Lodowe światy. Czym jest lód i jak powstaje? Gdzie jest lód?

W górach prowincji Shanxi w Chinach znajduje się największa w kraju jaskinia lodowa – 85-metrowa podziemna konstrukcja w kształcie kręgla – położona na zboczu góry. Jej ściany i podłoga pokryte są grubą warstwą lodu, a od sufitu do podłogi zwisają duże sople i stalaktyty. Jaskinia Ningwu ma jedną wyjątkową cechę: pozostaje zamarznięta przez całe lato, nawet gdy temperatury na zewnątrz osiągają letnie maksimum.

W całej Europie kontynentalnej, Azji Środkowej i Ameryce Północnej jest wiele takich jaskiń lodowych, w których zima trwa przez cały rok. Większość z nich znajduje się w chłodniejszych regionach, takich jak Alaska, Islandia i Rosja, gdzie niskie temperatury utrzymują się przez cały rok, aby utrzymać zamarznięcie jaskiń. Jednak jaskinie lodowe można znaleźć również w cieplejszym klimacie.

Jaskinia Lodowa Ningu w Chinach. Źródło zdjęcia: Zhou Junxiang/obraz Chiny

Większość z tych jaskiń to tak zwane „zimne pułapki”. Te jaskinie są dogodnie zlokalizowane ze szczelinami i otworami, przez które zimą dostaje się zimne powietrze, a latem nie może przez nie dostać się ciepłe powietrze. Zimą w jaskini osadza się zimne, gęste powietrze, wypierając zgromadzone tu ciepłe powietrze, które unosi się i opuszcza jaskinie. Latem w jaskini pozostaje zimne powietrze, ponieważ stosunkowo ciepłe powietrze unosi się i nie może wejść.

Lód wewnątrz jaskini działa również jako bufor, pomagając ustabilizować temperaturę wewnątrz. Lód natychmiast ochładza napływające ciepłe powietrze z zewnątrz, zanim spowoduje znaczne ocieplenie wnętrza jaskini. Oczywiście pod jego wpływem lód topi się, ale temperatura wewnątrz jaskini pozostaje prawie niezmieniona. Jest też odwrotny efekt: zimą, gdy do jaskini dostaje się bardzo zimne powietrze, woda w stanie ciekłym zamarza, wydzielając ciepło i zapobiegając zbytniemu spadkowi temperatury w jaskini.

Jaskinie lodowe wymagają również wystarczającej ilości wody na odpowiedni czas, aby się uformować. Zimą klimat musi być taki, żeby w górach było wystarczająco dużo śniegu, a latem temperatura musi być na tyle wysoka, żeby się roztopiło, ale powietrze w jaskini nie jest zbyt ciepłe. Aby jaskinia lodowa mogła się uformować i utrzymać, musi istnieć delikatna równowaga między wszystkimi tymi czynnikami.

Największa jaskinia lodowa na świecie to Eisriesenwelt, położona w Werfen w Austrii, około 40 km na południe od Salzburga. Jaskinia rozciąga się na ponad 42 kilometry. Zdjęcie: Michael i Sophia/Flickr

Decorah Ice Cave w stanie Iowa w USA jest jedną z największych jaskiń lodowych na amerykańskim Środkowym Zachodzie. Jesienią i wczesną zimą jaskinia pozostaje stosunkowo wolna od lodu. W tym okresie do jaskini dostaje się chłodne zimowe powietrze, które obniża temperaturę kamiennych ścian. Kiedy śnieg zaczyna topnieć na wiosnę, woda z roztopów przedostaje się do jaskini i zamarza w kontakcie z wciąż zimnymi ścianami, a w maju-czerwcu warstwa lodu osiąga maksymalną grubość kilku centymetrów. Lód często utrzymuje się w jaskini do końca sierpnia, podczas gdy temperatura na zewnątrz wzrasta powyżej 30 stopni.

Podobne zjawisko obserwuje się w Coudersport Ice Mine w Pensylwanii. Jest to mała jaskinia, w której lód tworzy się tylko w miesiącach letnich i topnieje zimą. Zdjęcie: rivercouple75/Tripadvisor

Rozwijająca się przepaść lodowa w kanadyjskich Górach Skalistych w Albercie znana jest z niesamowitej akustyki. Mówi się, że gdy kamienie odpadają i spadają na dno jaskini 140 metrów w dół, powoduje to dudniące echo. Jaskinia została odkryta dopiero w 2005 roku za pomocą Google Earth. Zdjęcie: Francois-Xavier De Ruydts

Jaskinia Lodowa Ningu w Chinach. Zdjęcie: Zhou Junxiang/Obraz Chiny

Jaskinia Lodowa Ningu w Chinach. Zdjęcie: Zhou Junxiang/Obraz Chiny

Jaskinia Lodowa Ningu w Chinach. Zdjęcie: Zhou Junxiang/Obraz Chiny

Jaskinia Lodowa Ningu w Chinach. Zdjęcie: Zhou Junxiang/Obraz Chiny

Jaskinia Lodowa Ningu w Chinach. Zdjęcie: Zhou Junxiang/Obraz Chiny

© Jewgienij Podolski,

Uniwersytet Nagoya (Japonia) Dedykowany mojej rodzinie Yeoulowi, Kostyi i Stasiowi. Lodowce na Ziemi iw Układzie Słonecznym Około dziesięciu procent lądu pokrywają lodowce – odwieczne masy śniegu, firn (z niemieckiego Firn – zeszłoroczny ubity ziarnisty śnieg) i lód, które mają swój własny ruch. Te ogromne rzeki lodu, przecinające doliny i miażdżące górami, miażdżąc swoim ciężarem kontynenty, przechowują 80% zasobów słodkiej wody naszej planety. Pamir to jeden z głównych ośrodków współczesnego zlodowacenia planety – niedostępny i mało zbadany (Tadżykistan; fot. autor, 2009) Rola lodowców w ewolucji globu i człowieka jest kolosalna. Ostatnie 2 miliony lat epok lodowcowych stały się potężnym impulsem rozwojowym dla naczelnych. Ciężkie warunki pogodowe zmuszały hominidy do walki o byt w niskich temperaturach, życia w jaskiniach, pojawiania się i rozwoju ubioru oraz powszechnego używania ognia. Obniżenie poziomu morza spowodowane wzrostem lodowców i wysychaniem wielu przesmyków przyczyniło się do migracji starożytnych ludzi do Ameryki, Japonii, Malezji i Australii.

Do największych ośrodków współczesnego zlodowacenia należą:

• Antarktyda - terra incognita, odkryta zaledwie 190 lat temu i stała się rekordzistą dla absolutnego minimum temperatury na Ziemi: -89,4 ° C (1974); w tej temperaturze nafta zamarza;
• Grenlandia, zwodniczo nazywana Grenlandią, jest „lodowym sercem” półkuli północnej;
• archipelag kanadyjskiej Arktyki i majestatyczne Kordyliery, gdzie znajduje się jeden z najbardziej malowniczych i potężnych ośrodków zlodowacenia - Alaska, prawdziwy współczesny relikt plejstocenu;
• najbardziej okazały region zlodowacenia w Azji - „siedziba śniegu” Himalaje i Tybet;
• „dach świata” Pamir;
• Andy;
• „niebiańskie góry” Tien Shan i „czarny piarg” Karakorum;
• Co zaskakujące, lodowce są nawet w Meksyku, tropikalnej Afryce („błyszcząca góra” Kilimandżaro, Mount Kenya i Rwenzori) i Nowej Gwinei!

Nauka badająca lodowce i inne systemy naturalne, których właściwości i dynamikę determinuje lód, nazywa się glacjologią (od łacińskich lodowców - lód). „Lód” to skała monomineralna występująca w 15 krystalicznych modyfikacjach, dla których nie ma nazw, a jedynie numery kodowe. Różnią się one różnymi typami symetrii kryształów (lub kształtem komórki elementarnej), liczbą atomów tlenu w komórce i innymi parametrami fizycznymi. Najpopularniejsza modyfikacja jest heksagonalna, ale są też sześcienne, czworokątne itp. Wszystkie te modyfikacje fazy stałej wody umownie określamy jednym słowem „lód”.

Lód i lodowce można znaleźć wszędzie w Układzie Słonecznym: w cieniu kraterów Merkurego i Księżyca; w postaci wiecznej zmarzliny i czap polarnych Marsa; w jądrze Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna; na Europie - satelita Jowisza, całkowicie, jak muszla, pokryty wieloma kilometrami lodu; na innych satelitach Jowisza - Ganimedesa i Kallisto; na jednym z księżyców Saturna – Enceladusie, z najczystszym lodem w Układzie Słonecznym, gdzie strumienie pary wodnej wystrzeliwują z pęknięć w lodowej skorupie na wysokość setek kilometrów z prędkością ponaddźwiękową; prawdopodobnie na satelitach Urana - Mirandy, Neptuna - Trytona, Plutona - Charona; wreszcie w kometach. Jednak zbieg okoliczności astronomicznych sprawił, że Ziemia jest miejscem wyjątkowym, w którym istnienie wody na powierzchni jest możliwe w trzech fazach jednocześnie - ciekłej, stałej i gazowej.

Faktem jest, że lód jest bardzo młodym minerałem Ziemi. Lód jest minerałem najnowszym i najbardziej powierzchownym, nie tylko pod względem ciężaru właściwego: jeśli w procesie formowania się Ziemi jako ciała początkowo gazowego wyodrębnimy etapy temperaturowe różnicowania się materii, to tworzenie się lodu jest ostatnim krokiem . Z tego powodu śnieg i lód na powierzchni naszej palety znajdują się wszędzie w pobliżu temperatury topnienia i podlegają najmniejszym zmianom klimatycznym.

Krystaliczna faza wody to lód. Zdjęcie modelu:

E. Podolski, 2006

Ale jeśli w warunkach temperaturowych Ziemi woda przechodzi z jednej fazy do drugiej, to dla zimnego Marsa (z różnicą temperatur od –140°C do +20°C) woda jest głównie w fazie krystalicznej (choć istnieje są procesy sublimacji, które prowadzą nawet do powstania chmur), a znacznie bardziej znaczących przemian fazowych nie doświadcza już woda, ale dwutlenek węgla, opadający jak śnieg, gdy temperatura spada, lub odparowujący, gdy podnosi się (a więc masa Atmosfera Marsa zmienia się z sezonu na sezon o 25%).

Wzrost i topnienie lodowców

Do powstania lodowca konieczne jest połączenie warunków klimatycznych i rzeźby terenu, w których roczna ilość opadów śniegu (w tym burze śnieżne i lawiny) przekroczy stratę (ablację) spowodowaną topnieniem i parowaniem. W takich warunkach powstaje masa śniegu, jodły i lodu, która pod wpływem własnego ciężaru zaczyna spływać po zboczu.

