Denna artikel bygger till stor del på en utmärkt genomgång av kalvningsprocesser av professor Doug Benn och kollegor i tidskriften Earth Science Reviews. Om du vill veta mer om kalvning av glaciärer är denna översiktsartikel en utmärkt utgångspunkt.
Kalvning är den glaciologiska termen för den mekaniska förlusten (eller helt enkelt avbrytningen) av is från en glaciärkant1. Kalvning är vanligast när en glaciär rinner ut i vatten (dvs. sjöar eller hav), men kan även ske på torra land, där det kallas torrkalvning2.
Kalvningsmarginalen på Perito Moreno-glaciären i argentinska Patagonien. Foto: Vilto Moreno Moreno i Patagonien: Liam Quinn
Varför är kalvning viktig?
I glaciärer som slutar i en sjö (eller sötvattenglaciärer) är kalvning ofta en mycket effektiv ablationsprocess och är därför en viktig kontroll för glaciärernas massbalans4-7.
Kalvning är också viktig för glaciärernas dynamik och isens reträtttakt1. Kalvningsglaciärer är ofta mycket dynamiska, med beteendemönster (t.ex. glaciärernas framryckning och tillbakadragande) som åtminstone delvis är frikopplade från klimatet4-7.
Skillnader mellan sötvattensglaciärer och tidvattenglaciärer
I jämförelse med glaciärer som slutar i havet (eller tidvattenglaciärer), t.ex. de som finns vid marginalerna till Antarktis- och Grönlandsisarna, är sötvattenglaciärer normalt mindre och långsammare i rörelse. Detta innebär att även om kalvningsprocessen kan vara mycket likartad i de båda miljöerna tenderar sötvattensglaciärer att ha lägre kalvningshastighet1.
Kalvningens grunder: isens brott
Innan kalvning inträffar växer (eller fortplantar sig) mindre sprickor och brott i glaciäris till större sprickor (se bilden nedan). Tillväxten av sprickor delar effektivt upp isen i block som sedan faller från snoken i en intilliggande sjö (där de kallas isberg). Därför är isens sprickbildning en viktig faktor för att styra var kalvning kommer att ske, storleken på de kalvade isbergen och hur ofta kalvning sker1.
Den kraftigt spruckna snoken på Fjallsjökull, Island, med isblock som är redo att släppas ut i samband med kalvning. Foto: Wojciech Strzelecki
Växt av sprickor
Sprickor och sprickor i glaciäris kommer att växa när spänningen som verkar på en spricka är större än isens sprickstyrka8. När detta villkor är uppfyllt kommer isen att brista på ett sprött sätt, vilket gör att befintliga sprickor blir djupare och bredare. Stora spänningar förekommer i många situationer i glaciärer. Goda exempel är: när glaciäris sträcks ut (”dras isen isär”) eller komprimeras (”pressas ihop”) till följd av flödet.
Exempel på stora sprickor i nosen på Goldbergkees Gletscher i de österrikiska Alperna. Foto: Ewald Gabardi
Vattenfyllda sprickor
Vatten spelar en nyckelroll för sprickornas djup och sannolikheten för kalvning (se diagrammet nedan). I en vattenfri spricka kompenseras spänningen vid sprickans spets av tyngden från den överliggande isen. Detta leder till att sprickan sluter sig. I en vattenfylld spricka kompenserar dock vattentrycket för isens vikt. Detta gör att en spricka kan sträcka sig djupare in i isen, och ofta till glaciärbotten8.
Sprickor öppnas ofta på grund av att glaciärflödet utvidgas, vilket gör att isen ”sträcks” eller dras isen isär. I en vattenfri spricka tvingar tyngden av isen till att stänga sprickan. I en vattenfylld spricka däremot motverkar det extra vattentrycket isens vikt, vilket gör att sprickan kan fördjupas. (diagram modifierat från ref. 8)
Kalvningsprocesser
Det finns flera huvudsakliga kalvningsmekanismer vid sötvattenglaciärer, som alla är relaterade till påfrestningar vid glaciärens sluttning. 1.
Sträckning och sprickbildning av isen
På en grundad glaciär med sluttning i en sjö blir isflödet vanligen snabbare (på grund av basal glidning) nära nosen. Detta sker eftersom nosen är nära att flyta i sjövatten, vilket minskar friktionsmotståndet vid botten1,9. Det snabbare flödet nära ändpunkten gör att isen ”sträcker ut sig” och att sprickor breder ut sig genom glaciären (se diagrammet nedan). Denna process, som kallas longitudinell sträckning, skapar kraftigt spruckna glaciärsnusar (se bild nedan). Kalvning sker längs de svaghetslinjer som bildas av sprickbildning1,9,10.
Snabbare isflöde nära glaciärkanten, på grund av minskad basal dragkraft, gör att isen sträcks ut och sprickor öppnas. När spänningarna är höga sprider sig sprickor genom glaciären och kalvning sker.
Den kraftigt spruckna ändan av Grey Glacier, chilenska Patagonien, bildades delvis på grund av att isen sträckte sig i längsled. Foto: Foto: NASA Earth Observatory
Krevasser kan också bildas i områden längre upp på glaciären, till exempel i isfall, där isen flyter snabbt över brant terräng8. De sprickor som bildas i isfall utgör sannolika zoner för kalvning när de rör sig nedåt mot glaciärens terminus (se diagrammet nedan)1.
Språng som bildas i områden med brant terräng, till exempel i isfall, utgör sannolika zoner för kalvning av isberg när de når glaciärens terminus. T1 = sprickor som bildas i isfall. T2 = sprickor rör sig nedåt i glaciären och främjar kalvning.
