Acest articol, deși se bazează pe o varietate de literatură, se bazează în mare parte pe o analiză excelentă a proceselor de calvar realizată de Prof. Doug Benn și colegii săi în revista Earth Science Reviews. Dacă doriți să aflați mai multe despre calvarul ghețarilor, această lucrare de analiză ar fi un excelent punct de plecare.
Calvarul este termenul glaciologic pentru pierderea mecanică (sau, pur și simplu, ruperea) de gheață de pe marginea unui ghețar1. Calvarul este cel mai frecvent atunci când un ghețar curge în apă (de exemplu, lacuri sau ocean), dar poate avea loc și pe uscat, unde este cunoscut sub numele de calvar uscat2.
Marja de calvar a ghețarului Perito Moreno din Patagonia argentiniană. Fotografie: A: Liam Quinn
De ce este importantă calvarul?
În ghețarii care se termină cu lacuri (sau cu apă dulce), calvarul este adesea un proces foarte eficient de ablație și, prin urmare, este un control important asupra bilanțului de masă al ghețarilor4-7.
Calvarul este, de asemenea, important pentru dinamica ghețarilor și pentru ratele de retragere a gheții1. Ghețarii de calcar sunt adesea foarte dinamici, cu modele de comportament (de exemplu, avansul și retragerea ghețarilor) care sunt cel puțin parțial decuplate de climă4-7.
Diferențe între ghețarii de apă dulce și ghețarii de apă de mare
În comparație cu ghețarii care se termină în mare (sau de apă de mare), cum ar fi cei de la marginile calotei glaciare din Antarctica și Groenlanda, ghețarii de apă dulce sunt în mod normal mai mici și se deplasează mai lent. Acest lucru înseamnă că, deși procesele de calvar pot fi foarte asemănătoare în ambele medii, ghețarii de apă dulce tind să aibă rate de calvar mai mici1.
Bazele calvarului: fracturarea gheții
Înainte de a avea loc calvarul, crăpăturile și fracturile mai mici din gheața ghețarilor cresc (sau se propagă) în crevase mai mari (vezi imaginea de mai jos). Creșterea crăpăturilor împarte efectiv gheața în blocuri care ulterior cad de pe botul ghețarului într-un lac adiacent (unde sunt cunoscute sub numele de aisberguri). Prin urmare, fracturarea gheții reprezintă un control important asupra: locului unde va avea loc calvarul, dimensiunii aisbergurilor calvarate și frecvenței evenimentelor de calvar1.
Snoul puternic crevizat al Fjallsjökull, Islanda, cu blocuri de gheață gata să fie eliberate în evenimente de calvar. Foto: A: Wojciech Strzelecki
Creșterea fracturilor
Fisurile și fracturile din gheața de ghețar vor crește atunci când tensiunea care acționează asupra unei fracturi este mai mare decât rezistența la rupere a gheții8. Atunci când această condiție este îndeplinită, gheața se va fractura într-un mod fragil, ceea ce face ca fisurile existente să devină mai adânci și mai largi. Tensiunile mari apar în multe situații în ghețari. Exemple bune includ: acolo unde gheața ghețarului este extinsă („trasă în afară”) sau comprimată („strânsă împreună”) ca urmare a curgerii.
Exemplu de fracturi mari în botul lui Goldbergkees Gletscher din Alpii austrieci. Foto: A: Ewald Gabardi
Crevase umplute cu apă
Apa joacă un rol esențial în ceea ce privește adâncimea crăpăturilor și probabilitatea de calvar (vezi diagrama de mai jos). Într-o crevasă fără apă, stresul la vârful crevasei este compensat de greutatea gheții suprapuse. Acest lucru face ca o fractură să se închidă. Cu toate acestea, într-o crevasă plină de apă, presiunea apei compensează greutatea gheții. Acest lucru permite ca o crevasă să se extindă mai adânc în gheață și, adesea, până la patul ghețarului8.