Lodowiec jest pochodzenia atmosferycznego osadowego. Innymi słowy, każdy gram lodu, czy to skromny lodowiec na Khibinach, czy gigantyczna kopuła lodowa Antarktydy, został przyniesiony przez nieważkie płatki śniegu, które opadają rok po roku, tysiąc po tysiącleciu w zimnych rejonach naszej planety. W ten sposób lodowce są tymczasowym przystankiem wody między atmosferą a oceanem.

W związku z tym, jeśli lodowce rosną, poziom oceanów na świecie spada (na przykład do 120 m podczas ostatniej epoki lodowcowej); jeśli kurczą się i cofają, wtedy morze się podnosi. Jedną z konsekwencji tego jest występowanie w strefie szelfowej regionów arktycznych reliktowej podwodnej zmarzliny, przykrytej słupem wody. W epokach zlodowacenia szelf kontynentalny, odsłonięty w wyniku obniżenia poziomu morza, stopniowo przemarzał. Po ponownym pojawieniu się morza, tak powstała wieczna zmarzlina znalazła się pod wodami Oceanu Arktycznego, gdzie nadal istnieje dzięki niskiej temperaturze wody morskiej (-1,8°C).

Gdyby wszystkie lodowce na świecie stopiły się, poziom mórz podniósłby się o 64–70 metrów. Obecnie roczny postęp morza na ląd następuje w tempie 3,1 mm na rok, z czego około 2 mm to wynik wzrostu objętości wody na skutek rozszerzalności cieplnej, a pozostały milimetr to wynik intensywnego topnienie lodowców górskich Patagonii, Alaski i Himalajów. W ostatnim czasie proces ten nabiera tempa, coraz bardziej dotykając lodowce Grenlandii i Antarktydy Zachodniej, a według najnowszych szacunków wzrost poziomu morza o 2100 może wynieść 200 cm. mapy świata i zabierz setki milionów ludzi w zamożnych Holandii i biednym Bangladeszu, w krajach Oceanu Spokojnego i Karaibów, w innych częściach globu, obszary przybrzeżne o łącznej powierzchni ponad 1 miliona kilometrów kwadratowych.

rodzaje lodowców. góry lodowe

Glacjolodzy wyróżniają następujące główne typy lodowców: lodowce szczytów górskich, kopuły i tarcze lodowe, lodowce stokowe, lodowce dolinowe, systemy lodowców sieciowych (typowe np. dla Svalbardu, gdzie lód całkowicie wypełnia doliny, a nad powierzchnią pozostają tylko szczyty gór). lodowca). Ponadto jako kontynuację lodowców lądowych wyróżnia się lodowce morskie i szelfy lodowe, które unoszą się lub spoczywają na dnie płyty o powierzchni do kilkuset tysięcy kilometrów kwadratowych (największy szelf lodowy , lodowiec Ross na Antarktydzie zajmuje 500 tys. km 2, co w przybliżeniu odpowiada terytorium Hiszpanii).

Statki Jamesa Rossa u podstawy największego szelfu lodowego na Ziemi, odkrytego przez niego w 1841 roku. Grawerowanie, Mary Evans Picture Library, Londyn; adaptacja Bailey, 1982

Półki lodowe unoszą się i opadają wraz z przypływami i odpływami pływów. Od czasu do czasu odrywają się od nich gigantyczne lodowe wyspy - tzw. a nie na wiatrach i dlatego, że góry lodowe wielokrotnie stały się przyczyną śmierci statków. Od czasu tragedii Titanica góry lodowe są ściśle monitorowane. Niemniej jednak katastrofy gór lodowych zdarzają się do dziś – na przykład katastrofa tankowca Exxon Valdez 24 marca 1989 r. u wybrzeży Alaski miała miejsce, gdy statek próbował uniknąć zderzenia z górą lodową.

Nieudana próba US Coast Survey w celu zabezpieczenia kanału żeglugowego u wybrzeży Grenlandii (UPI, 1945;

adaptacja Baileya, 1982)

Najwyższa góra lodowa zarejestrowana na półkuli północnej miała 168 metrów wysokości. A największą opisaną górę lodową stołową zaobserwowano 17 listopada 1956 r. z lodołamacza USS Glacier: jej długość wynosiła 375 km, szerokość ponad 100 km, a powierzchnia ponad 35 tys. )!

Lodołamacze Marynarki Wojennej USA na próżno próbują wypchnąć górę lodową z toru wodnego (Kolekcja Charlesa Swithinbanka; zaadaptowana z Bailey, 1982)

Od lat pięćdziesiątych poważnie dyskutowano o komercyjnym transporcie gór lodowych do krajów, w których brakuje słodkiej wody. W 1973 roku zaproponowano jeden z tych projektów - o budżecie 30 mln dolarów. Projekt ten przyciągnął uwagę naukowców i inżynierów z całego świata; Na jej czele stanął saudyjski książę Mohammed al-Fajsal. Jednak ze względu na liczne problemy techniczne i nierozwiązane problemy (na przykład góra lodowa, która przewróciła się w wyniku topnienia i przesunięcia środka masy, może, jak ośmiornica, ściągnąć na dno każdy holujący ją krążownik), wdrożenie pomysł jest odłożony na przyszłość.

Holownik wzburza morze z pełną mocą silnika, aby odbić górę lodową z kursu kolizyjnego ze statkiem do poszukiwania ropy naftowej (Harald Sund for Life, 1981; zaadaptowany z Bailey, 1982)

Zawinięcie góry lodowej niewspółmiernych rozmiarów z jakimkolwiek statkiem na planecie i przetransportowanie topiącej się w ciepłych wodach i spowitej mgłą lodowej wyspy przez tysiące kilometrów oceanu wciąż przekracza ludzkie siły. poza mocą człowieka.

Przykłady projektów transportu gór lodowych. Sztuka Richarda Schlechta; adaptacja Bailey, 1982

Ciekawe, że podczas topienia lód góry lodowej syczy jak soda („bergy selzer”) - można to zaobserwować w każdym instytucie polarnym, jeśli poczęstuje się szklanką whisky z kawałkami takiego lodu. To pradawne powietrze, sprężone pod wysokim ciśnieniem (do 20 atmosfer), ucieka z bąbelków, gdy się topi. Powietrze zostało uwięzione podczas przemiany śniegu w jodłę i lód, po czym zostało skompresowane przez ogromne ciśnienie masy lodowca. Historia XVI-wiecznego holenderskiego nawigatora Willema Barentsa została zachowana o tym, jak góra lodowa, w pobliżu której stał jego statek (w pobliżu Nowej Ziemi), nagle roztrzaskała się na setki kawałków z okropnym hałasem, przerażając wszystkich ludzi na pokładzie.

Anatomia lodowca

Lodowiec jest warunkowo podzielony na dwie części: górna to strefa żerowania, w której następuje gromadzenie i przekształcanie śniegu w firn i lód, a dolna to strefa ablacji, w której topi się śnieg nagromadzony podczas zimy. Linia oddzielająca te dwa regiony nazywana jest granicą zasilania lodowca. Nowo powstały lód stopniowo przepływa z górnego obszaru zasilania do dolnego obszaru ablacji, gdzie następuje topienie. Tym samym lodowiec zostaje włączony w proces geograficznej wymiany wilgoci między hydrosferą a troposferą.

Nierówności, półki, wzrost nachylenia dna lodowcowego zmieniają rzeźbę powierzchni glacjalnej. Na stromych miejscach, gdzie naprężenia lodu są bardzo wysokie, lód spada i może pojawiać się pękanie. Himalajski lodowiec Chatoru (górski region Lagul, Lahaul) zaczyna się imponującym lodospadem o wysokości 2100 m! Prawdziwy bałagan gigantycznych kolumn i lodowych wież (tzw. seraków) lodospadu jest dosłownie nie do przebycia.

Niesławny lodospad na nepalskim lodowcu Khumbu u podnóża Everestu kosztował życie wielu wspinaczy próbujących przejść przez tę diabelską powierzchnię. W 1951 roku grupa wspinaczy pod przewodnictwem Sir Edmunda Hillary'ego, podczas rekonesansu powierzchni lodowca, wzdłuż którego została później wytyczona trasa pierwszego udanego wejścia na Everest, przeszła przez ten las lodowych kolumn o wysokości do 20 metrów. Jak wspominał jeden z uczestników, nagłe dudnienie i silne drżenie powierzchni pod stopami bardzo wystraszyło wspinaczy, ale na szczęście nie doszło do zawalenia. Jedna z kolejnych wypraw, w 1969 roku, zakończyła się tragicznie: 6 osób zostało zmiażdżonych pod tonami niespodziewanie zawalonego lodu.

Wspinacze unikają pęknięcia w nieszczęsnym lodowcu Khumbu podczas wspinaczki na Mount Everest (Chris Bonington z Bruce Coleman, Ltd., Middlesex, Anglia, 1972; zaadaptowane z Bailey, 1982)

Głębokość pęknięć w lodowcach może przekraczać 40 metrów, a ich długość może sięgać kilku kilometrów. Pokryte śniegiem takie zanurzenia w mroku lodowcowego ciała są śmiertelną pułapką dla wspinaczy, skuterów śnieżnych, a nawet pojazdów terenowych. Z biegiem czasu, z powodu ruchu lodu, pęknięcia mogą się zamknąć. Zdarzają się przypadki, gdy nieopróżnione ciała ludzi, które wpadły w pęknięcia, zostały dosłownie zamrożone w lodowcu. Tak więc w 1820 r. na zboczu Mont Blanc trzech przewodników zostało strąconych i wrzuconych do szczeliny przez lawinę – dopiero 43 lata później znaleziono ich roztopione obok jęzora lodowca, trzy kilometry od miejsca tragedia.

Po lewej: Zdjęcie legendarnego XIX-wiecznego fotografa Vittorio Sella, utrwalające wspinaczy zbliżających się do szczeliny lodowcowej we francuskich Alpach (1888, Istituto di Fotografia Alpina, Biella, Włochy; adaptacja Bailey, 1982). Po prawej: Gigantyczne pęknięcia na lodowcu Fedchenko (Pamir, Tadżykistan; fot. autor, 2009)

Roztopiona woda może znacznie pogłębić pęknięcia i zamienić je w część systemu odwadniającego lodowca - studnie polodowcowe. Osiągają średnicę 10 m i wnikają na setki metrów w głąb lodowca aż do samego dna.

Moulin - studnia lodowcowa na lodowcu Fedchenko (Pamir, Tadżykistan; fot. autor, 2009)

Ostatnio odnotowano, że jezioro z wodą roztopową na powierzchni lodowca na Grenlandii, o długości 4 km i głębokości 8 metrów, zniknęło w czasie krótszym niż półtorej godziny; podczas gdy przepływ wody na sekundę był większy niż w wodospadzie Niagara. Cała ta woda dociera do podłoża lodowego i służy jako smar, który przyspiesza przesuwanie się lodu.

