalvningshastigheten styrs till stor del av vattnets djup och glaciärhastigheten vid kalvningsfronten. Kalvningsprocessen ger en obalans i krafterna på framsidan av glaciärerna, vilket höjer hastigheten. Vattnets djup vid glaciärfronten är ett enkelt mått som möjliggör uppskattning av kalvningshastighet, men är mängden flytning av glaciären vid fronten som är den specifika fysiska egenskapen som är viktig.
Vattendjup vid glaciärterminalen är nyckelvariabeln för att förutsäga kalvning av en tidvattenglaciär. Skräpflödet och sedimentåtervinning vid glaciärens jordningslinje, särskilt snabb i de tempererade glaciärerna i Alaska, kan förändra detta djup och fungera som en andra ordningens kontroll av fluktuationer i slutänden. Denna effekt bidrar till att en glaciär är okänslig för klimatet när dess ändstation antingen drar sig tillbaka eller avancerar på djupt vatten.
Austin Post var en av de första som föreslog att vattendjup vid kalvningsmarginalen starkt påverkar hastigheten för kalvning av isberg. Glaciärer som slutar på ett moränstim är i allmänhet stabila, men när en glaciär väl drar sig tillbaka i vatten som fördjupas när isfronten drar sig tillbaka, ökar kalvningshastigheten snabbt och resulterar i drastisk retirering av ändstationen. Med hjälp av data som samlats in från 13 kalvningsglaciärer för tidvatten i Alaska, Brown et al. (1982) härledde följande samband mellan kalvningshastighet och vattendjup: där är medelkalvningshastigheten ( m ⋅ a −1 ), är en kalvningskoefficient (27.1±2 a −1 ), är medelvattendjupet vid glaciärens front ( m) och är en konstant (0 m⋅a −1 ). Pelto och Warren (1991) fann ett liknande kalvningsförhållande med tidvattenglaciärer som observerats under längre tidsperioder, med något reducerad kalvningshastighet till de huvudsakligen sommarhastigheter noterade av Brown et al. (1982).
också en viktig form av ablation för glaciärer som slutar i sötvatten . Funk och Röthlisberger fastställde ett samband mellan kalvningshastighet och vattendjup baserat på analys av sex glaciärer som kalvar i sjöar. De fann att samma grundläggande kalvningsförhållande som utvecklats för kalvningsglaciärer av tidvatten gällde för kalvningsglaciärer i sötvatten, endast kalvningskoefficienterna ledde till kalvningshastigheter på 10 % av kalvningsgraden för tidvattenglaciärer.
Tidvattenglaciärfaser
Observationer av kalvningsglaciärer i Alaska fick Austin Post att beskriva cykeln för tidvattnets kalvning av glaciären: (1) framåt, (2) stabilt utsträckt, (3) drastiskt tillbaka eller (4) stabilt tillbakadraget. Följande är en detaljerad genomgång av tidvattenglaciärcykeln härledd av Post, med många citerade exempel, cykeln är baserad på observationer av tempererade tidvattenglaciärer i Alaska, inte utloppsglaciärer från stora inlandsisar eller polära glaciärer.
Ackumuleringsareaförhållandet för en glaciär, AAR, är procentandelen av en glaciär som är en snötäckt ackumuleringszon i slutet av sommarens smältsäsong . Denna procentandel för stora glaciärer i Alaska är mellan 60 och 70 för icke-kalvande glaciärer, 70-80 för måttligt kalvande glaciärer och upp till 90 för glaciärer med mycket hög kalvningshastighet. Genom att använda data om ackumuleringsarea (AAR) för kalvningsglaciärer för tidvatten i Alaska producerade Pelto (1987) och Viens (1995) modeller som visar att klimatet fungerar som en första ordningens kontroll av fram-/reträttcykeln för kalvningsglaciärer under större delen av framryckningen reträttcykel, men det finns klimatokänsliga perioder också. Pelto (1987) undersökte ändbeteendet hos 90 Alaskaglaciärer och fann att ändbeteendet för alla 90 var korrekt förutspått baserat på AAR och kalvningshastighet.
Avancerar
Om vi börjar vid det stabila tillbakadragna läget i slutet av en tidvattenglaciärcykel kommer glaciären att ha en måttlig kalvningshastighet och en hög AAR, över 70. Glaciären kommer att bygga ett terminusstim av sediment som ytterligare minskar kalvningshastigheten. Detta kommer att förbättra glaciärens massbalans och glaciären kan börja avancera på grund av denna förändring eller ett ökat isflöde till ändstationen på grund av ökande snöfall eller minskad snösmältning. När framryckningen fortskrider kommer ändstammen att skjutas framför glaciären och fortsätta att byggas, vilket håller kalvningshastigheten låg. När det gäller de flesta glaciärer som Taku-glaciären kommer glaciären så småningom att bygga ett slutstim som är ovanför vattnet och kalvningen kommer i princip att upphöra. Detta kommer att eliminera denna förlust av is från glaciären och glaciären kan fortsätta att avancera. Taku Glacier och Hubbard Glacier har varit i denna fas av cykeln. Taku-glaciären som har utvecklats i 120 år kalvar inte längre. Hubbard Glacier har fortfarande en kalvningsfront. Glaciären kommer sedan att expandera tills AAR är mellan 60 och 70 och jämvikt för den icke-kalvande glaciären uppnås. Glaciären är inte särskilt känslig för klimatet under framryckningen då dess AAR är ganska hög, när terminus stimmet begränsar kalvningen.
