Mała epoka lodowcowa
Zimna epoka skończyła się w połowie XIX wieku, a klimat zaczął się ocieplać w ostatnim półtora wieku, szybciej w pierwszej połowie, zwłaszcza w rejonach polarnych. W ciągu dekady rozpoczynającej się w 1920 roku średnie roczne temperatury w Arktyce wzrosły o 2° do 4°C, wraz z częstymi cyklonami na północnych szerokościach geograficznych. Lodowce cofnęły się w górach prawie wszędzie: do 1950 roku powierzchnia lodowców skurczyła się o 25 procent w Szwajcarii io 15 procent na Kaukazie. Chociaż lodowce górskie sporadycznie posuwały się naprzód w latach dwudziestych i sześćdziesiątych XX wieku, te zimne okresy były krótkie i miały ograniczony zasięg, a do 2000 r. stały wzrost temperatury stał się globalny.
Globalne ocieplenie budzi poważne obawy i jest przedmiotem dyskusji naukowców i decydentów. Raporty oceniające Międzyrządowego Zespołu ONZ ds. Zmian Klimatu (IPCC) potwierdzają, że temperatura powietrza na powierzchni rośnie. Niewątpliwie to ocieplenie jest jednym z czynników szybszego topnienia lodowców górskich i lądolodów, z wyjątkiem lądolodu Antarktydy, który magazynuje około 90 proc. globalnego lodu. A badania pokrywy lodowej Antarktydy w ciągu ostatnich 50 lat pokazują, że pomimo błędów pomiarowych masa lodu nie zmniejszyła się, co świadczy o jego stabilności. Jednak powolny wzrost poziomu mórz spowodowany rozszerzalnością termiczną wód oceanicznych oraz topnieniem pokrywy lodowej Grenlandii i innych lodowców polarnych i górskich ma ogromne znaczenie dla populacji przybrzeżnych.
Na tym tle zmian klimatycznych postaram się wyjaśnić, w jaki sposób lodowce stają się niestabilne lub wdzierają się do otaczających obszarów, zagrażając populacjom ludzkim, i jak monitorować takie fale.
Specjalna klasa rosnących lodowców
Czasami pojedyncze lodowce posuwają się szybko w porównaniu z ogólnym skróceniem zlodowacenia - terminem określającym wzrost i dojrzałość lodowca. Na przykład w 1963 roku lodowiec Medvezhiy „obudził się” i spłynął w dół zachodniego zbocza pasma górskiego Academia Nauk, najwyższego Pamiru w Azji Środkowej. Zwykła prędkość lodowca wynosiła 200-400 metrów na rok, nie więcej niż 1 metr dziennie. Ale w kwietniu 1963 roku jego prędkość nagle wzrosła stukrotnie i spadała w dół doliny z prędkością 100 metrów dziennie. W ciągu miesiąca język Medvezhiy mierzył prawie 2 kilometry (km), dzieląc dolinę na dwie części, tworząc jezioro o głębokości 8 metrów. Ciśnienie jeziora ostatecznie rozerwało lodową zaporę kasetonową i wkrótce woda zalała rzekę Vanch z prędkością 1000 metrów sześciennych na sekundę, przenosząc duże kawałki lodu i kamienia.
Fala Medvezhiy dała impuls do badań falujących lodowców w byłym Związku Radzieckim. Począwszy od 1963 roku specjalna ekspedycja regularnie badała lodowiec, rejestrując dokładne obserwacje, które dały podstawę do przewidywania kolejnego przypływu. Po kilku badaniach Medvezhiy udało się przewidzieć czas i skalę kolejnego przypływu, który miał miejsce latem 1973 roku. Była to pierwsza w historii naukowa prognoza katastrofy lodowcowej. Kilka miesięcy później, wiosną 1973 roku, Medvezhiy ponownie zaczął się rozwijać. W ciągu dwóch miesięcy jego język wydłużył się o 1,8 km i pochłonął resztki swojego wzrostu sprzed 10 lat. Lodowiec ponownie spiętrzył dopływ w dolinie, a za barierą lodowcową ponownie wezbrało jezioro, które pękło dwukrotnie, zalewając okolicę zrzutem 1000 metrów sześciennych na sekundę.
Od lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku badania falujących lodowców, zwłaszcza Medvezhiy, stworzyły naukowy obraz struktury i natury lodowców. Stwierdzono, że lodowiec powtarzał swój wzrost w niemal równych odstępach czasu, o ile nie zmieniały się warunki zewnętrzne. Jednak nawet w podobnych warunkach geograficznych różne lodowce reagowały inaczej. Medvezhiy wzrastał co 9-17 lat. Według danych pośrednich i lokalnych obserwacji lodowiec posuwał się naprzód w latach 1937 i 1951, podczas gdy bezpośrednie obserwacje odnotowały skoki w latach 1963, 1972 i 1989.