Strumień roztopów na powierzchni lodowca Fedchenko w strefie ablacji (Pamir, Tadżykistan; fot. autor, 2009)

Prędkość lodowca

Przyrodnik i alpinista Franz Josef Hugi w 1827 roku dokonał jednego z pierwszych pomiarów prędkości ruchu lodu i niespodziewanie dla siebie. Na noc zbudowano chatę na lodowcu; kiedy rok później Hugi wrócił na lodowiec, ze zdziwieniem stwierdził, że chata znajdowała się w zupełnie innym miejscu.

Ruch lodowców spowodowany jest dwoma różnymi procesami - przesuwaniem się masy lodowcowej pod własnym ciężarem po dnie oraz przepływem lepkoplastycznym (lub deformacją wewnętrzną, gdy kryształki lodu zmieniają kształt pod wpływem naprężeń i przesuwają się względem siebie).

Kryształki lodu (przekrój zwykłego lodu koktajlowego, wykonany w świetle spolaryzowanym). Fot. E. Podolski, 2006; laboratorium zimne, mikroskop Nikon Achr 0.90, aparat cyfrowy Nikon CoolPix 950

Prędkość lodowca może wahać się od kilku centymetrów do ponad 10 kilometrów rocznie. Tak więc w 1719 r. nadejście lodowców w Alpach było tak szybkie, że mieszkańcy zostali zmuszeni do zwrócenia się do władz z prośbą o podjęcie działań i zmuszenie „przeklętych bestii” (cytat) do powrotu. Skargi na lodowce pisali do króla norwescy chłopi, których gospodarstwa zostały zniszczone przez napierający lód. Wiadomo, że w 1684 r. dwóch chłopów norweskich zostało postawionych przed sądem miejscowym za niepłacenie czynszu. Zapytani, dlaczego odmówili zapłaty, chłopi odpowiedzieli, że ich letnie pastwiska pokryte są narastającym lodem. Władze musiały poczynić obserwacje, aby upewnić się, że lodowce naprawdę się posuwają - iw rezultacie mamy teraz dane historyczne dotyczące wahań tych lodowców!

Lodowiec Columbia na Alasce był uważany za najszybszy lodowiec na Ziemi (15 kilometrów rocznie), ale ostatnio górą okazał się lodowiec Jakobshavn na Grenlandii (zobacz fantastyczne wideo o jego zawaleniu, zaprezentowane na niedawnej konferencji glacjologicznej). Ruch tego lodowca można wyczuć stojąc na jego powierzchni. W 2007 roku ta gigantyczna rzeka lodu o szerokości 6 kilometrów i grubości ponad 300 metrów, produkująca rocznie około 35 miliardów ton najwyższych gór lodowych na świecie, poruszała się z prędkością 42,5 metra dziennie (15,5 kilometra rocznie)!

Pulsujące lodowce mogą poruszać się jeszcze szybciej, których nagły ruch może osiągnąć 300 metrów dziennie!

Szybkość ruchu lodu w pokrywie lodowej nie jest taka sama. Ze względu na tarcie z powierzchnią pod spodem jest ono minimalne w pobliżu łożyska lodowca i maksymalne na powierzchni. Zmierzono to po raz pierwszy po zatopieniu stalowej rury w głębokim na 130 metrów otworze wywierconym w lodowcu. Pomiar jego krzywizny umożliwił skonstruowanie profilu prędkości ruchu lodu.

Ponadto prędkość lodu w centrum lodowca jest wyższa w porównaniu do jego skrajnych części. Pierwszy poprzeczny profil nierównomiernego rozkładu prędkości lodowca zademonstrował w latach czterdziestych XIX wieku szwajcarski naukowiec Jean Louis Agassiz. Zostawił listwy na lodowcu, ustawiając je w linii prostej; rok później linia prosta zamieniła się w parabolę z wierzchołkiem skierowanym w dół lodowca.

Jako wyjątkowy przykład ilustrujący ruch lodowca można przytoczyć następujące tragiczne wydarzenie. 2 sierpnia 1947 roku samolot, który leciał komercyjnym lotem z Buenos Aires do Santiago, zniknął bez śladu na 5 minut przed lądowaniem. Intensywne poszukiwania nic nie wykazały. Sekret ujawniono dopiero pół wieku później: na jednym ze zboczy Andów, na szczycie Tupungato (Tupungato, 6800 m), w rejonie topnienia lodowca fragmenty kadłuba a ciała pasażerów zaczęły topnieć od lodu. Prawdopodobnie w 1947 r. z powodu słabej widoczności samolot uderzył w zbocze, wywołał lawinę i został zakopany pod swoimi złożami w strefie akumulacji lodowca. Minęło 50 lat, zanim fragmenty przeszły pełny cykl substancji lodowcowej.

Pług Boga

Ruch lodowców niszczy skały i przenosi ogromne ilości materiału mineralnego (tzw. moreny) – od pokruszonych bloków skalnych po drobny pył.

morena środkowa lodowca Fedchenko (Pamir, Tadżykistan; fot. autor, 2009)

Dzięki transportowi złóż morenowych dokonano wielu zaskakujących znalezisk: na przykład fragmenty głazów zawierających wtrącenia miedzi niesione przez lodowiec zostały wykorzystane do odnalezienia głównych złóż rudy miedzi w Finlandii. W Stanach Zjednoczonych w złożach moren czołowych (po których można ocenić starożytne rozmieszczenie lodowców) znaleziono złoto przywiezione przez lodowce (Indiana), a nawet diamenty o masie do 21 karatów (Wisconsin, Michigan, Ohio). Skłoniło to wielu geologów do spojrzenia na północ do Kanady, skąd pochodził lodowiec. Tam, pomiędzy Jeziorem Górnym a Zatoką Hudsona, opisano skały kimberlitowe - jednak naukowcy nie mogli znaleźć rur kimberlitowych.

Głaz narzutowy (ogromny blok granitu w pobliżu jeziora Como we Włoszech). Od H.T. De la Beche, Przekroje i widoki, ilustrujące zjawiska geologiczne (Londyn, 1830)

Sam pomysł, że lodowce się poruszają, zrodził się ze sporu o pochodzenie ogromnych głazów narzutowych rozsianych po całej Europie. To właśnie geolodzy nazywają dużymi głazami („wędrownymi kamieniami”), które różnią się składem mineralnym od otoczenia („granitowy głaz na wapieniu wygląda dla wprawnych oczu tak dziwnie, jak niedźwiedź polarny na chodniku”, lubił powtarzać jeden z badaczy ).

Jeden z tych głazów (słynny Kamień Gromu) stał się postumentem Jeźdźca Brązowego w Petersburgu. W Szwecji znany jest wapienny głaz o długości 850 metrów, w Danii gigantyczny blok trzeciorzędowych i kredowych glin i piasków o długości 4 km. W Anglii, w hrabstwie Huntingdonshire, 80 km na północ od Londynu, na jednej z płyt narzutowych zbudowano nawet całą wioskę!

Gigantyczny głaz na lodowej nodze zachowany w cieniu. Lodowiec Unteraar, Szwajcaria (Biblioteka Kongresu; adaptacja Bailey, 1982)

„Wyorywanie” litego podłoża skalnego przez lodowiec w Alpach może wynosić do 15 mm rocznie, na Alasce do 20 mm, co jest porównywalne z erozją rzeczną. Erozyjna, transportująca i kumulująca się aktywność lodowców pozostawia tak kolosalny ślad na powierzchni Ziemi, że Jean-Louis Agassiz nazwał lodowce „Boskim pługiem”. Wiele krajobrazów planety jest wynikiem działalności lodowców, które 20 tysięcy lat temu pokrywały około 30% powierzchni Ziemi.

Skały wypolerowane przez lodowiec; orientację bruzd można wykorzystać do oceny kierunku ruchu minionego lodowca (Pamir, Tadżykistan; fot. autor, 2009)

Wszyscy geolodzy zdają sobie sprawę, że najbardziej złożone formacje geomorfologiczne na Ziemi są powiązane ze wzrostem, ruchem i degradacją lodowców. Istnieją takie erozyjne formy ulgi jak kary, podobne do foteli olbrzymów i cyrków polodowcowych, koryt. Występują tu liczne ukształtowania terenu nunataków morenowych oraz głazy narzutowe, ozy i osady fluwioglacjalne. Tworzą się fiordy o wysokości ścian do 1500 metrów na Alasce i do 1800 metrów na Grenlandii i do 220 km długości w Norwegii lub do 350 km na Grenlandii (koszt Nordvestfjord Scoresby i Sund East). Zwykłe ściany fiordów zostały wybrane przez skoczków bazowych (patrz skoki bazowe) na całym świecie. Szalona wysokość i nachylenie pozwalają na wykonywanie długich skoków do 20 sekund swobodnego spadania w pustkę stworzoną przez lodowce.

Grubość dynamitu i lodowca

Grubość lodowca górskiego może wynosić dziesiątki, a nawet setki metrów. Największy lodowiec górski w Eurazji - Lodowiec Fedchenko w Pamirze (Tadżykistan) - ma długość 77 km i grubość ponad 900 m.

Lodowiec Fedchenko to największy lodowiec w Eurazji o długości 77 km i grubości prawie kilometra (Pamir, Tadżykistan; fot. autor, 2009)

Absolutnymi mistrzami są lądolody Grenlandii i Antarktydy. Po raz pierwszy zmierzono grubość lodu na Grenlandii podczas wyprawy twórcy teorii dryfu kontynentów Alfreda Wegenera w latach 1929-30. W tym celu wysadzony został dynamit na powierzchnię kopuły lodowej i określono czas potrzebny na powrót echa (wibracji sprężystych) odbitego od kamiennego podłoża lodowca na powierzchnię. Znając prędkość propagacji fal sprężystych w lodzie (ok. 3700 m/s) można obliczyć grubość lodu.

Obecnie głównymi metodami pomiaru grubości lodowców są sondowania sejsmiczne i radiowe. Ustalono, że maksymalna głębokość lodu na Grenlandii wynosi około 3408 m, na Antarktydzie 4776 m (basen subglacjalny Astrolabe)!

Jezioro podlodowcowe Wostok

W wyniku sondowania radaru sejsmicznego badacze dokonali jednego z ostatnich odkryć geograficznych XX wieku - legendarnego subglacjalnego jeziora Wostok.

W absolutnej ciemności, pod naporem czterokilometrowej warstwy lodu, znajduje się zbiornik wodny o powierzchni 17,1 tys. tego akwenu Jezioro Wostok. Swoje istnienie zawdzięcza położeniu w uskoku geologicznym oraz ogrzewaniu geotermalnemu, co może podtrzymywać życie bakterii. Podobnie jak inne zbiorniki wodne Ziemi, Jezioro Wostok pod wpływem grawitacji Księżyca i Słońca ulega przypływom i odpływom (1–2 cm). Z tego powodu, a także ze względu na różnicę głębokości i temperatur, woda ma krążyć w jeziorze.

Podobne jeziora subglacjalne znaleziono na Islandii; na Antarktydzie znanych jest dziś ponad 280 takich jezior, wiele z nich jest połączonych kanałami subglacjalnymi. Ale jezioro Wostok jest odizolowane i największe, dlatego cieszy się największym zainteresowaniem naukowców. Woda bogata w tlen o temperaturze –2,65°C ma ciśnienie około 350 barów.

