Woda na Ziemi występuje nie tylko w stanie ciekłym i gazowym, ale także jako zamarznięte ciało stałe – w postaci lodowców i lądolodów. Są one największym magazynem słodkiej wody na Ziemi.

Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)


Hydrosfera

V Lodowce i lądolody

Lodowce i lądolody zajmują około 11% powierzchni lądów i występują na wszystkich kontynentach oprócz Australii (ale są w Oceanii). Lądolodem nazywamy wielki (liczony w tysiącach kilometrów kwadratowych) obszar lodu o dużej grubości (mierzonej nawet w kilometrach), występujący na lądach. Lodowcem górskim z kolei, nazywamy lokalny, znacznie mniejszy obszar lodu występującego w górach, który jest też znacznie cieńszy niż lądolód. Istnieje jeszcze lodowiec szelfowy, czyli graniczna część lądolodu, będąca jego przedłużeniem na obszarze mórz i oceanów, przylegających do objętego lądolodem kontynentu. Lodowiec szelfowy nie dotyka dna oceanu, a jedynie unosi się na jego powierzchni. Graniczna część lodowca szelfowego nazywana jest barierą lodową (ma charakter klifu – pionowej lodowej ściany), od niej z kolei odrywają się góry lodowe.  Gdy małe kry lodowe dryfują po morzach w bliskim sąsiedztwie lodowca szelfowego nazywamy je pakiem lodowym. Zamarznięcie oceanów i mórz w obszarach okołobiegunowych nazywamy z kolei zlodzeniem, które ma najczęściej charakter sezonowy.

1. Występowanie lodowców i lądolodów

Do głównych obszarów współczesnego występowania lądolodów i lodowców należą:

Lądolody i lodowce szelfowe:

  • Lądolód Antarktydy
  • Lądolód Grenlandii

Lodowce górskie:

  • W Azji: Byrranga, Czerskiego, Wierchojańskie, Koriackie, Stanowe, Himalaje, Karakorum, Hindukusz, Pamir, Tienszan, Knlun, Ałtaj, Kaukaz
  • W Afryce: Kilimandżaro, Kenia i Ruwenzori
  • W Ameryce Północnej: Góry Wrangla, Góry Św. Eliasza, Chugach Mountains (Alaska), lokalne lodowce górskie na Grenlandii i w Archipelagu Arktycznym
  • W Ameryce Południowej: Andy (w tym olbrzymi Lądolód Patagoński)
  • W Oceanii: Alpy Południowej w Nowej Zelandii
  • W Europie: Alpy, Pireneje, Góry Skandynawskie, Islandia, Svalbard

Mapa występowania lądolodów (niebieski) i lodowców górskich oraz szelfowych (pozostałe kolory)

Źródło: https://www.researchgate.net/profile/Wilfried_Haeberli/publication/281216417/figure/fig4/AS:284626623975427@1444871683479/Global-distribution-of-inventoried-glaciers-The-global-distribution-of-surface-land_W640.jpg

2. Powstawanie lodowców

Obszary występowania lodowców obejmują wszystkie strefy klimatyczne. W naturalny sposób powstawanie lodowców i lądolodów jest możliwe w klimacie polarnym, gdzie ujemne temperatury panują przez cały rok. Jednak także w pozostałych strefach, dzięki zależności spadku temperatury wraz z wysokością, możliwe jest występowanie lodowców górskich. Oprócz niskiej temperatury powietrza, do powstania lodowców przyczyniają się także wysokie opady oraz ukształtowanie terenu (konieczna obecność zagłębienia terenu), umożliwiające koncentrację śniegu.

Wysokość, na której dochodzi do trwałego nagromadzenia lodu (lub śniegu, który potem przechodzi w lód) nazywamy granicą wiecznego śniegu. Powyżej tej wysokości więcej śniegu przybywa niż ubywa, możliwe jest więc ukształtowanie się stabilnego lodowca.