Crevasele se deschid adesea din cauza extinderii fluxului ghețarului care face ca gheața să se „întindă” sau să fie trasă în afară. Într-o crevasă fără apă, greutatea gheții forțează fractura să se închidă. În schimb, într-o crevasă plină de apă, presiunea adăugată a apei contracarează greutatea gheții, permițând adâncirea unei fracturi. (diagramă modificată după ref. 8)
Procese de calvar
Există mai multe mecanisme principale de calvar la ghețarii de apă dulce, toate acestea fiind legate de stresul de la capătul ghețarului1.
Întinderea și crevasarea gheții
La un ghețar cu fundul lacul-terminal, curgerea gheții devine de obicei mai rapidă (datorită alunecării bazale) în apropierea botului. Acest lucru se întâmplă deoarece botul este aproape de a pluti în apa lacului, ceea ce reduce rezistența prin frecare la pat1,9. Curgerea mai rapidă în apropierea extremității face ca gheața să se „întindă”, iar crevasele să se propage prin ghețar (a se vedea diagrama de mai jos). Acest proces, cunoscut sub numele de întindere longitudinală, creează boturi de ghețari puternic crevase (a se vedea imaginea de mai jos). Calvarul are loc de-a lungul liniilor de slăbiciune formate de crevase1,9,10.
Un flux de gheață mai rapid în apropierea marginii ghețarului, din cauza reducerii rezistenței bazale, face ca gheața să se întindă și să se deschidă crevase. Atunci când tensiunile sunt mari, crevasele se propagă prin ghețar și are loc viitura.
Terminalul puternic crevuzat al ghețarului Grey, din Patagonia chiliană, s-a format în parte din cauza întinderii longitudinale a gheții. Foto: Gheața de gheață: NASA Earth Observatory
Crevasele se pot forma, de asemenea, în zone mai sus pe ghețar, cum ar fi în cascadele de gheață, unde gheața curge rapid pe un teren abrupt8. Crevasele formate în cascadele de gheață oferă zone probabile de formare a ghețarilor atunci când se deplasează în josul ghețarului până la punctul terminus (a se vedea diagrama de mai jos)1.
Crevasele formate în zone de teren abrupt, cum ar fi cascadele de gheață, oferă zone probabile de formare a ghețarilor atunci când ajung la punctul terminus al ghețarului. T1 = crevase formate în cascada de gheață. T2 = crevasele se deplasează în josul ghețarului și favorizează viitura.
Dezechilibre de forțe la terminalul ghețarului
La un terminus de ghețar plutitor, presiunea criostatică îndreptată spre exterior (adică presiunea exercitată de gheață) și presiunea hidrostatică îndreptată spre interior (adică presiunea exercitată de apă) sunt în dezechilibru (a se vedea diagrama de mai jos)11. Sub linia de plutire a lacului, presiunea hidrostatică echilibrează parțial presiunea criostatică. Cu toate acestea, deasupra liniei de plutire, există foarte puțină forță îndreptată spre interior (din atmosferă) pentru a contracara presiunea criostatică11. Acest dezechilibru creează o zonă de tensiune ridicată la suprafața gheții, deschizând crevase și favorizând viitura1.
Diagramă pentru a ilustra diferențele dintre presiunea criostatică dirijată spre exterior și presiunea hidrostatică dirijată spre interior. Deasupra liniei de plutire a lacului, atmosfera oferă puțină compensare a presiunii criostatice, ceea ce duce la tensiuni mari în faleza de gheață terminală și la calcare.
Subcotarea unei faleze de gheață terminală
Gheața ghețarului la sau sub linia de plutire a unui lac se topește adesea cu o viteză mai mare decât gheața de deasupra liniei de plutire a lacului. Topirea liniei de plutire va eroda adesea o crestătură care subțiază stânca de gheață de calvar (a se vedea imaginea de mai jos)6,12,13. Odată ce a fost decupată, viitura poate avea loc prin răsturnarea înainte a blocurilor de gheață supraînălțate sau în cazul în care acoperișul unei crestături a liniei de plutire se prăbușește1.
Cretăturile liniei de plutire se dezvoltă adesea în timpul verii, dar încetează să se mai formeze iarna, când temperaturile lacurilor glaciare sunt mai scăzute și/sau când suprafața lacului îngheață. Prin urmare, viitura prin eroziunea crestăturii tinde să urmeze un model sezonier6,12,13.