Położenie i objętość głównych subglacjalnych jezior Antarktyki (za Smith et al., 2009); kolor odpowiada objętości jezior (km 3), czarny gradient oznacza prędkość ruchu lodu (m/rok)

Założenie bardzo wysokiej zawartości tlenu (do 700–1200 mg/l) w wodach jeziornych opiera się na następującym rozumowaniu: zmierzona gęstość lodu na granicy przejścia firn-lód wynosi około 700–750 kg/m 3 . Ta stosunkowo niska wartość wynika z dużej liczby pęcherzyków powietrza. Sięgając do dolnej części lądolodu (gdzie ciśnienie wynosi około 300 barów, a wszelkie gazy „rozpuszczają się” w lodzie, tworząc hydraty gazów), gęstość wzrasta do 900-950 kg/m 3 . Oznacza to, że każda określona jednostka objętości, topniejąca na dnie, dostarcza co najmniej 15% powietrza z każdej określonej jednostki objętości powierzchni (Zotikov, 2006)

Powietrze jest uwalniane i rozpuszczane w wodzie lub ewentualnie zbierane pod ciśnieniem w postaci syfonów powietrznych. Proces ten trwał ponad 15 milionów lat; w związku z tym, kiedy powstało jezioro, ogromna ilość powietrza stopiła się z lodu. W przyrodzie nie ma analogów wody o tak wysokim stężeniu tlenu (maksimum w jeziorach to ok. 14 mg/l). Dlatego spektrum organizmów żywych, które mogłyby tolerować tak ekstremalne warunki, jest ograniczone do bardzo wąskiego zakresu tlenofilowych; nie ma ani jednego gatunku znanego nauce, zdolnego do życia w takich warunkach.

Biolodzy na całym świecie są niezwykle zainteresowani pozyskiwaniem próbek wody z jeziora Wostok, ponieważ analiza rdzeni lodowych uzyskanych z głębokości 3667 metrów w wyniku wiercenia w bezpośrednim sąsiedztwie samego jeziora Wostok wykazała całkowity brak jakichkolwiek mikroorganizmów, oraz te rdzenie są już interesujące dla biologów, nie reprezentują. Ale nie znaleziono jeszcze technicznego rozwiązania problemu otwierania i penetrowania ekosystemu zamkniętego na ponad dziesięć milionów lat. Chodzi nie tylko o to, że teraz do studni wlewa się 50 ton nafty, co uniemożliwia zamknięcie studni przez napór lodu i zamarznięcie wiertła, ale także o to, że każdy mechanizm stworzony przez człowieka może zaburzyć równowagę biologiczną i zanieczyszczają wodę, wprowadzając do niej nieistniejące wcześniej mikroorganizmy.

Być może podobne subglacjalne jeziora, a nawet morza, istnieją również na księżycu Jowisza, Europie i księżycu Saturna, Enceladusie, pod dziesiątkami, a nawet setkami kilometrów lodu. To właśnie na tych hipotetycznych morzach astrobiolodzy pokładają największe nadzieje w poszukiwaniu życia pozaziemskiego w Układzie Słonecznym i już planują, jak przy pomocy energii jądrowej (tzw. kriobot NASA) uda się przezwyciężyć setki kilometrów lodu i wnikają w przestrzeń wodną. (Tak więc 18 lutego 2009 r. NASA i Europejska Agencja Kosmiczna ESA oficjalnie ogłosiły, że Europa będzie celem kolejnej historycznej misji eksploracji Układu Słonecznego, zaplanowanej na orbitę w 2026 r.)

Glacioisostasia

Ogromne objętości współczesnych lądolodów (Grenlandia – 2,9 mln km 3, Antarktyda – 24,7 mln km 3) na setki i tysiące metrów wpychają litosferę do półpłynnej astenosfery (jest to górna, najmniej lepka część płaszcza ziemskiego). ). W rezultacie niektóre części Grenlandii znajdują się ponad 300 m poniżej poziomu morza, a Antarktyda znajduje się 2555 m poniżej poziomu morza (Rów Bentley Subglacial Trench)! W rzeczywistości dna kontynentalne Antarktydy i Grenlandii nie są pojedynczymi masywami, ale ogromnymi archipelagami wysp.

Po zniknięciu lodowca rozpoczyna się tzw. wypiętrzenie glacioizostatyczne, wynikające z prostej zasady wyporu opisanej przez Archimedesa: lżejsze płyty litosferyczne powoli wynurzają się na powierzchnię. Na przykład część Kanady czy Półwyspu Skandynawskiego, które ponad 10 tys. lat temu pokrywała pokrywa lodowa, nadal doświadcza wyporu izostatycznego w tempie do 11 mm rocznie (wiadomo, że nawet Eskimosi płacili uwagi na to zjawisko i spierano się o to, czy jest to ląd, czy tonie morze). Zakłada się, że jeśli stopi się cały lód na Grenlandii, wyspa podniesie się o około 600 metrów.

Trudno znaleźć obszar nadający się do zamieszkania bardziej podatny na wypiętrzenie glacioizostatyczne niż Replot Skerry Guard Islands w Zatoce Botnickiej. W ciągu ostatnich dwustu lat, podczas których wyspy wynurzały się spod wody o około 9 mm rocznie, powierzchnia lądu zwiększyła się tu o 35%. Mieszkańcy wysp gromadzą się raz na 50 lat i radośnie dzielą się nowymi działkami.

Grawitacja i lód

Kilka lat temu, kiedy kończyłem studia, kwestia bilansu masy Antarktydy i Grenlandii w kontekście globalnego ocieplenia była niejednoznaczna. Bardzo trudno było określić, czy objętość tych gigantycznych kopuł lodowych maleje, czy rośnie. Wysunięto hipotezy, że być może ocieplenie powoduje więcej opadów iw rezultacie lodowce nie kurczą się, ale rosną. Dane z satelitów GRACE wystrzelonych przez NASA w 2002 roku wyjaśniły sytuację i obaliły te pomysły.

Im większa masa, tym większa grawitacja. Ponieważ powierzchnia kuli ziemskiej nie jest jednolita i obejmuje gigantyczne łańcuchy górskie, rozległe oceany, pustynie itp., pole grawitacyjne Ziemi również nie jest jednolite. Ta anomalia grawitacyjna i jej zmiany w czasie są mierzone przez dwa satelity - jeden podąża za drugim i rejestruje względne odchylenie trajektorii podczas przelotu nad obiektami o różnych masach. Na przykład, z grubsza mówiąc, podczas lotu nad Antarktydą trajektoria satelity będzie nieco bliżej Ziemi, a nad oceanem, przeciwnie, dalej.

Długoterminowe obserwacje przelotów w tym samym miejscu pozwalają ocenić na podstawie zmiany grawitacji, jak zmieniła się masa. Wyniki pokazały, że objętość lodowców Grenlandii zmniejsza się rocznie o około 248 km3, a lodowców Antarktydy o 152 km3. Nawiasem mówiąc, zgodnie z mapami opracowanymi za pomocą satelitów GRACE, zarejestrowano nie tylko proces zmniejszania objętości lodowców, ale również wspomniany wcześniej proces wypiętrzania się płyt kontynentalnych.

Zmiany grawitacji w Ameryce Północnej i Grenlandii w latach 2003-2007, zgodnie z danymi GRACE, z powodu intensywnego topnienia lodowców na Grenlandii i Alasce (kolor niebieski) oraz wypiętrzenia glacioizostatycznego (kolor czerwony) po topnieniu starożytnej pokrywy lodowej Laurentian (Heki, 2008 )

Na przykład dla centralnej części Kanady, na skutek wypiętrzenia glacioizostatycznego, odnotowano wzrost masy (lub grawitacji), a dla sąsiedniej Grenlandii spadek spowodowany intensywnym topnieniem lodowców.

Planetarne znaczenie lodowców

Według akademika Kotlakowa „rozwój środowiska geograficznego na całej Ziemi jest determinowany przez równowagę ciepła i wilgoci, która w dużej mierze zależy od rozmieszczenia i przemiany lodu. Przekształcenie wody ze stałej w płynną wymaga ogromnej ilości energii. Jednocześnie przemianie wody w lód towarzyszy uwolnienie energii (około 35% zewnętrznej wymiany ciepła Ziemi).” Wiosenne topnienie lodu i śniegu chłodzi ziemię, nie pozwala jej szybko się rozgrzać; tworzenie się lodu zimą - ogrzewa, nie pozwala szybko ostygnąć. Gdyby nie było lodu, to różnice temperatur na Ziemi byłyby znacznie większe, letnie upały byłyby silniejsze, a mrozy bardziej dotkliwe.

Biorąc pod uwagę sezonową pokrywę śnieżną i lodową, można przyjąć, że od 30% do 50% powierzchni Ziemi zajmują śnieg i lód. Najważniejsza wartość lodu dla klimatu planety związana jest z jego wysokim współczynnikiem odbicia - 40% (dla lodowców pokrywających śnieg - 95%), dzięki czemu następuje znaczne ochłodzenie powierzchni na rozległych obszarach. Oznacza to, że lodowce to nie tylko bezcenne zasoby słodkiej wody, ale także źródła silnego ochłodzenia Ziemi.

Ciekawymi konsekwencjami zmniejszenia masy zlodowacenia na Grenlandii i Antarktydzie było osłabienie siły grawitacji, która przyciąga ogromne masy wód oceanicznych oraz zmiana kąta osi Ziemi. Pierwsza jest prostą konsekwencją prawa grawitacji: im mniejsza masa, tym mniejsze przyciąganie; po drugie, lądolód Grenlandii ładuje kulę ziemską asymetrycznie, a to wpływa na obrót Ziemi: zmiana tej masy wpływa na adaptację planety do nowej symetrii masy, dzięki czemu oś Ziemi przesuwa się rocznie (do 6 cm rocznie).

Pierwsze domysły dotyczące grawitacyjnego wpływu masy zlodowacenia na poziom morza poczynił francuski matematyk Joseph Alphonse Adhemar, 1797-1862 (był też pierwszym naukowcem, który wskazał na związek między epokami lodowcowymi a czynnikami astronomicznymi; po nim teoria została opracowana przez Krolla (patrz James Croll) i Milankovitcha). Adémar próbował oszacować grubość lodu na Antarktydzie, porównując głębokości oceanów Arktyki i Południa. Jego pomysł był taki, że głębokość Oceanu Południowego jest znacznie większa niż głębokość Oceanu Arktycznego ze względu na silne przyciąganie mas wody przez gigantyczne pole grawitacyjne antarktycznej pokrywy lodowej. Według jego obliczeń, aby utrzymać tak silną różnicę między stanami wody na północy i południu, grubość pokrywy lodowej Antarktydy musiała wynosić 90 km.

