Massebalance (glaciologi)

Massevægt på Silvretta-gletsjeren fra 1960 til 2017. Den kumulative årlige saldo vises ikke længere fra 2003; værdien for 2017 er −21,9 meter vandækvivalent

I glaciologi, den massebalancen er forskellen mellem masse indstrømning ( akkumulering ) og tab af masse ( ablation ) af en is legeme. Den samlede masseforøgelse eller -tab for en gletscher , en iskappe eller en indlandsis over en hydrologisk cyklus - normalt et år - kaldes den samlede massebalance . Den specifikke massebalance er ændringen i masse over en periode i forhold til et punkt på gletscheren. Den samlede massebalance bestemmes normalt ved at integrere målte specifikke massebalancedata fordelt over gletscherområdet. Ved at dividere den samlede massebalance med arealet af gletsjeren opnås den gennemsnitlige specifikke massebalance , som muliggør en sammenligning af forskellige gletschers opførsel. Dette er den overvejende offentliggjorte størrelse; den er normalt angivet i millimeter eller meter vandækvivalent pr. År og kan forstås som den "gennemsnitlige ændring i istykkelse". Det omtales ofte som den årlige massebalance for korte . Hvis massebalancen er positiv over flere år, vil en gletscher komme videre, hvis den er negativ, trækker den sig tilbage. Hvis en gletscher er i ligevægt med klimaet , er dens massebalance afbalanceret.

Det meste af akkumuleringen sker gennem snefald , påvirket af vindbevægelser og laviner . Det største tab af masse i de fleste gletsjere er forårsaget af smeltning af sne , firn eller is på overfladen. Men andre processer kan også være vigtige: i tilfælde af ishylder og tidevandsgletschere spiller kælvning en vigtig rolle, stejle, hængende gletsjere mister en masse masse på grund af laviner, og i tørre områder er sublimering af blæst sne en faktor, der ikke kan overses.

Der er forskellige metoder til bestemmelse af massebalancen for en gletscher. Den ældste og stadig grundlæggende metode i dag er den såkaldte glaciologiske metode . Dette måler ændringen i overfladeniveau på forskellige punkter fordelt over gletscheren. Ud fra dette bestemmes den specifikke massebalance på dette tidspunkt ved at estimere den nær overflade firn eller isdensitet . Kendskab til den samlede masse af en gletscher er ikke påkrævet for at bestemme massebalancen, og det er ofte ikke nøjagtigt kendt.

Historisk udvikling

Den ældste kendte indsats for at bestemme en massebalance begyndte allerede i 1874 på Rhône-gletsjeren . Forskningen på det tidspunkt blev udført af det såkaldte “Glacier College”, som blev indledt i 1869 af Swiss Alpine Club (SAC) og Swiss Natural Research Society (SNG, i dag SCNAT). Målet med forskningen på det tidspunkt var at forstå gletschers historiske udvikling og forholdet mellem ændringer i gletscheroverfladen og gletsjernes fremskridt. De data, der blev indsamlet på det tidspunkt, svarer ikke til nutidens standarder, hovedsageligt fordi tætheden af ​​firn i næringsområdet på gletsjeren ikke blev bestemt. For perioden fra 1884 til slutningen af ​​måleserien på det tidspunkt i 1909 gjorde visse antagelser og ekstrapolationer det muligt at sammenligne dataene med nutidens data. Den gennemsnitlige specifikke massebalance af denne periode var -130 millimeter vand tilsvarende .

Den Storgletsjeren er gletscheren med de længste serie af målinger på massebalance

Kontinuerlige målinger af den specifikke massebalance to steder på Claridenfirn er blevet udført siden 1914. Den svenske glaciolog Hans Ahlmann (1889–1974) bidrog banebrydende til massebalancemålinger i nutidens forstand, der inkluderer hele gletsjeren i 1920'erne og 1930'erne. Han udførte oprindeligt disse målinger hvert år for en anden gletscher, senere blev betydningen af ​​flerårige, direkte sammenlignelige data om en gletscher anerkendt. For Storglaciar i det nordlige Sverige er massebalancedata blevet registreret i uafbrudt rækkefølge siden 1945, den længste serie i verden. Taku-gletsjeren i det sydøstlige Alaska , Storbreen i Norge og et voksende antal gletsjere i Alperne fulgte senere .

Det blev hurtigt erkendt, at det var nødvendigt i vid udstrækning at standardisere proceduren til bestemmelse af massebalancen for at kunne sammenligne og samle data fra forskellige forskere. Et tidligt forslag til dette kom fra Mark Meier i 1962 . Efter nogle diskussioner opstod der enighed herfra under ledelse af International Association of Scientific Hydrology (IASH, i dag IAHS), hvis nøglepunkter blev offentliggjort i 1969 i Journal of Glaciology . Denne publikation blev de facto-standarden med et par tilføjelser, der blev offentliggjort lidt senere. I mellemtiden har forskellige uoverensstemmelser opstået i fortolkningen af visse vilkårene i denne standard, og der var også behov for at bedre dækning massebalancen bestemmelse af isen ark, således at den internationale sammenslutning af Cryosfæriske Sciences (IFKS) offentliggjort et dokument i 2011 med det formål at fortsætte standardisering.

