AntarcticGlaciers.org

Ten artykuł, choć czerpie z różnorodnej literatury, jest w dużej mierze oparty na doskonałym przeglądzie procesów cielenia dokonanym przez Prof. Douga Benna i współpracowników w czasopiśmie Earth Science Reviews. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o cieleniu się lodowców, ten przegląd będzie świetnym punktem wyjścia.

Cielenie się to termin glacjologiczny oznaczający mechaniczną utratę (lub po prostu oderwanie się) lodu z krawędzi lodowca1. Cielenie jest najczęstsze, gdy lodowiec wpływa do wody (np. jezior lub oceanu), ale może również wystąpić na suchym lądzie, gdzie jest znane jako suche cielenie2.

Dlaczego cielenie się jest ważne?

W lodowcach kończących się w jeziorze (lub słodkowodnych) cielenie się jest często bardzo wydajnym procesem ablacji i dlatego stanowi ważną kontrolę bilansu masy lodowca4-7.

Cielenie się jest również ważne dla dynamiki lodowca i tempa cofania się lodu1. Lodowce cielące się są często bardzo dynamiczne, a wzorce zachowań (np. postęp i recesja lodowca) są przynajmniej częściowo oddzielone od klimatu4-7.

Różnice między lodowcami słodkowodnymi i wodnymi

W porównaniu z lodowcami morskimi (lub wodnymi), takimi jak te na obrzeżach lądolodów Antarktydy i Grenlandii, lodowce słodkowodne są zwykle mniejsze i wolniej się poruszają. Oznacza to, że chociaż procesy cielenia się mogą być bardzo podobne w obu przypadkach, lodowce słodkowodne mają niższe tempo cielenia się1.

Podstawy cielenia się: pękanie lodu

Zanim dojdzie do cielenia się, mniejsze pęknięcia i szczeliny w lodowcu rosną (lub propagują się) w większe szczeliny (patrz obrazek poniżej). Wzrost szczelin skutecznie dzieli lód na bloki, które następnie spadają z pyska do sąsiedniego jeziora (gdzie są znane jako góry lodowe). Dlatego pęknięcie lodu jest ważnym czynnikiem kontrolującym: gdzie wystąpi cielenie, wielkość cielonych gór lodowych i jak często zdarzają się cielenia1.

Rozrost szczelin

Pęknięcia i szczeliny w lodzie lodowca będą rosły, gdy naprężenia działające na szczelinę będą większe niż wytrzymałość lodu na złamanie8. Gdy ten warunek zostanie spełniony, lód będzie pękał w sposób kruchy, powodując pogłębianie się i poszerzanie istniejących pęknięć. Duże naprężenia występują w wielu sytuacjach w lodowcach. Dobre przykłady to: gdy lód lodowcowy jest rozszerzany („rozsuwany”) lub ściskany („ściskany razem”) w wyniku przepływu.

Szczeliny wypełnione wodą

Woda odgrywa kluczową rolę w głębokości szczelin i prawdopodobieństwie cielenia się (patrz diagram poniżej). W szczelinie pozbawionej wody, naprężenia na czubku szczeliny są kompensowane przez ciężar zalegającego lodu. Powoduje to zamknięcie pęknięcia. Natomiast w szczelinie wypełnionej wodą, ciśnienie wody równoważy ciężar lodu. Dzięki temu szczelina może sięgać głębiej w lód, a często do dna lodowca8.

Procesy cielenia

Istnieje kilka głównych mechanizmów cielenia w lodowcach słodkowodnych, z których wszystkie są związane z naprężeniami na końcu lodowca1.

Rozciąganie i szczelinowanie lodu

Na uziemionym lodowcu kończącym się w jeziorze, przepływ lodu zwykle staje się szybszy (z powodu poślizgu bazowego) w pobliżu czoła. Dzieje się tak, ponieważ pysk jest bliski unoszenia się w wodzie jeziornej, co zmniejsza opór tarcia na dnie1,9. Szybszy przepływ w pobliżu czoła powoduje „rozciąganie się” lodu i propagację szczelin w lodowcu (patrz diagram poniżej). Proces ten, znany jako rozciąganie podłużne, tworzy silnie spękane czoła lodowców (patrz rysunek poniżej). Cielenie się występuje wzdłuż linii słabości utworzonych przez szczelinowanie1,9,10.

Szczeliny mogą również powstawać w obszarach położonych dalej w górę lodowca, np. w lodospadach, gdzie lód płynie szybko po stromym terenie8. Szczeliny powstające w lodospadach stanowią prawdopodobne strefy cielenia się gór lodowych, gdy przesuwają się one w dół lodowca, aż do jego końca (patrz diagram poniżej)1.

Nierównowaga sił na końcu lodowca

Na końcu lodowca pływającego skierowane na zewnątrz ciśnienie kriostatyczne (tj. ciśnienie wywierane przez lód) i skierowane do wewnątrz ciśnienie hydrostatyczne (tj. ciśnienie wywierane przez wodę) są poza równowagą (patrz diagram poniżej)11. Poniżej linii wodnej jeziora, ciśnienie hydrostatyczne częściowo równoważy ciśnienie kriostatyczne. Jednakże, powyżej linii wodnej, jest bardzo mało siły skierowanej do wewnątrz (z atmosfery), która przeciwdziała ciśnieniu kriostatycznemu11. Ta nierównowaga tworzy strefę wysokich naprężeń na powierzchni lodu, otwierając szczeliny i sprzyjając cieleniu się1.

Podcinanie końcowego klifu lodowego

Lód lodowca na lub poniżej linii wodnej jeziora często topi się w szybszym tempie niż lód powyżej linii wodnej jeziora. Topnienie linii wodnej często powoduje erozję karbu, który podcina klif lodowy (patrz obrazek poniżej)6,12,13. Po podcięciu, cielenie może nastąpić przez przewrócenie się zwisających bloków lodu, lub gdy dach wcięcia linii wodnej zawali się1.

Wcięcia linii wodnej często rozwijają się latem, ale przestają się tworzyć zimą, gdy temperatury jeziora lodowcowego są niższe i/lub gdy powierzchnia jeziora zamarza. Wycięcie przez erozję wcięcia ma zatem tendencję do podążania za sezonowym wzorcem6,12,13.

Siły wyporu na końcu lodowca

Gdy powierzchnia lodowca przerzedzi się do poziomu poniżej potrzebnego do flotacji lodu, margines stanie się wyporny i uniesie się z podłoża7. Jeśli powierzchnia nadal się przerzedza, siła wyporu wzrasta, powodując duże siły zginające na linii przyziemienia, powstawanie dużych szczelin, a w końcu cielenie się7. Procesy te często prowadzą do powstawania dużych gór lodowych.

Siły wyporu mogą również powodować cielenie się pod powierzchnią jeziora. Cielenie podwodne często występuje tam, gdzie powstała „stopa lodowa” z powodu ubytków lodu powyżej linii wodnej (np. z powodu erozji karbu i obalania klifów lodowych). Utrata lodu powyżej linii wodnej zmniejsza ciśnienie nadkładu lodowego naciskającego na „stopę lodową”, pozwalając siłom wyporu skierowanym ku górze na złamanie lodu i spowodowanie cielenia1. W takich przypadkach góry lodowe mogą gwałtownie wystrzelić na powierzchnię jeziora, a czasem wynurzyć się 100 metrów od czoła lodu.

.