Dziś jest jasne, że wszystkie te założenia są błędne, poza tym, że zjawisko występuje, ale o mniejszej skali – a jego działanie może rozciągać się promieniście do 2000 km. Konsekwencje tego efektu są takie, że wzrost globalnego poziomu morza w wyniku topnienia lodowców będzie nierównomierny (chociaż obecne modele błędnie zakładają równomierny rozkład). W rezultacie na niektórych obszarach przybrzeżnych poziom morza podniesie się o 5–30% powyżej średniej (północno-wschodnia część Pacyfiku i południowa część Oceanu Indyjskiego), a na niektórych poniżej (Ameryka Południowa, zachodnia). , południowe i wschodnie wybrzeża Eurazji) (Mitrovica i in., 2009).

Mroźne tysiąclecia – rewolucja w paleoklimatologii

24 maja 1954 r. o godzinie 4 rano duński paleoklimatolog Willi Dansgaard jechał na rowerze opustoszałymi ulicami do poczty centralnej z ogromną kopertą zaklejoną 35 znaczkami i zaadresowaną do redakcji naukowej publikacji Geochimica et Cosmochimica Acta. Koperta zawierała rękopis artykułu, który spieszył się jak najszybciej opublikować. Uderzył go fantastyczny pomysł, który później dokona prawdziwej rewolucji w naukach o klimacie starożytności i który będzie rozwijał przez całe życie.

Willie Dunsgaard z rdzeniem lodowym, Grenlandia, 1973

(za Dansgaard, 2004)

Badania Dansgaarda wykazały, że ilość ciężkich izotopów w osadach może posłużyć do określenia temperatury, w której powstały. I pomyślał: co tak naprawdę powstrzymuje nas od określenia temperatury minionych lat, po prostu biorąc i analizując skład chemiczny ówczesnej wody? Nic! Kolejne logiczne pytanie brzmi: skąd wziąć pradawną wodę? W lodzie lodowcowym! Gdzie mogę zdobyć pradawny lód lodowcowy? Na Grenlandii!

Ten niesamowity pomysł narodził się kilka lat przed opracowaniem technologii głębokiego wiercenia lodowców. Kiedy problem technologiczny został rozwiązany, wydarzyła się niesamowita rzecz: naukowcy odkryli niesamowity sposób podróżowania w przeszłość Ziemi. Z każdym centymetrem przewierconego lodu ich ostrza wierteł zagłębiały się coraz głębiej w paleohistorię, odsłaniając coraz bardziej pradawne tajemnice klimatu. Każdy rdzeń lodowy wydobyty ze studni był kapsułą czasu.

Przykłady zmian w strukturze rdzeni lodowych z głębokością, NorthGRIP, Grenlandia. Rozmiar każdej sekcji: długość 1,65 m, szerokość 8–9 cm Przedstawione głębokości (więcej informacji u źródła): (a) 1354,65–1356,30 m; (b) 504,80-1506,45 m; (c) 1750,65–1752,30 m; (d) 1836,45-1838,10 m; (e) 2534,40–2536,05 m; (f) 2537,70–2539,35 m; (g) 2651,55–2653,20 m; (h) 2899,05–2900,70 m; (i) 3017,30–3018,95 m (za Svensson i in., 2005)

Odszyfrowując kryptografię zapisaną hieroglifami różnych pierwiastków i cząstek chemicznych, zarodników, pyłków i bąbelków starożytnego powietrza sprzed setek tysięcy lat, można uzyskać bezcenne informacje o nieodwołalnie minionych tysiącleciach, światach, klimatach i zjawiskach.

Wehikuł czasu o głębokości 4000 m

Wiek najstarszego lodu antarktycznego z maksymalnych głębokości (ponad 3500 metrów), którego poszukiwania wciąż trwają, szacuje się na około półtora miliona lat. Analiza chemiczna tych próbek pozwala nam zorientować się w pradawnym klimacie Ziemi, o którym wieści zostały przyniesione i zachowane w postaci pierwiastków chemicznych przez nieważkie płatki śniegu, które spadły z nieba setki tysięcy lat temu.

Przypomina to historię podróży barona Munchausena przez Rosję. Podczas polowania gdzieś na Syberii był straszny mróz, a baron, próbując wezwać przyjaciół, zadął w róg. Ale bezskutecznie, bo dźwięk zamarł w rogu i rozmroził się dopiero następnego ranka na słońcu. Mniej więcej to samo dzieje się dzisiaj w zimnych laboratoriach świata pod elektronowymi mikroskopami tunelowymi i spektrometrami mas. Rdzenie lodowe z Grenlandii i Antarktydy to wielokilometrowe maszyny sprzed wieków i tysiącleci. Legendarna studnia wywiercona pod stacją Wostok (3677 metrów) pozostaje do dziś najgłębszą. Dzięki niej po raz pierwszy wykazano związek między zmianami temperatury a zawartością dwutlenku węgla w atmosferze na przestrzeni ostatnich 400 tysięcy lat i odkryto ultradługą anabiozę drobnoustrojów.

Rdzeń lodu antarktycznego sprzed 800 000 lat z głębokości 3200 m, Dome Concordia (fot. J. Schwander, Uniwersytet w Bernie) © Muzeum Historii Naturalnej, Neuchâtel

Szczegółowe paleorekonstrukcje temperatury powietrza budowane są na podstawie analizy składu izotopowego rdzeni – czyli procentowej zawartości ciężkiego izotopu tlenu 18 O (jego średnia zawartość w przyrodzie wynosi około 0,2% wszystkich atomów tlenu). Cząsteczki wody zawierające ten izotop tlenu odparowują mocniej i łatwiej się kondensują. Dlatego np. w parze wodnej nad powierzchnią morza zawartość 18 O jest mniejsza niż w wodzie morskiej. Odwrotnie, cząsteczki wody zawierające 18 O częściej uczestniczą w kondensacji na powierzchni kryształków śniegu powstających w chmurach, dzięki czemu ich zawartość w opadach jest wyższa niż w parze wodnej, z której tworzą się opady.

Im niższa temperatura powstawania opadów, tym silniejszy jest ten efekt, czyli im więcej jest w nich 18 O. Szacując zatem skład izotopowy śniegu lub lodu można również oszacować temperaturę, w której powstały opady.

Średnia dobowa zmienność temperatury (czarna krzywa) i 18 O zmienność opadów (szare kropki) dla jednego sezonu (2003–1.2004), Dome Fuji, Antarktyda (za Fujita i Abe, 2006). 18 O () - odchylenie stężenia ciężkiego izotopowego składnika wody (H 2 O 18) od normy międzynarodowej (SMOW) (por. Dansgaard, 2004)

A następnie, korzystając ze znanych profili temperatury wysokościowej, aby oszacować, jaka była temperatura powietrza na powierzchni setki tysięcy lat temu, kiedy płatek śniegu właśnie spadł na antarktyczną kopułę i zamienił się w lód, który zostanie dziś wydobyty z głębokości kilku kilometrów. podczas wiercenia.

Zmienność temperatury w stosunku do dzisiejszej w ciągu ostatnich 800 ka z rdzeni lodowych ze stacji Vostok i Kopuły C (EPICA) (za Rapp, 2009)

Corocznie padający śnieg starannie przechowuje na płatkach płatków śniegu nie tylko informację o temperaturze powietrza. Liczba parametrów mierzonych w analizach laboratoryjnych jest obecnie ogromna. Sygnały erupcji wulkanów, prób jądrowych, katastrofy w Czarnobylu, zawartości antropogenicznego ołowiu, burz piaskowych itp. są rejestrowane w maleńkich kryształkach lodu.

Przykłady zmian w różnych paleoklimatycznych sygnałach chemicznych w lodzie z głębokością (za Dansgaard, 2004). (a) Wahania sezonowe 18 O (czarny oznacza sezon letni) pozwalające na datowanie rdzeni (odcinek z głębokości 405–420 m, stacja Milcent, Grenlandia). b) Szary wykazuje specyficzną radioaktywność; szczyt po 1962 roku odpowiada kolejnym próbom jądrowym z tego okresu (przekrój rdzenia powierzchniowego do głębokości 16 m, stacja Crte, Grenlandia, 1974). c) Zmiana średniej kwasowości warstw rocznych pozwala ocenić aktywność wulkaniczną półkuli północnej od 550 roku n.e. do lat 60. (st. Cr te, Grenlandia)

Ilość trytu (3H) i węgla-14 (14C) może być wykorzystana do datowania wieku lodu. Obie te metody zostały elegancko zademonstrowane na winach rocznikowych – lata na etykietach idealnie pasują do dat odczytanych z analizy. To tylko droga przyjemność, a do analizy jest dużo wina limonkowego…

Informacje o historii aktywności słonecznej można określić ilościowo na podstawie zawartości azotanów (NO 3 –) w lodzie lodowcowym. Cząsteczki ciężkich azotanów powstają z NO w górnej atmosferze pod wpływem jonizującego promieniowania kosmicznego (protony z rozbłysków słonecznych, promieniowanie galaktyczne) w wyniku łańcucha przemian tlenku azotu (N 2 O) przedostającego się do atmosfery z gleby, azotu nawozy i produkty spalania paliw (N 2O + O → 2NO). Po utworzeniu uwodniony anion wytrąca się wraz z opadami, z których część zostaje ostatecznie zakopana w lodowcu wraz z kolejnymi opadami śniegu.

Izotopy berylu-10 (10 Be) pozwalają ocenić intensywność promieni kosmicznych z głębokiego kosmosu bombardujących Ziemię oraz zmiany pola magnetycznego naszej planety.

O zmianie składu atmosfery na przestrzeni ostatnich setek tysięcy lat opowiadały małe bąbelki w lodzie, jak butelki wrzucone do oceanu historii, które zachowały dla nas próbki starożytnego powietrza. Pokazali, że w ciągu ostatnich 400 tysięcy lat zawartość dwutlenku węgla (CO 2) i metanu (CH 4) w atmosferze jest dziś najwyższa.

Obecnie laboratoria przechowują już tysiące metrów rdzeni lodowych do przyszłych analiz. Tylko na Grenlandii i Antarktydzie (czyli nie licząc lodowców górskich) wywiercono i wydobyto łącznie około 30 km rdzeni lodowych!

Teoria epoki lodowcowej

Początek współczesnej glacjologii zapoczątkowała teoria epok lodowcowych, która pojawiła się w pierwszej połowie XIX wieku. Pomysł, że w przeszłości lodowce rozciągały się setki i tysiące kilometrów na południe, wydawał się wcześniej nie do pomyślenia. Jako jeden z pierwszych glacjologów Rosji, Piotr Kropotkin (tak, ten sam), napisał: „w tamtym czasie wiara w pokrywę lodową, która dotarła do Europy, była uważana za niedopuszczalną herezję…”.

Jean Louis Agassiz, pionier badań glacjologicznych. C. F. Iguel, 1887, marmur.