Granica wiecznego śniegu na różnych szerokościach geograficznych

Źródło: https://pl-static.z-dn.net/files/deb/e63e462962feab16f391470e9f7424b3.jpg

Granica wiecznego śniegu przebiega najwyżej w najcieplejszych miejscach Ziemi, a więc na obszarze międzyzwrotnikowym. Co ciekawe, zdecydowanie najwyżej jest ona w okolicach samych zwrotników, ponieważ ze względu na globalną cyrkulację atmosfery (bezchmurna pogoda w strefie zwrotnikowej, duże opady deszczu w strefie równikowej), są to statystycznie obszary najcieplejsze na Ziemi (a nie jak mogłoby się wydawać okolice równika). Wraz z oddalaniem się ku północy i południu od zwrotników ku biegunom, wysokość granicy wiecznego śniegu znacznie spada. W strefach okołobiegunowych jest ona równa poziomowi morza, co oznacza, że góry nie są w ogóle potrzebne do powstawania lodowców i tworzą się one bezpośrednio na powierzchni lądu (jako lądolody).

Lodowiec tworzy się w zagłębieniu terenu (najczęściej kotlina górska), do którego śnieg dostarczany jest przez opady atmosferyczne, ale też przez wiatr i lawiny górskie. Miejsce akumulacji śniegu w zagłębieniu nazywane jest polem firnowym. W ciągu słonecznych dni, śnieg może ulegać niewielkiemu topnieniu, a nocami ponownie zamarza. W ten sposób puszty biały puch znacząco zwiększa swoją gęstość, dodatkowo sprzyja temu grawitacja oddziałująca na duże masy zgromadzonego śniegu. Śnieg powoli przeistacza się w firn, czyli drobne ziarenka lodu. Proces rozmarzani i zamarzania trwa dalej, a kolejne warstwy śniegu zwiększają dodatkowo nacisk na już uformowany firn, dostarczając mu też świeżej roztopionej wody, która zamarzając spaja utworzony wcześniej firn. W wyniku rekrystalizacji i usunięcia powietrza znajdującego się w firnie, powstaje lód firnowy. W powierzchniowej warstwie pola firnowego nadal trwa dostawa świeżego śniegu, który jeszcze bardziej zwiększa nacisk na warstwy pod nim zalegające. Ostatnie pęcherzyki powietrza zostają usunięte z lodu firnowego, przez co nabiera on koloru niebieskiego (brak powietrza rozpraszającego światło i nadający lodowi biały kolor), a rozmiar i gęstość ziaren krystalicznych zwiększa się. Powstaje niebieski lód lodowcowy, cechujący się dużą plastycznością i podatnością na oddziaływanie grawitacji.

Struktura warstw tworzących lód lodowcowy

Źródło: Opracowanie własne.

Statystycznie śnieg zawiera w sobie 90% powietrza i ma gęstość 200-400 kg/m3. Dla porównania niebieskie lód lodowcowy zawiera tylko 15% powietrza, a jego gęstość to 800-900 kg/m3.

3. Ruch lodowców i lądolodów

Klasyczny lodowiec górski zbudowany jest z pola firnowego (centrum lodowca) oraz jęzora lodowcowego, czyli fragmentu przemieszczającego się z pola firnowego w dół góry. Przyczyną ruchu jest grawitacja oraz nacisk dostarczanych warstw śniegu.

Schemat prostego lodowca górskiego

Źródło: Edycja własna na podstawie: http://www.motywy.website.pl/geografia/images/299.gif

Ruch lodowców i lądolodów dzieli się na etapy:

  • Transgresja – etap ekspansji lodowca. Jęzor lodowca górskiego schodzi coraz niżej w dół góry, a lądolód powiększa swój rozmiar we wszystkich kierunkach.
  • Stagnacja – etap postoju lodowca. Lodowiec górski i lądolód zatrzymują się na osiągniętych pozycjach i nie poruszają w żadnym kierunku.
  • Regresja – etap cofania się lodowca. Jęzor lodowca topi się i cofa ku górze, a lądolód topi się i zanika.

W czasie transgresji lądolód i lodowiec rzeźbią teren, tworząc charakterystyczny krajobraz polodowcowy, zwany też młodoglacjalnym.