Exemplu de crestătură termo-erozională tăiată în stânca de gheață terminală. Foto: Michael Clarke
Fundarea la sau sub linia de plutire a unui lac poate eroda o crestătură într-o stâncă de gheață terminală (T1). Pe măsură ce crestătura crește în timp, faleza de gheață devine instabilă și blocurile se prăbușesc în exterior (T2).
Eveniment de calvar la ghețarul Perito Moreno din Patagonia argentiniană, din cauza prăbușirii acoperișului unui tunel englacial. Fotografie: A: Rafael Bernstein
Forțe de flotabilitate la terminalul unui ghețar
Dacă suprafața unui ghețar se subțiază până sub nivelul necesar pentru flotarea gheții, marginea va deveni flotabilă și se va ridica de pe pat7. Dacă suprafața continuă să se subțieze, flotabilitatea crește, provocând forțe mari de încovoiere la linia de împământare, apariția unor crevase mari și, în cele din urmă, viitura7. Acest proces produce adesea aisberguri de mari dimensiuni.
Buoyancy poate provoca forțe mari de încovoiere la linia de împământare a ghețarului atunci când suprafața ghețarului scade până la nivelul de plutire. Prin acest proces se eliberează aisberguri tabulare de mari dimensiuni.
Forțele de flotabilitate pot provoca, de asemenea, viituri sub suprafața lacului. Calvarul subacvatic apare adesea acolo unde s-a dezvoltat un „picior de gheață” din cauza pierderilor de calvar deasupra liniei de plutire (de exemplu, din cauza eroziunii crestăturilor și a prăbușirii stâncilor de gheață). Pierderea de gheață deasupra liniei de plutire diminuează presiunea de supraîncărcare a gheții care apasă pe „piciorul de gheață”, permițând forțelor plutitoare ascendente să rupă gheața și să provoace calotajul1. În astfel de evenimente, aisbergurile pot urca rapid la suprafața lacului și, uneori, pot ieși la 100 de metri distanță de frontul de gheață.
Forțele flotabile cauzează calvarul unui „picior de gheață” subacvatic datorită unei pierderi de gheață deasupra liniei de plutire și a reducerii presiunii de supraîncărcare a gheții.
Benn, D.I., Warren, C.R. și Mottram, R.H., 2007. Calving processes and the dynamics of calving glaciers. Earth-Science Reviews, 82, 143-179.
Diolaiuti, G., Smiraglia, C., Vassena, G. și Motta, M., 2004. Dry calving processes at the ice cliff of Strandline Glacier northern Victoria Land, Antarctica. 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. și Skvarca, P., 2000. Dynamic features of thinning and retracing Glaciar Upsala, a lacustrine calving glacier in southern Patagonia. Arctic, Antarctic, and Alpine Research, 32, 485-491.
Warren, C.R. și 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. și Truffer, M., 2007. Flotation and retreat of a lake-calving terminus, Mendenhall Glacier, sud-estul Alaskăi, SUA. Journal of Glaciology, 53, 211-224.
Benn, D.I., și Evans, D.J.A., 2010. Ghețari și glaciațiune. Routledge. pp. 802.
O’Neel, S., Pfeffer, W.T., Krimmel, R. și Meier, M., 2005. Evoluția echilibrului de forțe la ghețarul Columbia, Alaska, în timpul retragerii sale rapide. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 110(F3).
Warren, C. și Aniya, M., 1999. The calving glaciers of southern South America. Global and Planetary Change, 22, 59-77.
Reeh, N., 1968. On the calving of ice from floating glaciers and ice shelves. Journal of Glaciology, 7, 215-232.
Kirkbride, M.P. și Warren, C.R., 1997. Procesele de calvar la o stâncă de gheață eșuată. Annals of Glaciology, 24, 116-121.
Haresign, E. și Warren, C.R., 2005. Ratele de topire la terminațiile de calvar: un studiu la Glaciar León, Chilean Patagonia. Geological Society, London, Special Publications, 242, 99-109.
.