© Muzeum Historii Naturalnej, Neuchâtel

Twórcą i głównym obrońcą teorii lodowcowej był Jean Louis Agassiz. W 1839 r. napisał: „Rozwój tych ogromnych lądolodów musiał doprowadzić do zniszczenia całego życia organicznego na powierzchni. Ziemie Europy, niegdyś pokryte tropikalną roślinnością i zamieszkane przez stada słoni, hipopotamów i gigantycznych drapieżników, zostały pogrzebane pod zarośniętym lodem pokrywającym równiny, jeziora, morza i płaskowyże górskie.<...>Pozostała tylko cisza śmierci... Źródła wyschły, rzeki zamarzły, a promienie słońca wznoszące się nad zamarzniętymi brzegami... spotkały się tylko z szeptem północnych wiatrów i łoskotem pęknięć otwierających się pośrodku powierzchnia gigantycznego oceanu lodu.

Większość ówczesnych geologów, mało obeznanych ze Szwajcarią i górami, zignorowała teorię i nie była nawet w stanie uwierzyć w plastyczność lodu, nie mówiąc już o wyobrażeniu sobie grubości warstw lodowcowych opisanych przez Agassiza. Trwało to aż do pierwszej ekspedycji naukowej na Grenlandię (1853-1855), kierowanej przez Elisha Kent Kane'a, która doniosła o całkowitym zlodowaceniu wyspy („ocean lodu o nieskończonych rozmiarach”).

Rozpoznanie teorii epok lodowcowych miało niesamowity wpływ na rozwój współczesnej nauki przyrodniczej. Kolejną kluczową kwestią była przyczyna zmiany epok lodowcowych i interglacjałów. Na początku XX wieku serbski matematyk i inżynier Milutin Milankovic opracował matematyczną teorię opisującą zależność zmian klimatycznych od zmian parametrów orbitalnych planety i poświęcił cały swój czas na obliczenia, aby udowodnić słuszność swojej teorii, mianowicie, aby określić cykliczną zmianę ilości promieniowania słonecznego wnikającego do Ziemi (tzw. nasłonecznienie). Ziemia wirująca w próżni znajduje się w sieci grawitacyjnej złożonej interakcji między wszystkimi obiektami w Układzie Słonecznym. W wyniku orbitalnych zmian cyklicznych (mimośrodowość orbity Ziemi, precesja i nutacja nachylenia osi Ziemi) zmienia się ilość energii słonecznej wchodzącej do Ziemi. Milankovitch znalazł następujące cykle: 100 tysięcy lat, 41 tysięcy lat i 21 tysięcy lat.

Niestety sam naukowiec nie dożył dnia, w którym jego wgląd został elegancko i bezbłędnie udowodniony przez paleo-oceanografa Johna Imbrie. Imbri ocenił zmiany temperatury w przeszłości, badając rdzenie z dna Oceanu Indyjskiego. Analiza została oparta na następującym zjawisku: różne rodzaje planktonu preferują różne, ściśle określone temperatury. Każdego roku szkielety tych organizmów osadzają się na dnie oceanu. Podnosząc to warstwowe ciasto z dna i identyfikując gatunek, można ocenić, jak zmieniła się temperatura. Wyznaczone w ten sposób wahania paleotemperatury w zaskakujący sposób pokrywały się z cyklami Milankovitcha.

Dziś wiadomo, że po zimnych epokach lodowcowych nastąpiły ciepłe interglacjały. Całkowite zlodowacenie globu (zgodnie z tzw. teorią „kuli śnieżnej”) miało miejsce prawdopodobnie 800-630 milionów lat temu. Ostatnie zlodowacenie czwartorzędu zakończyło się 10 tysięcy lat temu.

Kopuły lodowe Antarktydy i Grenlandii to relikty minionych zlodowaceń; zniknąwszy teraz, nie będą w stanie wyzdrowieć. W okresach zlodowacenia lądolody pokrywały do ​​30% masy lądowej Ziemi. Tak więc 150 tysięcy lat temu grubość lodu lodowcowego nad Moskwą wynosiła około kilometra, a nad Kanadą - około 4 km!

Era, w której obecnie żyje i rozwija się ludzka cywilizacja, nazywana jest epoką lodowcową, okresem międzylodowcowym. Według obliczeń dokonanych na podstawie orbitalnej teorii klimatu Milankovitcha, następne zlodowacenie nastąpi za 20 000 lat. Pozostaje jednak pytanie, czy czynnik orbitalny może pokonać czynnik antropogeniczny. Faktem jest, że bez naturalnego efektu cieplarnianego nasza planeta miałaby średnią temperaturę -6°C, zamiast dzisiejszych +15°C. Oznacza to, że różnica wynosi 21°C. Efekt cieplarniany istniał od zawsze, ale działalność człowieka znacznie go potęguje. Obecnie zawartość dwutlenku węgla w atmosferze jest najwyższa od 800 tys. lat – 0,038% (podczas gdy poprzednie maksima nie przekraczały 0,03%).

Dziś lodowce niemal na całym świecie (z pewnymi wyjątkami) gwałtownie się kurczą; to samo dotyczy lodu morskiego, wiecznej zmarzliny i pokrywy śnieżnej. Szacuje się, że do 2100 r. połowa zlodowacenia górskiego na świecie zniknie. Około 1,5-2 miliarda ludzi żyjących w różnych krajach Azji, Europy i Ameryki może stanąć w obliczu faktu, że rzeki zasilane roztopowymi wodami lodowców wyschną. Jednocześnie podnoszący się poziom mórz pozbawi ludzi ich ziemi na Oceanie Spokojnym i Indyjskim, na Karaibach iw Europie.

Wrath of the Titans - katastrofy lodowcowe

Rosnący wpływ antropogeniczny na klimat planety może zwiększyć prawdopodobieństwo klęsk żywiołowych związanych z lodowcami. Masy lodu mają gigantyczną energię potencjalną, której urzeczywistnienie może mieć potworne konsekwencje. Jakiś czas temu w Internecie krążyło nagranie z zapadnięcia się niewielkiego słupa lodu do wody i następującej po nim fali, która zmyła grupę turystów z pobliskich skał. Na Grenlandii zaobserwowano podobne fale o wysokości 30 metrów i długości 300 metrów.

Katastrofa lodowcowa, która miała miejsce w Osetii Północnej 20 września 2002 roku została zarejestrowana na wszystkich sejsmometrach na Kaukazie. Upadek lodowca Kolka wywołał gigantyczne upadek lodowca - 100 milionów m3 lodu, kamieni i wody przetoczyło się przez wąwóz Karmadon z prędkością 180 km na godzinę. Rozbryzgi błotne rozrywały luźne osady zboczy doliny w miejscach o wysokości do 140 metrów. Zginęło 125 osób.

Jedną z najgorszych katastrof lodowcowych na świecie było zawalenie się północnego zbocza góry Huascaran w Peru w 1970 roku. Trzęsienie ziemi o sile 7,7 wywołało lawinę milionów ton śniegu, lodu i skał (50 milionów m3). Zawalenie ustało dopiero po 16 kilometrach; dwa miasta, zasypane gruzami, zamieniły się w masowy grób dla 20 tys. osób.

Trajektorie lawin lodowych Nevados Huascarán 1962 i 1970, Peru

(wg UNEP's DEWA/GRID-Europe, Genewa, Szwajcaria)

Innym rodzajem zagrożenia lodowcowego są wylewy spiętrzonych jezior polodowcowych, które występują między topniejącym lodowcem a moreną czołową. Wysokość moren czołowych może sięgać 100 m, stwarzając ogromny potencjał do powstawania jezior i ich późniejszego wytrysku.

Potencjalnie niebezpieczne jezioro peryglacjalne Tsho Rolpa z zaporami morenowymi w Nepalu, 1994 (kubatura: 76,6 mln m 3 , powierzchnia: 1,5 km 2 , wysokość moreny: 120

Potencjalnie niebezpieczne jezioro peryglacjalne Tsho Rolpa, spiętrzone morenami, w Nepalu, 1994 r. (objętość 76,6 mln m 3 , powierzchnia 1,5 km 2 , wysokość wałów morenowych 120 m). Zdjęcie dzięki uprzejmości N. Takeuchi, Graduate School of Science, Chiba University

Najbardziej potworny wybuch jeziora polodowcowego miał miejsce w poprzek Cieśniny Hudsona do Morza Labradorskiego około 12 900 lat temu. Wybuch jeziora Agassiz, większego niż Morze Kaspijskie, spowodował nienormalnie szybkie (ponad 10 lat) ochłodzenie klimatu północnoatlantyckiego (o 5°C w Anglii), znanego jako wczesny dryas (patrz młodszy dryas) i odkryty podczas analizy rdzeni lodowych Grenlandii. Ogromna ilość słodkiej wody zakłóciła cyrkulację termohalinową Oceanu Atlantyckiego, co zablokowało przenoszenie ciepła z prądu z niskich szerokości geograficznych. Obecnie obawia się takiego spazmatycznego procesu w związku z globalnym ociepleniem, które powoduje odsalanie wód Północnego Atlantyku.

Dziś, w związku z przyspieszonym topnieniem lodowców na świecie, wielkość jezior zaporowych wzrasta, a co za tym idzie, rośnie ryzyko ich przełomu.

Przyrost w rejonie jezior zaporowych polodowcowych na północnych (po lewej) i południowych (po prawej) stokach pasma Himalajów (wg Komori, 2008)

W samych Himalajach, których lodowce w 95% szybko topnieją, znajduje się około 340 potencjalnie niebezpiecznych jezior.W 1994 roku w Bhutanie 10 milionów metrów sześciennych wody, wylewając się z jednego z tych jezior, przebyło 80 kilometrów z wielką prędkością, zabicie 21 osób.

Według prognoz wybuch jezior polodowcowych może stać się coroczną katastrofą. Miliony ludzi w Pakistanie, Indiach, Nepalu, Bhutanie i Tybecie nie tylko zmierzą się z nieuniknioną redukcją zasobów wodnych w wyniku zniknięcia lodowców, ale także zmierzą się ze śmiertelnym niebezpieczeństwem wybuchu jezior. Elektrownie wodne, wsie, infrastruktura mogą zostać zniszczone w mgnieniu oka przez straszliwe spływy błotne.

Seria zdjęć przedstawiających intensywne cofanie się nepalskiego lodowca AX010, region Shürong (27°42"N, 86°34"E). (a) 30 maja 1978, (b) 2 listopada 1989, (c) 27 października. 1998, (d) 21 sierpnia. 2004 (Zdjęcia Y. Ageta, T. Kadota, K. Fujita, T. Aoki dzięki uprzejmości Cryosphere Research Laboratory, Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University)

Innym rodzajem katastrofy lodowcowej są lahary, powstałe w wyniku erupcji wulkanicznych pokrytych czapami lodowymi. Spotkanie lodu i lawy daje początek gigantycznym wulkanicznym wylewom błotnym, typowym dla krainy „ognia i lodu” Islandii, Kamczatki, Alaski, a nawet Elbrusu. Lahary mogą osiągać monstrualne rozmiary, będąc największymi spośród wszystkich rodzajów błot: mogą mieć do 300 km długości i 500 mln m3 objętości.