4. Typy lodowców i lądolodów

Źródło: Opracowanie własne; grafiki:
https://opentextbc.ca/physicalgeologyearle/wp-content/uploads/sites/145/2016/03/antarctic-greenland-2.png
Google Earth

Źródło: Opracowanie własne; grafiki:
http://naukaoklimacie.pl/cdn/upload/55058b64df658_pine-glacier-schemat.png
https://ziemianarozdrozu.pl/i/upload/zmiany-klimatu-zjawiska/krawedz-lodowca-szelfowego.jpg

Źródło: Opracowanie własne; grafiki:
https://glacjoblogia.files.wordpress.com/2014/01/glacier592242.png?w=300&h=250
https://images.mncdn.pl/images2/svartisen_luftbild.jpg

Źródło: Opracowanie własne; grafiki:
https://glacjoblogia.files.wordpress.com/2014/01/glacier143196022.png?w=120&h=150
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f9/Posets_et_glacier_de_Paoules.jpg/800px-Posets_et_glacier_de_Paoules.jpg

Źródło: Opracowanie własne; grafiki:
https://glacjoblogia.files.wordpress.com/2014/01/glacier978387422.png?w=300&h=200
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a1/Grosser_Aletschgletscher_3196.JPG/800px-Grosser_Aletschgletscher_3196.JPG

Źródło: Opracowanie własne; grafiki:
https://glacjoblogia.files.wordpress.com/2014/01/glacier52292.png?w=300&h=166
https://www.flickr.com/photos/krayker/2269225248

Źródło: Opracowanie własne; grafiki:
https://glacjoblogia.files.wordpress.com/2014/01/glacier59222.png?w=300&h=130
http://eol.jsc.nasa.gov/debrief/STS066/rep4.html

5. Inne obiekty lodowe

Omawiając lodowce warto wspomnieć jeszcze o pewnych szczególnych formach. Jak wspomniano wcześniej, krawędzią lodowca szelfowego jest bariera lodowa. Ta najczęściej strona pionowa ściana lodu mimo swojej olbrzymiej masy unosi się na wodzie morskiej.

Bariera lodowa na Antarktydzie

Źródło: https://static.scientificamerican.com/sciam/cache/file/5BA4283D-272D-41A5-AACC51C967882275_source.jpg?w=590&h=800&0179AC7B-F2C7-44B6-93152DF90179BE71

Pak lodowy występuje najczęściej na przedpolu lodowca szelfowego, ale często pojawia się także samodzielnie. Szczególnym przypadkiem jest Wielki Pak Polarny w Arktyce. Ten dryfujący lód zmienia swoją powierzchnię od 5 mln km2 latem do 14 mln km2 zimą.

Pak lodowy w Arktyce

Źródło: https://www.arcus.org/files/resize/article/images/wta18_3_arcnatsci_inmotion_figure1-600×400.jpg

Czasami fragmenty lodu płyną po morzach daleko poza granice obszarów polarnych. Takie pojedyncze obiekty nazywamy górami lodowymi. Większość góry znajduje się pod wodą i jest niewidoczna. Jeden z takich obiektów doprowadził w 1912 r. do katastrofy potężnego statu – Titanica.

Góra lodowa

Źródło: https://dziendobry.tvn.pl/media/cache/content_cover/xgettyimages-541708916-jpg.jpg.pagespeed.ic.SWx3SdcKwx.jpg

Jednym z najbardziej intrygujących lodowców górskich na Ziemi jest z kolei Lądolód Patagoński. Położony w górach Chile i Argentyny lód, nie jest jak nazwa mogłaby wskazywać lądolodem, lecz pozostałością dawnego lądolodu z okresu plejstocenu, który obecnie spełnia kryteria zespołu dużych lodowców górskich.

Lądolód Patagoński widziany z kosmosu

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a1/Southern_Patagonia_Ice_Field_from_ISS.jpg

Utworzony w Argentynie Park Narodowy Los Glaciares, gdzie można obserwować cielenie się lodowca (obrywanie brzeżnej części), jest jedną z największych atrakcji turystycznych tego kraju.

Lodowiec Perito Moreno w Parku Narodowym Los Glaciares

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5c/Perito_Moreno_Glacier_Patagonia_Argentina_Luca_Galuzzi_2005.JPG/1920px-Perito_Moreno_Glacier_Patagonia_Argentina_Luca_Galuzzi_2005.JPG

Oprócz lodu powierzchniowego, w niektórych miejscach na Ziemi występuje także zlodowacenie podziemne, zwane wieczną (wieloletnią) zmarzliną. W warunkach chłodnego klimatu tundry, zwłaszcza w północnej Azji, Ameryce Północnej i Europie, grunt jest stale lub tymczasowo przemarznięty na pewnej głębokości.