Nagłe wezbranie lodowców nie jest związane z wahaniami klimatycznymi, a wezbrania mogą mieć miejsce nawet w okresach cofania się lodowców. Jest to normalne zachowanie niektórych lodowców i nie może świadczyć o zbliżającej się fali. Przedział czasu między początkiem fali a jej końcem nazywany jest pulsacją, aw rzeczywistości pulsacje okresowe powstają z powodu niestabilności lodowca. Siła tarcia w dnie lodowca łamie lód. Setki falujących lodowców są obecnie znane w wielu regionach lodowcowych, z największą liczbą na Alasce, Islandii, Spitsbergenie - największej wyspie archipelagu Svalbard na Oceanie Arktycznym - a także w górach Azji Środkowej i na Pamiry.
Pulsacja lodowca składa się z dwóch głównych etapów: wezbrania i regeneracji. Podczas wezbrania lodowiec uwalnia nagromadzone napięcie z poprzedniego etapu regeneracji. Lodowiec pęka, jego prędkość wzrasta, a masa lodu ze szczytu lodowca przemieszcza się do jego środkowej i dolnej strefy. Gdy tak się dzieje, górna i dolna strefa lodowca zbliżają się, zmuszając lodowiec do wydłużenia języka. Pod koniec fali regeneracja rozpoczyna się, gdy w górnej strefie pulsacji gromadzi się lód, podczas gdy przód aktywowanego obszaru stopniowo się porusza.
Pozostaje jednak nierozwiązane pytanie: jaka jest różnica między „normalnym” a wezbranym lodowcem i czy zwykły lodowiec może zamienić się w wezbrany lodowiec? W każdym razie, jak wspomniano wcześniej, aktywacja lodowca nie zawsze skutkuje gwałtownym wzrostem. Ale ruch lodowca zaburza strukturę i reżim lodowca jako całości: gdy lód przyspiesza, pojawiają się w nim pęknięcia wypełnione kamieniem i nowymi osadami morenowymi.
Przyczyny i mechanizmy wezbrań lodowcowych
Ogólnie rzecz biorąc, lodowiec faluje, gdy wąskie doliny górskie lub pokrywa morenowa powstrzymują wypływ lodu, powodując niestabilność. Niestety, bezpośrednie obserwacje zmiany ruchu lodowca na początku wezbrania są nadal bardzo rzadkie, a przyczyny wezbrań nie są jeszcze jasne. Obecnie wysuwane są hipotezy mające na celu wyjaśnienie mechanizmu przepięć.
Prędkość lodowca gwałtownie wzrasta albo z powodu intensyfikacji sił, które go napędzają (głównie grawitacji), albo bardziej problematyczną przyczyną jest słabnące tarcie wewnątrz lodowca i na podłożu górskim. Oba te procesy są ze sobą powiązane. Przepływ lodu gwałtownie wzrasta po przekroczeniu obciążenia progowego, co następuje w wyniku gromadzenia się lodu przez lata w zbiorniku lodowcowym.
Jednym z czynników zwiększających osuwanie się lodowca po dnie jest tworzenie się warstewki wody w stanie ciekłym. Małe przeszkody (wielkości kilku centymetrów) na podłożu skalnym stawiają opór przepływowi lodu, dopóki nie stopi się on w warstewkę wody równą objętości przeszkód. Lodowce rosną również wtedy, gdy warstwa śniegu, powiedzmy o grubości od 25 do 50 metrów, gromadzi się z czasem na powierzchni, przekraczając masę krytyczną lodowca i powodując jego ślizganie się po warstwie wody. Im grubszy lodowiec, tym trudniej zimnemu strumieniowi przenikać do niższych stref, podczas gdy strumień ciepła z Ziemi pozostaje niezmieniony. Fala powoduje również zmniejszenie jej grubości, a temperatury na jej dnie spadają poniżej zera, co spowalnia jej ruch.
Przyspieszenie lodowców można również wytłumaczyć pojawieniem się pustych, wypełnionych wodą obszarów między lodem lodowca a dnem, które znajdują się pod dużym ciśnieniem; lód porusza się nad półkami górskimi i wzdłuż nierówności koryta w wyniku topnienia i wielokrotnego zamrażania wody topniejącej, a także plastycznych odkształceń lodu.
Katastrofa na Kaukazie
Niewielki lodowiec Kolka o długości 3 km, położony na północnym zboczu góry Kazbek, jednego z najwyższych szczytów Kaukazu, należy do klasy lodowców wezbranych. Kolka podniosła się w 1902 r. i ponownie w 1969 r., kiedy urosła do prawie dwukrotnie większej długości i wytrysnął gęsty strumień błota z lodowymi kamieniami. Przewidywano, że Kolka wzrośnie w latach 30. XXI wieku. Ale stało się to dużo wcześniej.