Grundlæggende

Gletscheroverfladens bidrag til massebalancen

I de fleste gletsjere finder de processer, der er afgørende for massebalancen, praktisk talt sted i det område af gletscheroverfladen, der er mest tilgængelig for målinger. De vigtigste er snefald , laviner , smeltning, genfrysning af vand, sublimering og resublimering samt vindforskydning . En anden vigtig faktor er tabet af masse på grund af kælvning i gletschere, der ender i vand. Mens størstedelen af ​​massetabet i dalgletschere skyldes afstrømning i kanalen, er fx Grønland kælvningen af ​​udløbsgletschere i havet ansvarlig for næsten 50% af istabet.

Især i tilfælde af polære gletsjere kan processerne inde i gletsjeren imidlertid ikke overses fuldstændigt. For eksempel, mens smeltevandet i nedbrydningsområdet i dalgletschere kan strømme næsten uhindret ud, antages det i næringsområdet for polarisfelter, at 60% af smeltevandet fryser igen. Vulkanisme eller geotermiske kilder kan føre til mærkbar ablation på gletsjergulvet , hvilket f.eks. Er tilfældet i det nordlige Grønlands indlandsis .

Budget år, sommer og vinter balance

Idealiseret sæsonbetinget cyklus af overfladebalancen på et tidspunkt på gletscheren

Perioden mellem to årlige minimaer for gletsjermassen er en af ​​definitionerne for en gletschers balance eller budgetår. For gletschere på mellembreddegrader begynder budgetåret derfor i efteråret i slutningen af ​​ablationsperioden. Gletscheroverfladen i begyndelsen af ​​et budgetår kan rekonstrueres bagefter nogle steder på det snavsede mellemlag. Et andet specielt tidspunkt er ved afslutningen af ​​akkumuleringsperioden for de fleste gletsjere om foråret, når istykkelsen er på sit maksimale. De data, der er bestemt mellem disse tidspunkter, kaldes vinter- og sommerbalance. Med denne definition, som er baseret på skiftesekvensen (Stratigraphic System) , er budgetårene ikke altid den samme længde på grund af inkonsekvente vejrforhold, hvilket forringer sammenligneligheden af ​​dataene. Også minimum og maksimum forekommer ikke på samme tid alle steder, især med store gletsjere.

En anden definition angiver derfor en fast kalenderdato for begyndelsen af ​​budgetåret og en sondring mellem vinter- og sommerbalance (fast dato-system) . For gletschere på den nordlige halvkugls midterste bredde begynder budgetåret normalt den 1. oktober, også baseret på det hydrologiske år , og den 1. marts er grænsen mellem vinter og sommer. Hvis det ikke er muligt - for eksempel på grund af vejret - faktisk at udføre målingerne på den respektive dato, forsøges at ekstrapolere dataene for den aktuelle aftale, f.eks. Ved hjælp af data fra vejrstationer i nærheden . Hvis cyklussen i det faste dato-system groft overholdes, men en sådan ekstrapolering undgås, og derfor accepteres ulige lange budgetår, kaldes dette det flydende dato-system . Hvis flere af disse tilgange kombineres for at opnå de data, der er egnede til flere definitioner, kalder man det kombinerede system . Set over længere perioder adskiller dataene fra alle systemer sig ikke væsentligt.

Det skal dog bemærkes, at på baggrund af en måling af overfladeskiftet, der finder sted to gange om året, som i det mindste er nødvendigt for at skelne mellem sommer- og vinterbalance, i ingen af ​​definitionerne faktisk kan måles den komplette akkumulering og ablation - for eksempel, da der også er snefald i sommermånederne er mulige. En sådan skelnen mellem sommer- og vinterbalance er den eneste praktiske måde at estimere indflydelsen på de forskellige klimafaktorer på. Der er gletsjere, for hvilke der ikke er en sådan sæsonbetinget cyklus, og der er ikke mulig at skelne mellem vinter- og sommerbalancer. For eksempel har gletsjere i monsunklimaer en aktiv fase, hvor både størstedelen af ​​akkumulering og ablation finder sted.

terminologi

Den specifikke massebalance er den lokale masseforandring af en gletscher i forhold til et område og kan angives i kg pr. Kvadratmeter (symbol ). ${\ displaystyle {b}}$

${\ displaystyle b \; {\ begin {pmatrix} {\ frac {kg} {m ^ {2}}} \ end {pmatrix}}}$

Svarende til nedbør , der er angivet som vanddybde i forhold til et område, gives informationen ofte i form af en ændring i istykkelse. Da massen af gletsjer ikke er ensartet, anvendes densiteten af ​​vandet ( ) normalt som en proxy, og den specifikke massebalance udtrykkes i meter vandækvivalent.${\ displaystyle \ rho _ {w}}$

${\ displaystyle b_ {we} = {\ frac {b} {\ rho _ {w}}} \; {\ begin {pmatrix} m \ end {pmatrix}}}$

For at udtrykke tidsreferencen eksplicit præsenteres dataene også i form af den specifikke massebalanceshastighed ( ). Den specifikke massebalance opnås ved at integrere massebalance over tid.${\ displaystyle {\ dot {b}}}$

${\ displaystyle b = \ int _ {t} {\ dot {b}} \ dt}$

De fleste af dataene i massebalancerne vedrører implicit perioden på et år. Især hvis vinterbalancen ( ) og sommeren ( ) bestemmes separat, kaldes den årlige saldo også nettosaldoen. ${\ displaystyle {b_ {w}}}$${\ displaystyle {b_ {s}}}$

${\ displaystyle b_ {n} = b_ {w} + b_ {s}}$

Når man bruger den glaciologiske metode, udføres beregningerne normalt omvendt på punkter med en negativ nettosaldo, dvs. nettosaldoen måles som en ændring fra det foregående år, og sommerbalancen bestemmes fra forskellen til vinterbalancen.