Stall-förlängd
Vid maximalt utsträckt läge är glaciären återigen känslig för klimatförändringar. Brady Glacier och Baird Glacier är exempel på glaciärer för närvarande vid denna tidpunkt. Brady Glacier har tunnat ut under de senaste två decennierna på grund av de högre jämviktshöjderna som åtföljer varmare förhållanden i regionen, och dess sekundära ändar har börjat dra sig tillbaka. En glaciär kan förbli på denna position någon gång, åtminstone ett sekel när det gäller Brady Glacier. Vanligtvis sker en betydande gallring innan reträtt från stimmet börjar. Detta möjliggjorde förutsägelsen 1980, av United States Geological Survey (USGS), om Columbia-glaciärens reträtt från dess slutstim. Glaciären hade legat kvar på detta stim under hela 1900-talet. USGS övervakade glaciären på grund av dess närhet till Valdez, Alaska , hamnen för export av råolja från Alaskan Pipeline . Vid någon tidpunkt kommer en minskning av massbalansen att utlösa en reträtt från stimmet till djupare vatten, varvid kalvning kommer att ske. Baserat på den senaste gallringen föreslås det att Brady Glacier är redo att börja retirera.
Drastiskt retirerande
Kalvningshastigheten kommer att öka när glaciären drar sig tillbaka från stimmet in i den djupare fjorden som just rensats av glaciären under framfarten. Vattendjupet ökar initialt när glaciären drar sig tillbaka från stimmet, vilket orsakar allt snabbare glaciärflöde, kalvning och reträtt. En glaciär är förhållandevis okänslig för klimatet under denna kalvningsreträtt. Men i fallet med San Rafael Glacier, Chile , noterades en övergång från reträtt (1945–1990) till avancemang (1990–1997). Aktuella exempel på denna reträtt är Columbia Glacier och Guyot Glacier . Det mest kända exemplet på senare tid på detta är den stora reträtten av Glacier Bay och Icy Bay glaciärer i Alaska som skedde snabbt via denna process. Muir Glacier drog sig tillbaka 33 km från 1886 till 1968 med omfattande kalvning hela tiden. Den vände sin reträtt kort 1890—1892. 1968 var Muir-glaciären fortfarande 27 km lång, mindre än hälften av sin längd 1886. Reträtten fortsatte ytterligare 6,5 km 2001. Idag är glaciären nära fjordhuvudet och med minimal kalvning kan glaciären vara stabil i denna indragna position.
Det bästa aktuella exemplet illustreras av United States Geological Survey studie av Columbia Glacier. De noterade att den genomsnittliga kalvningshastigheten från Columbia Glacier ökade från 3 km 3 ⋅a −1 under andra halvåret 1983 till 4 km 3 ⋅a −1 under de första nio månaderna av 1984. Denna hastighet var fyra gånger högre än den som uppmättes i slutet av 1977 och ökade igen 1985. Glaciärflödet, det vill säga isens rörelse mot havet, ökade också, det var otillräckligt för att hålla jämna steg med isbergs uppbrott och utdrivning. Hastighetsökningen verkade istället bara mata den allt snabbare transportören till ändstationen för isbergsproduktion. Detta fick USGS att förutsäga att glaciären skulle dra sig tillbaka 32 km innan den stabiliserades. År 2006 har den dragit sig tillbaka 16 km. Vattnet förblir djupt och kalvningshastigheten och glaciärhastigheten mycket hög, vilket tyder på att reträtten kommer att fortsätta. Vid denna tidpunkt, precis som att ha en ballongbetalning i ett bolån med justerbar ränta, måste glaciären betala en helt ny del av sitt saldo via isberg. Glaciären accelererar när flödet förstärks av kalvningsprocessen; detta ökar exporten av isberg från glaciären. Stora kalvningsretreater initieras av uppvärmningsförhållanden som orsakar isförtunning. Den resulterande reträtten till nya jämviktsförhållanden kan bli mycket mer omfattande än vad som kommer att återvinnas under nästa framstegsskede. Ett bra exempel på detta är Muir Glacier.