W dniu 20 września 2002 r. ogromne masy lodu, wody i kamieni ruszyły doliną i zatrzymały się przed grzbietem w paśmie Skalisty, tworząc jezioro i zaporę o grubości 100 m i długości 4 km. Około 110 milionów metrów sześciennych lodu utknęło w wąskim wąwozie doliny. Ta masa lodu wkrótce przerwała tamę i spłynęła w dół doliny, tworząc „fale” na zboczach i osadzając bloki lodu i kamieni na wysokość 100-140 m ponad koryto rzeki. Dalej wzdłuż wąwozu ciężki spływ błotny z blokami lodu pokonał odległość 12 km, powodując dalsze zniszczenia i zabijając 130 osób.
Nieoczekiwane zachowanie Kolki otworzyło „oko” w cyrku lodowcowym (zagłębienie w kształcie misy na zboczu gór). Okazało się, że lodowiec całkowicie „odsunął się” od swojego koryta. Nigdzie na świecie nie zdarzyło się podobne zdarzenie, tym bardziej godne odnotowania, że Kolka nie była wiszącym lodowcem: znajdowała się w kotlinie i miała na swojej powierzchni niewielki spadek o kącie od 7o do 9o. Do podobnego zdarzenia mogło dojść tylko w wyniku nagromadzenia się pod lodowcem ogromnej ilości wody, spowodowanej anomalnym topnieniem lodu i śniegu w alpejskiej strefie Kaukazu w ciągu ostatnich czterech lat. Obfitość wody na okolicznych zboczach i grubość samego lodowca przygotowały lodowiec na dalszą katastrofę, która obejmowała lawinę lodu i skał połączoną z małymi zdarzeniami wulkanicznymi i sejsmicznymi.
Ta katastrofa lodowca Kolka pokazała konieczność stałego monitorowania i obserwacji falujących lodowców.
Monitorowanie przepięć
Lodowce, które mają się uaktywnić i wezbrać, wykazują pewne zmiany w swoich zarysach: język kształtuje się w kroplę łzy; na krawędziach pojawiają się linie uskoków i strefy pokruszonego lodu; otwiera się wiele szczelin; język napiera na inne lodowce; a zbocza gór i jeziora nabierają kształtu. Pod koniec zdarzenia wezbraniowego czubek języka lodowca jest chaotyczną kupą bloków lodu.
Wielokrotne zdjęcia satelitarne oraz obserwacje lotnicze i naziemne są szczególnie cenne w odkrywaniu falujących lodowców i badaniu ich zachowania. Po raz pierwszy zdobyłem doświadczenie w Pamirze, gdzie wiele lodowców wezbrało w latach 1972-1977. Korzystając ze zdjęć satelitarnych i stacji orbitalnych, odkryto ponad 20 dużych wezbrań w Centralnym Pamirze w latach 1960-1990.
Spis falujących lodowców w Pamirze opublikowano 10 lat temu. Skatalogowanie tego dużego regionu było możliwe jedynie dzięki rosyjskim badaniom satelitarnym Pamiru prowadzonym w latach 1972-1991. Łącznie w Pamirze odkryto 630 lodowców wykazujących oznaki niestabilności, w tym 51 z utrwalonymi dużymi wezbraniami, 215 ze śladami dynamicznych aktywność, a 464 z oznakami wcześniejszych wzrostów lub niestabilnej aktywności.
Proponuję ustanowienie systemu regularnego monitorowania zmian rozmiarów i form falujących lodowców oraz ich dynamicznego zachowania poprzez obserwacje naziemne, lotnicze i kosmiczne. Obserwacje naziemne obejmują zakładanie regularnych pomiarów fotogeodezyjnych fluktuacji lodowca, stałe stacje glacjalno-meteorologiczne oraz prowadzenie badań terenowych. Obserwacje lotnicze obejmują regularny monitoring aerowizualny oraz okresowe odległe przeglądy aerofotogrametryczne. Obserwacje kosmiczne obejmują ciągłe zdjęcia satelitarne z rozdzielczością od 15 m do 20 m. Obecnie takie informacje są dostępne w Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), wspólnym wysiłku NASA i Japonii, latającym na satelicie Terra; z Landsata 7; a także z rosyjskiej sekcji Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie kosmonauci fotografują lodowce.
Podczas globalnego ocieplenia wciąż nie znaleziono rozwiązań dla rosnących lodowców i ich nieprzewidywalnego zachowania, co wymaga zorganizowanych krajowych i międzynarodowych badań.
Źródło: www.un.org