Den samlede massebalance ( ) er resultatet af integrationen af de specifikke massebalancer over gletscheren ( ). Ved at dividere den samlede massebalance med arealet af gletsjeren opnås den gennemsnitlige specifikke balance ( ).${\ displaystyle B_ {n}}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle {\ bar {b}} _ {n}}$

${\ displaystyle B_ {n} = \ int _ {A} b_ {n} \ dA}$

${\ displaystyle {\ bar {b}} _ {n} = {\ frac {B_ {n}} {A}}}$

Højdeafhængighed og ligevægtslinie

Skematisk gengivelse af højdeafhængigheden af ​​den specifikke massebalance

Den specifikke massebalance adskiller sig markant på forskellige punkter på gletsjeren. For de fleste gletsjere er der en klar adskillelse mellem en højere akkumuleringszone, hvor den årlige specifikke nettobalance er positiv overalt, og en dybere ablationszone, hvor den er negativ. Skillelinien, hvor massebalancen er nøjagtigt afbalanceret (det er sandt) er ligevægtslinjen ( ligevægtslinje altitute kaldet ELA). For de fleste gletsjere er ligevægtslinjen tæt på firn-linjen i slutningen af ​​sommeren. En undtagelse er polære gletschere, hvor is dannes i den nedre del af næringsområdet ved genfrysning af smeltevand, såkaldt overlejret is .${\ displaystyle b_ {n} = 0}$

En anden parameter for en gletscher afledt af massebalancen er forholdet mellem næringsarealet og det samlede areal ( Akkumuleringsarealforhold , AAR). Dette forhold er lille i varme år eller år med lidt sne. I tilfælde af dalgletsjere antages det, at de er i ligevægt med klimaet i et forhold mellem 55% og 65%. For Pasterze var forholdet i fire budgetår i perioden 2005 til 2010 mellem 45% og 49%, og der var en outlier i 2008 med kun 16%.

Den såkaldte massebalancegradient udtrykker ændringshastigheden for den specifikke massebalance i forhold til højden. En høj massebalancegradient indikerer gletschers klimafølsomhed. Massebalancegradienten i ligevægtslinjens område kaldes også aktivitetsindekset .

Men der er også gletschere, hvor nærings- og fodringsområdet ikke kan adskilles klart: i tilfælde af gletschere i Antarktis kan næringsarealet strække sig over hele gletsjeren; de mister deres masse næsten udelukkende gennem kælvning. Laviner, kystnær tåge eller skygge kan også resultere i dybere "øer" med en positiv massebalance.

Metoder

Der er flere metoder til at bestemme massebalancen for en gletscher. Den ældste og stadig grundlæggende i dag er den såkaldte direkte glaciologiske metode , hvor ændringer på gletscheroverfladen måles på stedet. Alle andre metoder kaldes "indirekte". Dette understreges dog normalt kun, hvis massebalancen for en gletscher også estimeres på baggrund af de direkte bestemte tidligere data ved hjælp af data, der er lettere at indsamle eller færre data i de følgende år. Der er også andre metoder, især den geodetiske metode , hvor gletsjeren ikke skal indtastes til måling. Imidlertid er ingen af ​​metoderne egnet til alle gletsjere og giver tilstrækkeligt nøjagtige resultater for hver gletscher. For bedre at kunne estimere nøjagtigheden af ​​resultatet anbefales det at kombinere flere metoder.

Måling af ablation ved Sperry Glacier i Glacier National Park

Direkte glaciologisk metode

I den direkte glaciologiske metode bestemmes overfladeforandringerne ved de mest repræsentative målepunkter, og den specifikke massebalance bestemmes ud fra denne. På baggrund af de data, der er opnået af dette målenetværk, estimeres de specifikke massebalancer for hele gletscherområdet ved interpolation, og den gennemsnitlige specifikke massebalance beregnes ud fra dette. Der er behov for målepunkter i både næringsstoffet og fodringsområdet.

For at måle ablationen skal stænger, også kendt som ablationsniveauet, bores dybt nok ned i isen, så de ikke falder ud i slutningen af ​​ablationsperioden - en boredybde på ti meter nær enden af ​​gletscheren er muligvis ikke nok til dette. Næste gang du besøger gletsjeren, måles højdeforandringen. Under forudsætning af en isdensitet på 900 kg pr. Kubikmeter beregnes masseændringen ud fra dette. Hvis det kan forventes, at ablationen også vil strække sig til området over den firn-grænse, skal stænger også indstilles der, og derudover skal densitetsprofilen nær stangen på forhånd bestemmes for at være på den sikre side.

Gravning af en skaft for at måle firntætheden på Taku-gletsjeren

Polakker er også indstillet til at måle ophobning. Med store mængder sne kan det være umuligt at forhindre dem i at forsvinde i sneen - der er forskellige strategier for at finde sådanne poler igen, for eksempel at fastgøre en sender eller en stærk magnet. Ved afslutningen af ​​akkumuleringsperioden skal højden af ​​den faldne sne bestemmes. I tilfælde af gletschere i mellembreddegrader er det normalt ikke svært at bestemme laget før akkumuleringsperioden begynder - det er "snavset" på grund af det støv, der opsamles i ablationsperioden, og på grund af frossent smeltevand er det hårdere end de omgivende lag. Derudover kan en markering på stangen være nyttig; i meget vanskelige tilfælde kan mørkfarvet savsmuld spredes rundt om stangen. For at bestemme densiteten af ​​den akkumulerede sne graves en skaft normalt nær stangen, og sneprofilen på skaktvæggen analyseres. En borekerne kan også fjernes for at bestemme densiteten, men der er risiko for, at sneen komprimeres, når den fjernes, hvilket kan føre til en overvurdering af densiteten.