Bredvid Glacier Bay har Icy Bay haft den mest omfattande reträtten. I början av 1900-talet var kustlinjen nästan rak och bukten obefintlig. Ingången till bukten fylldes av en tidvattenglaciär som kalvde isberg direkt i Alaskabukten. Ett sekel senare glaciär reträtt har öppnat en flerarmad vik mer än 30 miles lång. Tidvattenglaciären har delat upp sig i tre oberoende glaciärer, Yahtse, Tsaa och Guyot Glaciär. Andra exempel på glaciärer som för närvarande befinner sig i reträttfasen är South Sawyer- och Sawyer-glaciärerna i Alaska, som drog sig tillbaka 2,1 respektive 2,3 km från 1961 till 2005.
I Patagonien är ett exempel på en snabbt retirerande glaciär Jorge Montt-glaciären som rinner ut i Baja Jorge Montt i Stilla havet. Glaciärens isförtunning, på låga höjder, från 1975 till 2000 nådde 18 m⋅a −1 på de lägsta höjderna. Glaciärens kalvningsfront upplevde en stor reträtt på 8,5 km under dessa 25 år som ett resultat av snabb uttunning [ 1] .
Stall-indragen
Vid något tillfälle når glaciären en nålpunkt där kalvningen minskar på grund av en fjordavsmalning eller stim och glaciärens AAR är nära 100. Detta sker med LeConte Glacier och Yathse Glacier. Le Conte Glacier har för närvarande en AAR på 90, är i en tillbakadragen position och verkar troligen vara inställd på att avancera efter att ha byggt ett terminusstim. Nedgången i kalvningshastighet gör att glaciären kan återupprätta jämvikten.
Exempel på beteende av tidvattenglaciärer
Taku glaciären
Taku-glaciären är ett bra exempel på denna cykel. Den var i sin maximala utsträckning nära 1750. Vid denna tidpunkt hade den stängt av Taku Inlet . Därefter påbörjades kalvningsretreat. När John Muir såg glaciären 1890 var den nära sin minsta utsträckning, på en plats där fjorden smalnade av, med djupt vatten framför. Omkring 1900 ledde dess AAR på 90 till att Taku-glaciären började avancera, samtidigt som de återstående Juneau Icefield- glaciärerna fortsatte att avta. Detta framsteg fortsatte med en hastighet av 88 m⋅a −1 , avancerade 5,3 km från 1900-talets minimum fram till 1948, samtidigt som man byggde och sedan åkte upp på en betydande utspolningsslätt under dess kalvningsyta. Efter 1948 hade den nu icke-kalvande Taku-glaciären en AAR endast något reducerad (86 och 63). Detta körde 1,5 km vidare framryckning med en reducerad hastighet av 37 m⋅a −1 . 1990 var Taku-glaciärens AAR 82 tillräckligt hög för att få Pelto och Miller att dra slutsatsen att Taku-glaciären skulle fortsätta att utvecklas under det återstående decenniet av 1900-talet. Från 1986 till 2005 steg jämviktslinjehöjden på glaciären utan en betydande ändpunktsförskjutning, vilket fick AAR att sjunka till cirka 72. Pelto och Miller drog slutsatsen att den nuvarande minskningen av framstegshastigheten sedan 1970 kan tillskrivas den i sidled expanderande terminalloben till skillnad från vikande massbalans och att den primära kraften bakom Takuglaciärens framfart sedan omkring 1900 beror på positiv massbalans. Den senaste tidens brist på positiv massbalans kommer så småningom att bromsa reträtten om den fortsätter.
Effekter av klimatförändringar
Storleken på tidvattenglaciärer är sådan att tidvattenglaciärcykeln är flera hundra år lång. En tidvattenglaciär är inte känslig för klimatet under de framskridande och drastiskt retirerande faserna av dess cykel. I samma region observeras olika terminussvar bland tidvattenkalvningsglaciärer, men inte landslutande glaciärer. Detta exemplifieras av de 17 stora glaciärerna i Juneau Icefield , 5 har dragit sig tillbaka mer än 500 m sedan 1948, 11 mer än 1 000 m, och en glaciär som Taku har avancerat. Denna skillnad belyser de unika effekterna på ändarnas beteende av tidvattenglaciärcykeln, vilket har gjort att Taku-glaciären har varit okänslig för klimatförändringar under de senaste 60 åren. Samtidigt finns det i både Patagonien och Alaska tidvattenglaciärer som har avancerat under en avsevärd period, tidvattenglaciärer som genomgår snabb reträtt och stabila tidvattenglaciärer.
Fotnoter
Andra referenser
- Viens, R. 2001. Late Holocene Climate Change and Calving Glacier Fluctuations Along the Southwestern Margin of the Stikine Icefield, U. ALASKA, U. Washington Ph. D-avhandling. [2]
- Post, A.; Motyka, RJ (1995). "Taku- och Le Conte-glaciärer, Alaska: Kalvningshastighetskontroll av asynkrona framryckningar och reträtter från sen holocen". Fysisk geografi . 16 : 59–82. doi : 10.1080/02723646.1995.10642543 .