Przykład odsłoniętej wiecznej zmarzliny pod powierzchnią ziemi

Źródło: https://s.redefine.pl/file/o2/redefine/cp/ge/gec3jbh85hs64jierznptc5d1ct14ugj.jpg

Wieczna zmarzlina może być:

  • Ciągła – gdy cały teren jest przemarznięty
  • Nieciągła – teren zawiera pojedyncze niezamarznięte płaty gruntu
  • Sporadyczna – Na niezamarzniętym terenie pojawiają się podziemne płaty lodu

Schemat wiecznej zmarzliny

Źródło: Opracowanie własne – Krzysztof Grabias.

Grancie między rodzajami marzłości zależy od średniej temperatury obszaru, ale kryteria termiczne różnią się w zależności od źródła informacji.

Zasięg występowania wiecznej zmarzliny na świecie

Źródło: https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTlc29ZVGl0ptuLECCw8ZYJg8Wt7BYnmcZTOjL1-V7uYguXaO0LvA

6. Zanik pokrywy lodowej na świecie

Lodowce i lądolody zmieniały wielokrotnie swój zasięg w historii Ziemi. W przeszłości mieliśmy co najmniej kilkukrotnie do czynienia ze zlodowaceniami, czyli okresem trwającym nawet tysiące lat, kiedy wielkie lądolody obejmowały znaczne obszary Ziemi, także terytorium Polski. Ostatni raz takie wydarzenie miało miejsce w Plejstocenie (tzw. lądolód plejstoceński), czyli w okresie geologicznym bezpośrednio poprzedzającym okres obecny (holocen). W Plejstocenie wielokrotnie naprzemian następowały glacjały czyli okresy ochłodzenia i transgresji lądolodów oraz interglacjały czyli okresy ocieplenia i cofania się lądolodów. Ostatni glacjał miał miejsce około 113 000 – 10 000 lat p.n.e. Równocześnie do transgresji lądolodów dokonywała się także transgresja lodowców górskich, gdyż obniżenie średniej globalnej temperatury powietrza powodowało także obniżenie wysokości granicy wiecznego śniegu.

Maksymalny zasięg lądolodu plejstoceńskiego na półkuli północnej

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/42/Northern_icesheet_hg.png/1280px-Northern_icesheet_hg.png

Od około 10 000 r.p.n.e. nastąpił okres gwałtownego ocieplenia klimatu, w którym aktualnie żyjemy. W tym czasie gatunek człowieka dokonał ekspansji na niespotykaną wcześniej w historii Ziemi skalę, zwiększając swoją liczebność do 7 miliardów w 2011 r. z początkowej wartości około 5 milionów w 10 000 r.p.n.e. W 2024 r. liczba ludności ma już przekroczyć 8 miliardów. W tym okresie temperatura na Ziemi była dosyć stabilna, ale występowały naturalne okresy ocieplenia (tzw. średniowieczne optimum klimatyczne około 800-1300 r.n.e.) i ochłodzenia (mała epoka lodowa – 1570-1900 r.n.e. ze szczytem około 1650 r.n.e.), które cechowały się odchyleniem od średniej globalnej temperatury o około 1°C. Był to jeszcze czas, kiedy człowiek w niewielkim stopniu wpływał na Ziemie, a zmiany wynikały głównie z aktywności wulkanicznej i aktywności Słońca.

Wraz z rozwojem liczby ludności, coraz większe obszary Ziemi były przez człowieka przekształcane. Kluczowym momentem była zapoczątkowana w XVIII wieku rewolucja przemysłowa. Za początek jej ogromnego wpływu na kulę Ziemską przyjmuje się datę nieco późniejszą – 1850 rok. Wykorzystanie na masową skalę surowców kopalnych, których spalanie doprowadziło do gigantycznej emisji dwutlenku węgla, doprowadziło do częściowej zmiany składu gazowego atmosfery i tym samym zmniejszenia jej przepuszczalności dla promieniowania długofalowego Ziemi. W ten sposób wzmocnił się efekt cieplarniany, a temperatura Ziemi wzrosła – w chwili obecnej do około 15°C z poziomu 14°C przyjmowanej za punkt odniesienia w 1850 r.

Odchylenie globalnej temperatury od średniej w latach 1850-2020

Źródło: http://berkeleyearth.org/wp-content/uploads/2019/01/GlobalAverage_2018-1024×582.png

Wzrost średniej globalnej temperatury zwany globalnym ociepleniem niesie za sobą wiele poważnych zagrożeń. Jednym z nich jest znaczne zmniejszanie obszarów lodowców i lądolodów. Proces zanikania lodu i śniegu nazywamy ablacją lub tajaniem. Może być on spowodowany topnieniem lub parowaniem (sublimacja), rzadziej mechaniczną erozją.