Den nøjagtige position af stængerne bestemmes, mens overflademåling måles. Det faktum, at stængerne bevæges med isen, tages normalt ikke i betragtning. Nøjagtigheden af ​​den massebalance, der er bestemt på denne måde, kan være vanskelig at vurdere, især i tilfælde af gletschere med omfattende områder, der er svære at få adgang til, såsom sprækkerzoner . Den glaciologiske metode kræver relativt høje tidsforbrug og personale.

Indirekte metoder baseret på den glaciologiske metode

Årlig massebalance og AAR for Vernagtferner for årene 1965 til 2010. Punkterne fra de sidste tre år er fremhævet. Den koefficient på bestemmelse (R) af regressionslinjen er 0,94 i dette tilfælde, hvilket er en god tilnærmelse .

Tidligere målinger har vist, at højdeprofilen for de specifikke massebalancer for mange gletschere er meget ens over flere år og i det væsentlige kun skifter afhængigt af vejret i det respektive år. Dette gør det muligt at begrænse sig til et par målepunkter (indeksindsatser), der er så repræsentative som muligt i de efterfølgende år og stadig er i stand til at estimere massebalancen for hele gletscheren med tilstrækkelig nøjagtighed. I mange gletschere er der også en sammenhæng mellem den gennemsnitlige specifikke massebalance og højden af ​​ligevægtslinien (ELA) eller forholdet mellem næringszonens areal og det samlede areal (AAR). Den specifikke massebalance kan således omtrent beregnes på basis af en formel fra ELA eller AAR bestemt ud fra tidligere data opnået ved hjælp af den direkte glaciologiske metode. Hvad der er attraktivt ved det er, at ELA og AAR kan bestemmes på baggrund af luftfoto taget i slutningen af ​​ablationsperioden, så der ikke kræves målinger på stedet. Proceduren fungerer dog ikke, hvis snegrænsen ikke er identisk med ligevægtslinjen på grund af smeltevandets frysning igen . Du bør ikke gå glip af det sidste mulige tidspunkt for en nyttig eksponering, fordi tidligt snefald kan gøre det umuligt at bestemme ligevægtslinjen.

Geodetisk metode

I den geodetiske metode bestemmes volumenændringen ved at sammenligne gletschers højdemodel på to specifikke tidspunkter, ofte over en periode på flere år. Masseforandringen beregnes ud fra volumenændringen under antagelse af densiteten. Det skal bemærkes, at en ændring i isens tykkelse på et tidspunkt kan være forårsaget af et tab eller en gevinst i masse eller udelukkende af isens strømning. Ændringen i volumen af ​​en issøjle på et punkt på gletscheren består af et bidrag, der kan tildeles massebalancen og et andet bidrag forårsaget af isens bevægelse:

${\ displaystyle \ Delta V = \ Delta V_ {bil} + \ Delta V_ {dyn}}$

Bidraget fra gletsjerdynamikken kan overstige bidraget til ændringen i masse. Dette betyder, at f.eks. På punkter, hvor en volumenforøgelse måles, kan ablationen alligevel være større end akkumuleringen, det vil sige en negativ specifik massebalance er til stede.

Fremkomst og nedsænkning yder det væsentlige bidrag til disse lodrette bevægelser på gletscheroverfladen . Disse er normalt rettet nedad i næringsstofområdet (nedsænkning) og opad i forbrugsområdet (fremkomst). Disse bevægelser er vigtige for at sikre, at en gletscher i ligevægt med klimaet opretholder sin form ved at kompensere for stigninger og fald i volumen forårsaget af ophobning og ablation. For gletsjeren som helhed annullerer de lodrette bevægelser hinanden, så længe dens samlede tæthed ikke ændres.

Så længe disse lodrette bevægelser ikke vides nøjagtigt nok, er det ikke muligt at bestemme massebalancen for dele af gletscheren ved hjælp af den geodetiske metode, og akkumulering og ablation kan heller ikke kvantificeres separat. Grundlaget for bestemmelse af volumenændringen er præcise topografiske kort, og i de sidste par årtier anvendes også digitale højdemodeller, der er opnået fra luft- eller satellitbilleder, laserscanning og radarinterferometri . Vanskeligheder med denne metode kan skyldes manglen på kontrast, især i det snerige akkumuleringsområde. Estimeringen af ​​isens og især sneens tæthed kan være meget unøjagtig, og det kan også være nødvendigt at beregne korrektioner for dybere lag af gletscheren, der lægger sig. Den geodetiske metode er især velegnet som et supplement til den glaciologiske metode, især for at afdække systematiske fejl.