W nocy 13 listopada 1985 r. mieszkańcy kolumbijskiego miasta Armero (Armero) obudzili się z szalonego hałasu: przez ich miasto przetoczył się wulkaniczny strumień błotny, zmywając wszystkie domy i konstrukcje na swojej drodze - bulgocząca szlam życie 30 tysięcy osób. Kolejne tragiczne wydarzenie miało miejsce w pamiętny wieczór bożonarodzeniowy w 1953 roku w Nowej Zelandii – wybuch jeziora z lodowego krateru wulkanu wywołał lahar, który zmył most kolejowy tuż przed pociągiem. Lokomotywa i pięć wagonów ze 151 pasażerami zanurkowały i zniknęły na zawsze w rwącym strumieniu.

Ponadto wulkany mogą po prostu niszczyć lodowce – na przykład potworna erupcja północnoamerykańskiego wulkanu Saint Helens (Saint Helens) zburzyła 400 metrów góry wraz z 70% objętości lodowców.

ludzie z lodu

Trudne warunki, w jakich muszą pracować glacjologowie, są prawdopodobnie jednymi z najtrudniejszych, z jakimi muszą się zmierzyć współcześni naukowcy. Większość obserwacji terenowych dotyczy pracy w zimnych, trudno dostępnych i odległych częściach globu, z ostrym promieniowaniem słonecznym i niewystarczającą ilością tlenu. Ponadto glacjologia często łączy alpinizm z nauką, czyniąc ten zawód zabójczym.

Baza wyprawy na lodowiec Fedchenko, Pamir; wysokość ok. 5000 m n.p.m.; ok. 900 m lodu pod namiotami (zdjęcie autora, 2009)

Odmrożenie jest znane wielu glacjologom, z powodu których na przykład amputowano palce u rąk i nóg byłemu profesorowi mojego instytutu. Nawet w wygodnym laboratorium temperatura może spaść do -50°C. W regionach polarnych pojazdy terenowe i skutery śnieżne czasami wpadają w szczeliny o długości 30-40 metrów, najpoważniejsze burze śnieżne często sprawiają, że dni pracy na dużych wysokościach są prawdziwym piekłem i pochłaniają więcej niż jedno życie każdego roku. To praca dla silnych i wytrzymałych ludzi, którzy są szczerze oddani swojej pracy i nieskończonemu pięknu gór i biegunów.

Literatura:

• Adhemar JA, 1842. Rewolucje morza. Potopy Periodiques, Paryż.
• Bailey R.H., 1982. Lodowiec. Planeta Ziemia. Time-Life Books, Alexandria, Virginia, USA, 176 s.
• Clark S., 2007. The Sun Kings: Nieoczekiwana tragedia Richarda Carringtona i opowieść o tym, jak zaczęła się nowoczesna astronomia. Wydawnictwo Uniwersytetu Princeton, 224 s.
• Dansgaard W., 2004. Frozen Annals - Badania lądolodu Grenlandii. Instytut Nielsa Bohra, Uniwersytet w Kopenhadze, 124 s.
• Członkowie społeczności EPICA, 2004. Osiem cykli lodowcowych z rdzenia lodowego Antarktyki. Nature, 429 (10 czerwca 2004), 623-628.
• Fujita, K. i O. Abe. 2006. Izotopy stabilne w dziennych opadach atmosferycznych w Dome Fuji, Antarktyda Wschodnia, Geophys. Res. Lett., 33, L18503, doi:10.1029/2006GL026936.
• GRACE (eksperyment odzyskiwania grawitacji i klimatu).
• Hambrey M. i Alean J., 2004, Lodowce (wydanie drugie), Cambridge University Press, Wielka Brytania, 376 s.
• Heki, K. 2008. Zmieniająca się ziemia jak pokazuje grawitacja (PDF, 221 Kb). Littera Populi - magazyn public relations Uniwersytetu Hokkaido, czerwiec 2008, 34, 26-27.
• Lodowate tempo nabiera tempa // In the Field (blog reporterów The Nature z konferencji i wydarzeń).
• Imbrie J. i Imbrie K.P., 1986. Epoki lodowcowe: Rozwiązywanie tajemnicy. Cambridge, Harvard University Press, 224 s.
• IPCC, 2007: Zmiany klimatu 2007: podstawy nauk fizycznych. Wkład I Grupy Roboczej do Czwartego Raportu Oceniającego Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu. Cambridge University Press, Cambridge, Wielka Brytania i Nowy Jork, NY, USA, 996 s.
• Kaufman S. i Libby W. L., 1954. Naturalna dystrybucja trytu // Physical Review, 93, no. 6, (15 marca 1954), s. 1337-1344.
• Komori, J. 2008. Ostatnie ekspansje jezior polodowcowych w Himalajach Bhutanu. Czwartorzędowa Międzynarodowa, 184, 177-186.
• Lynas M., 2008. Sześć stopni: nasza przyszłość na gorętszej planecie // National Geographic, 336 s.
• Mitrovica, J. X., Gomez, N. i P. U. Clark, 2009. The Sea-Level Fingerprint of West Antarctic Collapse // Science. Tom. 323. Nie. 5915 (6 lutego 2009) s. 753. DOI: 10.1126/nauka.1166510.
• Pfeffer WT, Harper JT, O’Neel S., 2008. Kinematyczne ograniczenia dotyczące wkładu lodowców w podnoszenie się poziomu morza w XXI wieku. Science, 321 (5 września 2008), s. 1340-1343.
• Prockter L.M., 2005. Lód w Układzie Słonecznym. Przegląd techniczny APL Johnsa Hopkinsa. Tom 26. Numer 2 (2005), s. 175–178.
• Rampino M. R., Self S., Fairbridge R. W., 1979. Czy gwałtowne zmiany klimatyczne mogą powodować erupcje wulkanów? // Nauka, 206 (16 listopada 1979), nr. 4420, s. 826-829.
• Rapp, D. 2009. Epoki lodowcowe i interglacjały. Miary, interpretacja i modele. Springer, Wielka Brytania, 263 s.
• A. Svensson, S.W. Nielsen, S. Kipfstuhl, S.J. Johnsen, J.P. Steffensen, M. Bigler, U. Ruth i R. Röthlisberger. 2005. Wizualna stratygrafia rdzenia lodowego North Greenland Ice Core Project (NorthGRIP) podczas ostatniego okresu zlodowacenia, J. Geophys. Res., 110, D02108, doi:10.1029/2004JD005134.
• Velicogna I. i Wahr J., 2006. Przyspieszenie utraty masy lodu Grenlandii wiosną 2004 // Nature, 443 (21 września 2006), s. 329–331.
• Velicogna I. i Wahr J., 2006. Pomiary zmiennej w czasie grawitacji wykazują utratę masy na Antarktydzie // Science, 311 (24 marca 2006), no. 5768, s. 1754-1756
• Zotikov I. A., 2006. Antarktyczne podlodowcowe jezioro Wostok. Glacjologia, biologia i planetologia. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, Nowy Jork, 144 s.
• Voitkovsky K.F., 1999. Podstawy glacjologii. Nauka, Moskwa, s. 255.
• Słownik glacjologiczny. Wyd. V.M. Kotlyakova. L., GIMIZ, 1984, 528 s.
• Zhigarev V. A., 1997. Oceaniczna wieczna zmarzlina. Moskwa, Moskiewski Uniwersytet Państwowy, 318 s.
• Kalesnik S. V., 1963. Eseje o glacjologii. Państwowe wydawnictwo literatury geograficznej, Moskwa, 551 s.
• Kechina K. I., 2004. Dolina, która stała się lodowym grobem // ​​BBC. Fotoreportaż: 21 września 2004 r.
• Kotlyakov VM, 1968. Pokrywa śnieżna Ziemi i lodowców. L., GIMIZ, 1968, 480 s.
• Podolsky E. A., 2008. Nieoczekiwany kąt. Jean Louis Rodolphe Agassiz, The Elements, 14 marca 2008 (21 stron, poprawiona wersja).
• Popov A.I., Rosenbaum G.E., Tumel N.V., 1985. Kriolitologia. Wydawnictwo Uniwersytetu Moskiewskiego, 239 s.

Przezroczysty, twardy lód bawiący się w słońcu każdej zimy krępuje nasze rzeki i jeziora, zamarza na graniach dachów długimi soplami, zamienia jesienne kałuże w gładkie, śliskie lodowiska dla dzieci.


W zamrażarce lodówki lód można zrobić nawet w upalne lato. Może wyglądać jak przezroczyste szkło lub matowy biały plastik. Prawie każdy wie, czym jest lód i jak powstaje - to tylko zamarznięta woda. Ale co tak naprawdę wiemy o tej niesamowitej substancji?

Czym jest lód?

Przede wszystkim należy stwierdzić, że stwierdzenie, iż lód powstaje z wody, nie jest do końca trafne. Oprócz wody występuje również amoniak, metan, a także tzw. „suchy” lód, który powstaje w wyniku zamrożenia dwutlenku węgla. Nazwali go suchym, ponieważ gdy się topi, nie tworzy kałuż: dwutlenek węgla natychmiast odparowuje bezpośrednio ze stanu zamrożonego.

Ale porozmawiamy tylko o lodzie, który tworzy się z wody. Jego kryształy charakteryzują się tak zwaną syngonią heksagonalną, kiedy wszystkie cząsteczki wody układają się w regularną trójwymiarową sieć, z jedną cząsteczką połączoną z czterema najbliższymi. Ta struktura jest charakterystyczna dla wielu kamieni szlachetnych i minerałów – diamentu, kwarcu, turmalinu, korundu, berylu itp. Sieć krystaliczna oddziela cząsteczki, więc gęstość lodu jest mniejsza niż gęstość wody, z której jest utworzony. Kawałki lodu unoszą się na powierzchni wody zamiast opadać na dno.

Według badań na naszej planecie jest obecnie około 30 milionów kilometrów kwadratowych lodu. Główna ilość koncentruje się na czapach polarnych - tam grubość warstwy lodu w niektórych miejscach sięga 4 kilometrów.

Jak powstaje lód?

Zdobycie lodu jest bardzo proste: wystarczy obniżyć temperaturę wody, obniżając ją poniżej zera stopni. Jednocześnie w wodzie rozpoczyna się proces krystalizacji: jej cząsteczki układają się w uporządkowaną strukturę, zwaną siecią krystaliczną. Ten proces jest taki sam w zamrażarce, kałuży i oceanie.

Zamrażanie zawsze zaczyna się od górnej warstwy wody. Najpierw tworzą się w nim mikroskopijne igły lodu, które następnie zamarzają razem, tworząc rodzaj filmu na powierzchni słupa wody. W dużych akwenach wiatr potrząsa powierzchnią wody, tworząc na niej fale, więc zamarzanie trwa dłużej niż przy stojącej wodzie.

Jeśli podekscytowanie trwa, filmy są wrzucane do naleśników lodowych o średnicy do 30 centymetrów, które następnie zamarzają w jedną warstwę o grubości co najmniej 10 centymetrów. Następnie na tej warstwie, zwanej młodym, zamarza nowy lód od dołu, a czasem od góry, tworząc wystarczająco mocną i grubą pokrywę.