Kraftobalans vid glaciärens terminus
På en flytande glaciärs terminus är det utåtriktade kryostatiska trycket (dvs. trycket som utövas av isen) och det inåtriktade hydrostatiska trycket (dvs. trycket som utövas av vattnet) i obalans (se diagrammet nedan)11 . Under sjöns vattenlinje balanserar det hydrostatiska trycket delvis det kryostatiska trycket. Men ovanför vattenlinjen finns det mycket lite inåtriktad kraft (från atmosfären) för att motverka det kryostatiska trycket11. Denna obalans skapar en zon med hög spänning på isytan, vilket öppnar sprickor och främjar kalvning1.
Diagram för att illustrera skillnaderna mellan utåtriktat kryostatiskt tryck och inåtriktat hydrostatiskt tryck. Ovanför sjöns vattenlinje ger atmosfären liten kompensation för det kryostatiska trycket, vilket resulterar i höga spänningar i den terminala isklippan och kalvning.
Underskärning av en terminal isklippan
Glaciäris vid eller under sjöns vattenlinje smälter ofta i snabbare takt än isen ovanför sjöns vattenlinje. Smältningen vid vattenlinjen eroderar ofta en skåra som underskärar den kalvande isklippan (se bild nedan)6,12,13. När den väl är underkörd kan kalvning ske genom att överhängande isblock faller framåt, eller genom att taket på en vattenlinjeskåra kollapsar1.
Vattenlinjeskåror utvecklas ofta under sommaren men slutar att bildas på vintern när temperaturen i glaciärsjöar är svalare och/eller när sjöytan fryser till. Kalvning genom erosion av skåror tenderar därför att följa ett säsongsmönster6,12,13.
Exempel på en termo-erosionell skåra som skurits in i den terminala isklippan. Foto: Foto: Michael Clarke
Smältning vid eller under vattenlinjen i en sjö kan erodera en skåra i en terminal isklippa (T1). När skåran växer med tiden blir isklippan instabil och blocken välter utåt (T2).
Skälvningshändelse vid Perito Moreno-glaciären i argentinska Patagonien, på grund av kollaps av ett englacialt tunneltak. Foto: Rafael Bernstein
Drivkrafter vid en glaciärs slutpunkt
När en glaciärs yta tunnas ut till under den nivå som krävs för isens flytning kommer marginalen att bli flytbar och lyfta från bädden7. Om ytan fortsätter att tunnas ut ökar flytkraften, vilket orsakar stora böjkrafter vid grundläggningslinjen, tillväxt av stora sprickor och så småningom kalvning7. Denna process ger ofta upphov till stora isberg.
Drivkraften kan orsaka stora böjkrafter vid glaciärens grundläggningslinje när glaciärens yta sjunker till flottningsnivå. Stora tabulära isberg frigörs genom denna process.
Buoyantkrafter kan också orsaka kalvning under sjöytan. Kalvning under vattenytan sker ofta där en ”isfot” har utvecklats på grund av kalvningsförluster ovanför vattenlinjen (t.ex. på grund av erosion av klyftor och omkullfallande isklippor). Förlusten av is ovanför vattenlinjen minskar trycket på isen ovanför botten som trycker ner på ”isfoten”, vilket gör det möjligt för uppåtriktade flytkrafter att bryta isen och orsaka kalvning1. Vid sådana händelser kan isberg snabbt skjuta upp till sjöytan och ibland dyka upp 100 meter från isfronten.
Drivkrafter orsakar kalvning av en subaqueös ”isfot” på grund av isförlust ovanför vattenlinjen och minskat isöverlagringstryck.
Benn, D.I., Warren, C.R. och Mottram, R.H., 2007. Kalvningsprocesser och dynamiken hos kalvande glaciärer. Earth-Science Reviews, 82, 143-179.
Diolaiuti, G., Smiraglia, C., Vassena, G. och Motta, M., 2004. Torra kalvningsprocesser vid isklippan på Strandline-glaciären i norra Victoria Land, Antarktis. Annals of Glaciology, 39, 201-208.
Warren, C.R., 1994. Freshwater calving and anomalous glacier oscillations: recent behaviour of Moreno and Ameghino Glaciers, Patagonia. The Holocene, 4, 422-429.
Naruse, R. and Skvarca, P., 2000. Dynamiska egenskaper hos Glaciar Upsala, en lacustrin kalvningsglaciär i södra Patagonien, som tunnas ut och drar sig tillbaka. Arctic, Antarctic, and Alpine Research, 32, 485-491.
Warren, C.R. och Kirkbride, M.P., 2003. Calving speed and climatic sensitivity of New Zealand lake-calving glaciers. Annals of Glaciology, 36, 173-178.
Boyce, E.S., Motyka, R.J. och Truffer, M., 2007. Flotation and retreat of a lake-calving terminus, Mendenhall Glacier, southeast Alaska, USA. Journal of Glaciology, 53, 211-224.
Benn, D.I., and Evans, D.J.A., 2010. Glaciers and Glaciation. Routledge, s. 802.
O’Neel, S., Pfeffer, W.T., Krimmel, R. och Meier, M., 2005. Utveckling av kraftbalansen vid Columbia-glaciären, Alaska, under dess snabba reträtt. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 110(F3).
Warren, C. and Aniya, M., 1999. De kalvande glaciärerna i södra Sydamerika. Global and Planetary Change, 22, 59-77.
Reeh, N., 1968. Om kalvning av is från flytande glaciärer och ishyllor. Journal of Glaciology, 7, 215-232.
Kirkbride, M.P. and Warren, C.R., 1997. Kalvningsprocesser vid en grundad isklippa. Annals of Glaciology, 24, 116-121.
Haresign, E. and Warren, C.R., 2005. Smältningshastigheter vid kalvningsterminaler: en studie vid Glaciar León, Chiles Patagonien. Geological Society, London, Special Publications, 242, 99-109.