Hydrologisk metode

Fra et hydrologisk synspunkt kan den samlede massebalance for en gletscher bestemmes ved at trække tabene på grund af afstrømning og fordampning fra summen af ​​nedbøren i gletschens afvandingsområde . Endvidere spiller ændringer i vandet, der ikke er lagret i form af gletsjer, også en rolle, det være sig grundvand eller vand, der ligger i gletscheren, hvis mængde stiger kraftigt, især i begyndelsen af ​​ablationsperioden. Den faktiske måletæthed, der kræves til nedbørsmåling i bjergområder, kan næppe opnås i praksis. En tilstrækkelig nøjagtig måling af mængden af ​​vandafstrømning er også ekstremt kompleks. Derfor er massebalancebestemmelsen ved hjælp af den hydrologiske metode ikke særlig præcis - fejlprocenten er ofte i størrelsesordenen 100% - derfor bruges den normalt kun i kombination med andre metoder. I modsætning til den glaciologiske metode registreres der imidlertid også masseændringer inden i og i bunden af ​​gletsjeren.

Modelbaserede metoder

I denne tilgang anvendes numeriske modeller svarende til metoderne til vejrudsigter , som simulerer en gletschers opførsel, der er relevant for massebalancen i interaktion med vejr og klima. Modelleringsmetoderne fokuserer primært på ablation. Der anvendes relativt enkle grad-til-dag tilgange såvel som mere detaljerede energibalancemodeller, der f.eks. Også tager solstråling, albedo eller vind i betragtning. Valget af processen afhænger ikke mindst af, hvilke data der er tilgængelige. Den tidsmæssige og rumlige fordeling af nedbør kan normalt kun kortlægges groft. Sådanne modeller skal først kalibreres ved hjælp af data fra nærliggende vejrstationer og andre tidligere massebalancedata . Gletsjerbevægelser, der ikke er relateret til klimaet, såsom laviner eller bølger, er et problem.

Andre metoder

Gletsjerens strømning er også inkluderet på forskellige måder. For eksempel bestemmes isstrømningen af ​​et gletsjertværsnit (flux gate) . Dette kan være af særlig interesse i tilfælde af kælvende gletsjere eller udløbsgletschere . Disse data kombineres ofte med data opnået andetsteds. Fremgangsmåden ved at kombinere de forskellige strømningshastigheder på gletscheroverfladen med de data, der opnås ved hjælp af den geodetiske metode (fluxdivergens), går endnu længere for at være i stand til at udlede en rumlig fordeling af massebalancen, hvilket ikke er muligt med den geodetiske metode alene. Indtil videre er nøjagtigheden af ​​dataene ikke tilstrækkelige, da modellerne af gletsjerdynamikken i øjeblikket ikke er i stand til tilstrækkeligt at kortlægge lodrette isbevægelser.

Også gravimetriske metoder blev anvendt store iskolde områder, der allerede var bestemt til at bestemme massebalancerne. På nuværende tidspunkt er det kun Gravity Recovery And Climate Experiment (GRACE), der kan levere brugbare data til dette . Om denne procedure også kan anvendes til mindre skala massebalancebestemmelser er bestridt.

Mål og resultater

Formålet med at bestemme massebalancen for gletsjere har altid været at være i stand til bedre at forstå og forudsige gletschernes opførsel, især med hensyn til katastrofer forårsaget af gletschere som gletsjersøudbrud . Desuden er udviklingen af ​​en gletschers massebalance normalt en reaktion på et ændret klima, som sker med praktisk talt ingen tidsforsinkelse. Derfor er en vigtig motivation for den detaljerede bestemmelse af massebalancer bedre at forstå forholdet mellem klimaet og de deraf følgende ændringer i gletsjeren, gletsjerdynamikken . Dette giver mulighed for en grundig historisk konklusion om gletscheradfærd på den tidligere luft, på den anden side giver det især et mere præcist billede af gletschernes opførsel i klimamodeller . Det hydrologiske aspekt er også af betydning , på den ene side på regionalt niveau med hensyn til den fremtidige drikkevandsforsyning og på den anden side globalt i prognosen for den forventede stigning i havniveauet . Hvorvidt isarkene i Grønland og Antarktis eller de andre gletsjere og iskapper på jorden vil yde det større bidrag til havets stigning i første halvdel af det 21. århundrede er et spørgsmål om tvist.

Gletsjere og iskapper

Direkte målinger af massebalancen er hidtil blevet udført på omkring 300 gletsjere over hele verden og dækker omtrent perioden siden anden halvdel af det 20. århundrede. Heraf blev dataene fra omkring 250 gletsjere indsamlet af World Glacier Monitoring Service (WGMS) som et bidrag til Global Terrestrial Network for Glaciers (GTN-G) og gjort tilgængelige i et standardiseret format. For perioden mellem 1980 og 2010 blev dataene imidlertid kun samlet fuldstændigt for 37 gletsjere. Disse gletsjere, kendt som ”referencegletsjere”, repræsenterer ikke et repræsentativt udvalg af gletsjere over hele verden. Den samlede mængde af alle gletsjere med massebalancedata giver bestemt et klart forvrænget billede. De fleste af dem er i Alperne eller i Skandinavien , nogle er i Nordamerika og de høje bjerge i Centralasien. I modsætning hertil er gletscherne i det nordlige Asien og Sydamerika fuldstændig underrepræsenteret ; indlandsisen i Grønland og Antarktis skal alligevel betragtes separat. Dette udvalg af gletsjere er også ubalanceret fra andre perspektiver: på den ene side er små gletsjere overrepræsenteret, og tilgængeligheden af ​​gletsjere spiller også logisk en rolle, samt om vejret overhovedet gør målinger på stedet mulige ofte nok. Det er kontroversielt, i hvilket omfang det stadig er muligt at drage konklusioner om gletsjere verden over på baggrund af disse data. Der er enighed om, at måleserier skal startes i tidligere underrepræsenterede regioner. En anden strategi er forsøget på at udlede massebalancer fra kumulative ændringer i gletschernes længde. Dette er attraktivt, fordi ændringer i længde er meget lettere at bestemme, og der er meget mere historiske data. Mindst størrelsesorden for massebalancen kan estimeres på denne måde.