Siła lodu zależy od jego rodzaju: przezroczysty jest półtora raza silniejszy niż mętny biały. Uważa się, że 5-centymetrowa warstwa lodu może już wytrzymać ciężar człowieka, a 10-centymetrowa warstwa może już wytrzymać ciężar samochodu osobowego. Ale nadal niepożądane jest wychodzenie na lód zbiornika, dopóki jego grubość nie osiągnie 12-15 centymetrów.

Właściwości lodu

Najbardziej znaną i najważniejszą dla nas właściwością lodu jest jego zdolność do stosunkowo łatwego topnienia, zamieniając się w wodę o zerowej temperaturze. Z punktu widzenia nauki ma inne cechy:

— przezroczystość, zdolność do dobrego przepuszczania światła;

— bezbarwność- sam lód nie ma koloru, ale może być barwiony dodatkami kolorystycznymi;

— twardość, zdolność do utrzymania kształtu bez zewnętrznej powłoki;

— płynność- ale ta właściwość jest nieodłączna tylko w niektórych modyfikacjach;

— kruchość- kawałek lodu pęka nawet przy niewielkim wysiłku;

— łupliwość, tj. zdolność do rozszczepiania wzdłuż linii krystalograficznych.

Skład lodu wyróżnia się wysokim stopniem czystości, ponieważ w sieci krystalicznej nie ma miejsca na obce cząsteczki. Zamarzając, woda wypiera zanieczyszczenia, które się w niej rozpuściły. Jednak wiele substancji rozpuszczonych w wodzie hamuje zamarzanie – na przykład w wodzie morskiej lód tworzy się w niższej temperaturze niż zwykle, podczas gdy sól podczas zamarzania jest wypierana z wody, tworząc małe kryształki soli. Po stopieniu ponownie rozpuszczają się w wodzie. W rzeczywistości proces corocznego zamrażania wody utrzymuje samooczyszczanie się z różnych zanieczyszczeń przez miliony lat z rzędu.

Gdzie w przyrodzie znajduje się lód?

Na naszej planecie lód można znaleźć wszędzie tam, gdzie temperatura otoczenia spada poniżej zera stopni (Celsjusza):

- w atmosferze w postaci drobnych kryształków - śniegu lub mrozu, a także większych granulek -;

- na powierzchni planety w postaci lodowców - wielowiekowe nagromadzenia zlokalizowane na biegunach północnym i południowym, a także na szczytach najwyższych łańcuchów górskich;

- pod ziemią w postaci wiecznej zmarzliny - w górnej warstwie skorupy ziemskiej wokół.


Ponadto, według badań astronomów, lód, tj. zamarznięta woda została znaleziona na wielu planetach Układu Słonecznego. Występuje w niewielkich ilościach na Marsie i na wielu planetach karłowatych, a także na satelitach Jowisza i Saturna.

Ekologia

Wiele z tych cudów natury może zobaczyć tylko naukowcy, ponieważ znajdują się one w zimnych, słabo zaludnionych obszarach naszej planety.

Tutaj 10 najpiękniejszych formacji lodowych przyroda od lodowców, zamarzniętych wodospadów po jaskinie lodowe i góry lodowe.

1. Blue River, lodowce Grenlandii

Ta niesamowita niebieska rzeka powstała przez topnienie Lodowiec Petermana na Grenlandii, która wypełniła nisko położone obszary błękitną wodą. Miejsca wypełnione wodą zmieniają się sezonowo, co każdorazowo modyfikuje kształt rzeki. Jasnoniebieski kolor powstał z namułów lodowcowych.

2. Wodospady lodowcowe, archipelag Svalbard (Svalbard)

Svalbard, lub jak to się nazywa Svalbard, jest archipelag na Arktyce położony w północnej części królestwa Norwegii. Pomimo bliskości bieguna północnego, Svalbard jest stosunkowo ciepły ze względu na wpływ Prądu Zatokowego. Jest to duży obszar wysp, które 60 procent pokryte lodowcami.

Niektóre z tych lodowców tworzą małe wodospady z topnienia śniegu i lodu, które można zobaczyć w cieplejszych miesiącach. Olbrzymi Lodowiec Brosvelbrin położona na drugiej co do wielkości wyspie - Krainie Północno-Wschodniej o długości 200 km pokryta jest setkami takich topniejących wodospadów.

3. Jaskinia lodowa, Islandia

Ta niesamowita jaskinia Laguna Svínafellsjökull na Islandii został stworzony przez czapę lodową wulkanu Vatnajökull w parku narodowym Skaftafel. Piękny niebieski kolor powstał w wyniku tego, że na przestrzeni wieków lód zagęszczał się, wyciskając całe powietrze. Ze względu na brak powietrza w lodzie pochłania dużo światła, a jaskinia ma niepowtarzalną fakturę i kolor.

Najbezpieczniejszy odwiedź jaskinię lodową zimą i dla lepszej widoczności - po porze deszczowej. Wielu z tych, którzy mieli szczęście znaleźć się w jaskini, słyszało trzaski. Jednak te dźwięki nie wynikają z faktu, że lodowiec może się zapaść, ale dlatego, że ciągle się porusza.

4. Lodowiec Briksdalsbreen, Norwegia

Briksdalsbreen- jeden z najbardziej słynne lodowce Jostedalsbreen ramię- największy lodowiec znajdujący się w Norwegii.

Kończy się małym jeziorkiem polodowcowym położonym 346 m n.p.m.

Turyści z całego świata przyjeżdżają, by podziwiać lodowiec Briksdalsbreen, położony wśród wodospadów i wysokich gór.

5. Lodowy Kanion, Grenlandia

Ten lodowy kanion na Grenlandii 45 metrów głębokości został stworzony przez roztopioną wodę w wyniku globalnego ocieplenia. Wzdłuż krawędzi kanionu widać linie, które pokazują warstwy lodu i śniegu, które utworzyły się przez lata.

Ciemne osady na dole tego kanału są kriokonit, pylasty materiał powstały w wyniku wietrzenia. Osadza się na śniegu, lodowcach i czapach lodowych.

6. Lodowiec Słoniowej Łapy, Grenlandia

Ten ogromny lodowiec o nazwie „Łapa Słonia” znajduje się w północnej części Grenlandii. Szary obszar na dnie lodowca to strefa topnienia, która powstała z roztopionej wody kanałów. Niemal idealny okrągły kształt lodowca ma średnica około 5 kilometrów.

7. Zamarznięta fala, kry Antarktydy

Chociaż na pierwszy rzut oka może się wydawać, że przed tobą jest ogromna fala, która zamarzła, nie powstała ona z fali wody.

Właściwie to niebieski lód, który powstaje, gdy pęcherzyki sprężonego powietrza są wydalane. Lód wydaje się niebieski, ponieważ kiedy światło przechodzi przez jego grubą warstwę, niebieskie światło jest odbijane, a czerwone jest pochłaniane.

Sam lód utworzył się z czasem, a powtarzające się topienie i zamrażanie nadało formacji gładki wygląd.

8. Pasiaste góry lodowe, Ocean Południowy

Zjawisko to najczęściej obserwuje się na Oceanie Południowym. Pasiaste góry lodowe mogą mieć niebieskie, zielone i brązowe paski i powstają, gdy duże kawałki lodu odrywają się od półek lodowych i wpadają do oceanu.

Na przykład niebieskie paski powstały, gdy pokrywa lodowa wypełniła się stopioną wodą i zamarzła tak szybko, że bąbelki nie zdążyły się uformować. Słona woda morska zawierająca glony może prowadzić do zielonych smug. Inne kolory pojawiają się zwykle, gdy opady są zbierane przez taflę lodu, która wpada do wody.

9. Lodowe wieże na górze Erebus, Antarktyda

Wiecznie aktywna góra Erebus jest prawdopodobnie jedynym miejscem na Antarktydzie, gdzie lód spotyka się z ogniem. Tutaj na wysokości 3800 metrów można znaleźć setki wieże lodowe sięgające nawet 20 metrów wysokości. Często wydzielają parę, której część zamarza wewnątrz wież, rozszerzając ją i wydłużając.

10. Zamarznięty wodospad

I tak na przykład wodospad Fang w mieście Vail w USA zamienia się w ogromny lodowy słup w szczególnie mroźne zimy, sięgając 50 metrów wysokości i 8 metrów szerokości.

Zamarznięty dzień Niagara Falls

Podczas przedłużających się zimowych mrozów niektóre części wodospadu mogą tworzyć skorupę lodową. Kilka lat temu w Internecie pojawiły się zdjęcia, które uchwyciły zamarznięty wodospad Niagara wykonane przypuszczalnie w 1911 roku.

W rzeczywistości zdjęcia zostały wykonane najprawdopodobniej w marcu 1848 r., kiedy przepływ wody został zatrzymany z powodu zablokowania lodu przez kilka godzin. Cały wodospad nie zamarzł całkowicie, a niektóre strumienie wody przebiły się. Wodospad Niagara zamarzł po raz drugi w historii w 1936 roku z powodu silnych mrozów.

11. „Pokutujące Śniegi”, Andy

Kalgaspory lub jak nazywa się je też „pokutnymi śniegami” lub „pokutnikami mnichami” – są to niesamowite kolce lodowe, które tworzą się na równinach na wyżynach np. w Andach, które znajdują się na wysokości 4000 m n.p.m. .

Calgaspory mogą osiągnąć wysokość od kilku centymetrów, przypominający zmarzniętą trawę, a do 5 metrów, co sprawia wrażenie lodowego lasu.

Uważa się, że powstały z powodu silnych wiatrów w okolicy i światła słonecznego, co powoduje nierównomierne topnienie lodu i prowadzi do pojawienia się dziwnych kształtów.

12. Jaskinia Lodowa Kungur, Rosja

Jaskinia lodowa Kungur jedna z największych jaskiń na świecie i najbardziej niesamowite cuda Uralu, który znajduje się na obrzeżach miasta Kungur w regionie Perm. Uważa się, że jaskinia ma ponad 10 000 lat.

Jej suma długość sięga 5700 metrów, wewnątrz jaskini 48 grot i 70 podziemnych jezior do 2 metrów głębokości. Temperatura wewnątrz jaskini lodowej waha się od -10 do -2 stopni Celsjusza.

Jaskinia Lodowa Kungur zyskała popularność wśród turystów ze względu na formacje lodowe, stalaktyty, stalagmity, kryształki lodu i kolumny lodowe. Najsłynniejsze groty: Genialny, Polarny, Meteor, Olbrzym, Ruiny, Krzyż.

Komentarz od Foxin

PS jeśli nie podobały się Wam moje bzdury, to śmiało postawcie na minus, bo to wszystko jest tutaj zupełnie nie na miejscu, piszę tylko o emocjach z jednej z moich ulubionych serii gier, wszystkie Pis ;)

Komentarz od Foxin

Komentarz od Foxin