Liczne dane pomiarowe, dokumentacja fotograficzna, dane satelitarne i badania terenowe dowodzą, że istotnie lodowce topią się bardzo szybko. Zdecydowanie najgorsza jest sytuacja lodowców górskich i Arktyki, ponieważ globalne ocieplenie znacznie silniej odczuwane jest na półkuli północnej. Antarktyda cechuje się dość dużą stabilnością i ubytek jej masy lodowej jest na szczęście znacznie mniejszy.

Minimalna powierzchnia zlodzenia Oceanu Arktycznego w wybranych okresach czasu

Źródło: https://www.carbonbrief.org/wp-content/uploads/2016/08/Fig2_ExtremeSeptMins.jpg

Topnieje nie tylko pak lodowy Arktyki, ale także pokrywa lądolodu Grenlandii, czy lodowce Archipelagu Arktycznego i Alaski.

Lodowiec na Alasce, którego jęzor znacznie się cofnął

Źródło: https://climate.nasa.gov/system/resources/detail_files/4_c365-6-l.jpg

Topnienie lodowców, tak jak wszystkie skutki zmian klimatycznych, niesie ze sobą zarówno pewne szanse jak i olbrzymie zagrożenia.

Szanse:

  • Ułatwienie dostępu do złóż surowców (zwłaszcza ropy naftowej) do tej pory znajdujących się pod powierzchnią lądolodu Grenlandii lub zamarzniętego Oceanu Arktycznego
  • Otworzenie się przejścia północno-zachodniego i północno-wschodniego czyli alternatywnych dróg morskich z Europy i Ameryki Północnej do Azji wschodniej, znacznie krótszych niż obecnie wykorzystywane trasy przez Kanał Sueski i Kanał Panamski.
  • Uwolnienie od lodu i wiecznej zmarzliny obszarów potencjalnie zdatnych do zamieszkania i gospodarczego (w tym zwłaszcza rolniczego) wykorzystania (Islandia, Grenlandia, Svalbard, północna Kanada i Alaska, północna Azja).

Nowe drogi morskie wydają się największą zaletą topnienia lodu na półkuli północnej

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bc/Map_of_the_Arctic_region_showing_the_Northeast_Passage%2C_the_Northern_Sea_Route_and_Northwest_Passage%2C_and_bathymetry.png


Zagrożenia:

  • Największe zagrożenie to wzrost globalnego poziomu morza. Całkowite roztopienie lądolodu Grenlandii i okolicznych wysp, mogłoby podnieść poziom oceanu światowego nawet o 7 metrów. Olbrzymie obszary Ziemi, w tym te najgęściej zaludnione i główne obszary rolnicze świata, mogłyby znaleźć się pod wodą (także północna Polska). Roztopienie także innych obszarów polarnych, zwłaszcza Antarktydy doprowadziłoby do globalnej zagłady.
  • Zalanie Oceanu Atlantyckiego olbrzymią masą zimnej wody z lądolodu Grenlandii mogłoby doprowadzić do istotnych dalszych zmian klimatycznych związanych ze zmianą cyrkulacji prądów morskich (zwłaszcza Prądu Północnoatlantyckiego), a w konsekwencji mógłby się paradoksalnie przyczynić do globalnej epoki lodowej.
  • Zniszczenie naturalnego środowiska życia fauny i flory obszarów polarnych z dużym prawdopodobieństwem oznaczałoby ich zagładę.
  • Zanik niektórych lodowców górskich, zwłaszcza w Azji, gdzie są one źródłami kluczowych dla regionu rzek, mógłby znacząco (negatywnie) wpłynąć na rolnictwo i osadnictwo na tym obszarze.
  • Zniszczenie naturalnych warunków życia Innuitów – rdzennych mieszkańców Arktyki i tym samym zniszczenie ich dziedzictwa kulturowego.

“Podwodny” świat to najbardziej katastrofalny skutek możliwego roztopienia lodowców i lądolodów.

Źródło: https://i.dailymail.co.uk/i/pix/2013/11/06/article-2488452-193799BC00000578-659_964x694.jpg