For de 37 gletschere med sømløse, direkte målrettet massebalance data mellem 1980 og 2010 var den gennemsnitlige årlige gennemsnitlige specifikke massebalance i det første årti af det 21. århundrede var -0.75 meter vand tilsvarende . Massetabet er således fordoblet siden 1970'erne. I 1980'erne havde en tredjedel af disse gletsjere stadig en positiv massebalance; i det første årti af det 21. århundrede var det kun en femtedel, hvilket tyder på, at flere og flere områder trækkes helt tilbage. I tilfælde af nogle gletsjere er det blevet observeret, at massebalancegradienten stiger. Dette skyldes øget ablation i næringsstofområdet og en modsat, noget lavere stigning i akkumulering i næringsområdet - de lidt højere temperaturer fører naturligvis til mere nedbør i højere højder. Dette gør gletscherne mere følsomme over for yderligere temperaturændringer.

Skematisk tværsnit og specifik massebalance ( ) af en typisk dalgletscher (ovenfor) og en indlandsis${\ displaystyle b}$

Grønland og Antarktis

Massebalancerne for de to isark er af stor interesse, fordi deres adfærd er afgørende for stigningen i havets overflade . Hvis de smeltede helt, ville det betyde en stigning på omkring 65 til 70 meter.

Med undtagelse af de lavtliggende områder på Grønlandsisen nær kysten er der ingen signifikante massetab på grund af smeltning i polarisen. Den specifikke massebalance er derfor formet af kontinentalitet , da nedbøren hovedsageligt er koncentreret i områderne et par hundrede kilometer fra havet. Dette betyder, at den specifikke massebalance falder med afstanden fra kysten. I Antarktis er den årlige balance på kysten typisk mellem 300 og 600 millimeter vandækvivalent, på Sydpolen er den mindre end 100 millimeter. Isarkene mister deres masse hovedsageligt gennem kælvning , i Antarktis udgør dette 90% og i Grønland 50% af massetabet. I Antarktis er subglacial smeltning i bunden af ishylderne en anden faktor.

I slutningen af ​​1990'erne var massebalancen på indlandsisen næsten ukendt. Selv i begyndelsen af ​​det 21. århundrede tillod måleusikkerheden ikke at blive fremsat en erklæring om, hvorvidt ismasserne i Grønland og Antarktis var stigende eller faldende. Tre forskellige, stort set uafhængige procedurer er i øjeblikket i brug:

• Massebalancemetode (Mass Budget Method) : Her bestemmes akkumulering og ablation på overfladen, derudover bestemmes isstrømmen på kanterne af indlandsisen. Overfladebalancen bestemmes ved hjælp af simuleringsmodeller, der er kalibreret eller verificeret ved hjælp af direkte opnåede måledata. For at bestemme afstrømningen ved kanterne måles strømningshastigheden og istykkelsen af isstrømme og udløbsgletschere ved hjælp af satellitter.
• Geodætisk metode (altimetri Method) : Ændringerne i højden af overfladen bestemmes ved hjælp af laserscanning og radar interferometri af satellitter såsom ERS I / II , Geosat eller ICESat , hvorfra ændringer i volumen og masse er afledt.
• Gravimetrisk metode (Gravity Method) : Siden april 2002 har de to satellitter i GRACE- projektet målt jordens tyngdefelt og dets ændringer over tid. For at drage konklusioner om ændringer i masse, skal forskellige andre effekter såsom tidevand tages med i beregningen.

Korrektioner på grund af postglacial landhøjde skal tages i betragtning i den gravimetriske metode og i mindre grad i den geodetiske metode. Det skal også bemærkes, at isen til stigning i havets overflade er effektiv, så snart den svømmer. Til dette formål skal linjen, hvorfra isen på ishylden eller gleturtungen begynder at svømme på havet, bestemmes, den såkaldte jordforbindelse . Med den gravimetriske metode er den flydende is alligevel ikke en del af den nuværende ismasse. Med de andre metoder skal man estimere jordlinjens forløb og også tage højde for, hvis den skifter mod kysten på grund af den tyndere is.

Alle procedurer har deres svagheder. Ved at kombinere metoderne forsøges at opnå et mere nøjagtigt resultat. En undersøgelse fra 2012 forsøgte at opsummere data fra tidligere målinger og evaluere dem i henhold til de seneste fund. Det understreges her, at lange målinger er vigtige, så midlertidige udsving ikke forringer den informative værdi af resultaterne. For perioden mellem 1992 og 2011 blev en gennemsnitlig massebalance på ca. -213 gigaton pr. År bestemt. Langt den største del blev tegnet af det grønlandske isark med omkring −142 gigatons om året, den antarktiske halvø og det vestlige Antarktis viste også en negativ massebalance, mens den for det østlige Antarktis viste en positiv tendens. 360 gigaton svarer til en stigning i havoverfladen på en millimeter, så ifølge denne undersøgelse har isdækkene forårsaget en stigning i havoverfladen på omkring 11,2 millimeter siden 1992. Det grønlandske indlandsark bliver tyndere, hovedsageligt ved dets kanter, hvilket også skyldes øgede smelteprocesser på overfladen. Den positive massebalance i det østlige Antarktis kan skyldes den øgede nedbør på grund af temperaturstigningen, men det kan også være en naturlig udsving. Dybest set kan en ændret gletsjerdynamik observeres med de to isark, strømningshastighederne i kantområderne og udløbsgletschere er steget, hvorved mere is frigives i havene.

Se også

• Gletscher tilbagetog siden 1850

litteratur

• Kurt M. Cuffey, WSB Paterson: Gletsjernes fysik. Fjerde udgave Butterworth-Heinemnn, Burlington 2010, ISBN 0-12-369461-2
• Georg Kaser , Andrew Fountain, Peter Jansson: En manual til overvågning af massebalancen mellem bjerggletschere - med særlig opmærksomhed over for karakteristika med lav bredde. Den Internationale Kommission for Sne og Is (ICSI), 2002 ( online ; PDF; 3,1 MB)
• Roger LeB. Hooke: Principper for gletsjermekanik. Anden version. Cambridge University Press, Cambridge 2005, ISBN 0-521-83609-3
• Wilfried Haeberli: Glacier Mass Balance. I: Vijay P.Singh, Pratap Singh, Umesh K. Haritashya (red.): Encyclopædi om sne, is og gletschere. Springer , Dordrecht 2011, s. 399-408, ISBN 978-90-481-2641-5
• Eric Rignot : Massebalance på isark. I: Vijay P.Singh, Pratap Singh, Umesh K. Haritashya (red.): Encyclopædi om sne, is og gletschere. Springer, Dordrecht 2011, s. 608-612, ISBN 978-90-481-2641-5
• JG Cogley et al.: Ordliste over gletsjermassebalance og relaterede udtryk. IHP-VII tekniske dokumenter i hydrologi nr. 86, IACS-bidrag nr. 2, UNESCO-IHP, Paris 2011 ( online ; PDF; 2,7 MB)
• G. Østrem, M. Brugman: Måling af massebalance på gletsjere: en manual til felt- og kontorarbejde. National Hydrological Research Institute (NHRI), Saaskaton 1991
• World Glacier Monitoring Service (WGMS): Udsving i gletschere 2005–2010 (bind X). Zürich 2012 ( online ; PDF; 4,8 MB)

Individuelle beviser

1. ↑ ^{a b c d} Wilfried Haeberli: Glacier Mass Balance. Se litteratur
2. Aser Kaser et al.: En manual til overvågning af massebalancen mellem bjerggletsjere. Side 21f; se litteratur
3. ↑ ^{a b} J. G. Cogley et al.: Ordliste over gletsjermassebalance og relaterede udtryk. S. 6, se litteratur
4. ↑ Peter Kasser: 100 år med gletsjerkommissionen, deres skabelse og historie. I: Swiss Academy of Natural Sciences: Glaciers in constant change: Jubilee symposium of the Swiss Glacier Commission. Verbier 1993, s.11 ( Google bøger )
5. ↑ Jiyang Chen, Martin Funk: Massebalance på Rhone-gletsjeren i løbet af 1882 / 83–1986 / 87. I: Journal of Glaciology. Bind 36, 1990, s. 199–209 ( online ( erindring fra 9. februar 2016 i internetarkivet ); PDF; 1,2 MB)
6. ↑ ^{en b} Roger J. Braithwaite: Efter seks årtiers overvågning gletscher massebalance vi stadig har brug for data, men det skal være rigere data. I: Annaler for glaciologi. Bind 50, 2009, s. 191–197 ( online ( Memento fra 1. marts 2014 i internetarkivet ); PDF; 235 kB)
7. ↑ ^{a b} J. G. Cogley et al.: Ordliste over gletsjermassebalance og relaterede udtryk. S. 2f, se litteratur
8. ↑ Marker. F. Meier: Foreslåede definitioner for gletsjermassebudgetter. I: Journal of Glaciology. Bind 4, 1962, s. 252-263 ( online ( minde af 18. februar 2013 i internetarkivet ); PDF; 8,4 MB)
9. ↑ Anonym: Massebalancevilkår. I: Journal of Glaciology. Bind 8, 1969, s. 3-7 ( online ( Memento fra 18. februar 2013 i Internetarkivet ); PDF; 3,7 MB)
10. ↑ Graham Cogley: Betingelser for massebalance igen. I: Journal of Glaciology. Bind 46, 2010, s. 997–1001 ( online ; PDF; 81 kB)
11. ↑ ^{a b} J. G. Cogley et al.: Ordliste over gletsjermassebalance og relaterede udtryk. Se litteratur
12. ↑ ^{a b c d e f} Cuffey, Paterson: Gletsjernes fysik. Fjerde udgave. Pp. 96-109, se litteratur
13. ^ ^{A b} Hooke: Principper for gletsjermekanik. Pp. 17-41, se litteratur
14. ^ Cuffey, Paterson: Gletsjernes fysik. Fjerde udgave s. 116–121, se litteratur
15. ↑ JG Cogley et al.: Ordliste over gletsjermassebalance og relaterede udtryk. S. 10, se litteratur
16. ^ Cuffey, Paterson: Gletsjernes fysik. Fjerde udgave s. 91–96, se litteratur
17. ↑ ^{a b} Kaser et al.: En manual til overvågning af massebalancen mellem bjerggletsjere. Pp. 9-14, se litteratur
18. ↑ JG Cogley et al.: Ordliste over gletsjermassebalance og relaterede udtryk. S. 86f, se litteratur
19. ↑ Jostein Bakke, Atle Nesja: Equilibrium Line altitute. I: Vijay P.Singh, Pratap Singh, Umesh K. Haritashya (red.): Encyclopædi om sne, is og gletschere. Springer, Dordrecht 2011, ISBN 978-90-481-2641-5 , s. 268-277
20. ^ World Glacier Monitoring Service (WGMS): Udsving i gletschere 2005-2010 (bind X). S. 182, se litteratur
21. ↑ ^{a b c d e f g} Cuffey, Paterson: Gletsjernes fysik. Fjerde udgave s. 127-131, se litteratur
22. Aser Kaser et al.: En manual til overvågning af massebalancen mellem bjerggletsjere. Pp. 34-39, se litteratur
23. ↑ Østrem, Brugman: Måling af massebalance på gletsjere: en manual til felt- og kontorarbejde. S. 34 ff., Se litteratur
24. Aser Kaser et al.: En manual til overvågning af massebalancen mellem bjerggletschere. S. 42 ff., Se litteratur
25. ↑ World Glacier Monitoring Service (WGMS): Glacier Mass Balance Bulletin No. 11 (2008-2009). Zurich 2011, s. 14 ( online ( mindet om 2. november 2012 i internetarkivet ); PDF; 9,6 MB)
26. ↑ ^{a b c d e f g} Kaser et al.: En manual til overvågning af massebalancen mellem bjerggletsjere. Pp. 21-26, se litteratur
27. ^ A. Fischer: Sammenligning af direkte og geodetiske massebalancer på en flerårig tidsskala. I: Kryosfæren . , Bind 5, 2011, s. 107-124 ( online ; PDF; 3,3 MB)
28. ^ Hooke: Principper for gletsjermekanik. S. 91f, se litteratur
29. ↑ Kathrin Marowsky: Valideringen af glacier model overspænding i eksemplet med Vernagtferner og nordlige og sydlige Schneeferner. Diplomafhandling, München 2010 ( online ; PDF; 14,8 MB)
30. ↑ Stefan Reisenhofer: Modellering af en gletschers masse- og energibalance ved hjælp af eksemplet fra Pasterze. Diplomafhandling, Wien Universitet, Wien 2009 ( online ; PDF; 3,1 MB)
31. Aser Kaser et al.: En manual til overvågning af massebalancen mellem bjerggletschere. Pp. 15-20, se litteratur
32. ↑ Østrem, Brugman: Måling af massebalance på gletsjere: en manual til felt- og kontorarbejde. S. 1 ff., Se litteratur
33. ↑ Marker. F. Meier et al.: Gletsjere dominerer stigning i eustatisk havniveau i det 21. århundrede. I: Videnskab. Bind 317, 2007, s. 1064-1067 ( online ; PDF; 171 kB)
34. ↑ ^{a b} Eric Rignot et al.: Acceleration af bidraget fra de grønlandske og antarktiske isark til havets stigning. I: Geofysiske forskningsbreve. Bind 38, 2011, s. L05503 - L05508 ( online ( Memento fra 20. oktober 2013 i internetarkivet ))
35. ↑ World Glacier Monitoring Service (WGMS): Glacier Mass Balance Bulletin No. 11 (2008-2009). Zürich 2011, s. 85 ( online ( mindet om 2. november 2012 i internetarkivet ); PDF; 9,6 MB)
36. ↑ M. Zemp, M. Hoelzle, W. Haeberli: Seks årtiers observationer af massebalance på gletsjere: en gennemgang af det verdensomspændende overvågningsnetværk. I: Annaler for glaciologi. Bind 50, 2009, s. 101–111 ( online ( Memento fra 2. maj 2013 i internetarkivet ); PDF; 330 kB)
37. ↑ M. Hoelzle et al.: Sekulære gletsjermassebalancer afledt af kumulative glacierlængdesændringer . I: Global og planetarisk forandring. Bind 36, 2003, s. 295–306 ( online ( Memento fra 4. marts 2016 i internetarkivet ); PDF; 577 kB)
38. ^ World Glacier Monitoring Service (WGMS): Udsving i gletschere 2005-2010 (bind X). Side 71, se litteratur
39. ↑ Mark B. Dyurgerov, Mark F. Meier: Glaciers and the Changing Earth System: A 2004 Snapshot. Institute of Arctic and Alpine Research, University of Colorado, Bolder 2005, ISSN  0069-6145 , s. 7, 22 ff. ( Online ; PDF; 2,5 MB)
40. ↑ ^{a b c} Eric Rignot : Ice Balance Mass Balance. Se litteratur
41. ^ Cuffey, Paterson: Gletsjernes fysik. Fjerde udgave s. 575-578, se litteratur
42. ↑ ^{a b c d} Andrew Shepherd et al.: A Reconciled Estimate of Ice-Sheet Mass Balance. I: Videnskab. Bind 338, 2012, s. 1183–1189 ( online ; PDF; 786 kB)

Weblinks

• Schweizisk gletsjermålingsnetværk
• Massebalancedata for østrigske gletschere

Denne artikel blev tilføjet til listen over fremragende artikler den 19. maj 2013 i denne version .