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5.5: Das Budget der Gletscher - Geowissenschaften


Wirtschaft vs. RegimeRegime

Zunächst einmal der Begriff Akkumulation gilt für alle wege Gletschereismasse wird einem Gletscher hinzugefügt, und der Begriff Abtragung gilt für alle wege Gletschereis wird von einem Gletscher entfernt.

Der Begriff Wirtschaft bezieht sich auf das relative Ausmaß von Akkumulation und Ablation. Ein Gletscher mit einer Ansammlung von mehr als einer Ablation über einen bestimmten Zeitraum (viel länger als nur ein Jahr) hat a positive Konjunktur, und nimmt mit der Zeit an Eisvolumen zu. Ein Gletscher mit einer geringeren Akkumulation als Ablation hat a negative Wirtschaftund verliert mit der Zeit an Eisvolumen. Ein Gletscher mit positiver Wirtschaft verdickt sich nicht nur, sondern verlängert auch seinen Endpunkt in gletscherabwärts Richtung. Ein Gletscher mit negativer Wirtschaft wird dünner und die Endstation zieht sich gletscheraufwärts zurück.

Der Begriff Regime bezieht sich auf die absoluten Werte oder Größenordnungen von Akkumulation und Ablation, unabhängig von ihrem Gleichgewicht. Ein Gletscher mit großen Akkumulations- und Ablationswerten hat einen aktive Kur, während ein Gletscher mit kleinen Werten für Akkumulation und Ablation einen inaktives Regime. Es gibt also vier verschiedene Kombinationen von Ökonomie und Kur.

Gletscherbuchhaltung

Eis sammelt sich auf einem Gletscher durch eine Vielzahl von Prozessen an: Schnee (plus Graupel und andere feste Niederschläge), Regen, der auf oder in Gletscher einfriert, Raureif, Frost und Lawinen. Schnee ist mit Abstand die wichtigste davon.

Ablationsarten sind Schmelzen (plus Abfluss und Verdunstung), Sublimation, Deflation durch Wind und Kalben. Die wichtigsten sind schmelzen und für Gletscher, die im Wasser enden, kalben.

Besetzen Sie einen Beobachtungspunkt, der relativ zum Grundgestein oder zu den Wänden des Gletschers fixiert ist, und betrachten Sie jeden Punkt auf der Oberfläche des Gletschers.
Betrachten Sie die vertikale Dicke des Wassers (d. h. die Höhe, die festem Eis entspricht), die an einem Punkt hinzugefügt oder verloren wurde.

Ein wichtiger Begriff in der Gletscherbuchhaltung ist der Bilanzjahr: die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Daten mit minimaler Gletschereismasse an einem bestimmten Ort auf dem Gletscher. Hinweis: Bilanzjahre sind nicht unbedingt 365 Tage, da der Zeitpunkt der minimalen Eismasse während des Bilanzjahres wetterabhängig ist und das Bilanzjahr von Punkt zu Punkt auf dem Gletscher unterschiedlich sein kann.

Stellen Sie sich vor, Sie zeichnen einen Graphen, der die vertikale Eis-Äquivalent-Höhe addiert oder subtrahiert als Funktion der Zeit für ein ganzes Bilanzjahr zeigt (Abbildung 5-1). (Ist das Konzept der „vertikalen eisäquivalenten Höhe“ für Sie sinnvoll? Sie müssen Akkumulation und Ablation in Eisdicke umrechnen.)

Teilen Sie nun den Graphen in Abbildung 1 in positive und negative Teile auf (d. h. monoton nicht ansteigend und monoton nicht abnehmend) und integrieren Sie dann die beiden Teile separat (dh verfolgen Sie eine „laufende Summe“), um ein zu erhalten Akkumulationskurve und ein Ablationskurve (Abbildung 5-2). Der Unterschied zwischen der Akkumulationskurve und der Ablationskurve wird als bezeichnet Massenbilanzkurve. Diese Kurve ist sozusagen die Nettoveränderung im Laufe der Zeit durch das Bilanzjahr. Machen Sie sich keine Sorgen, dass es meistens über der horizontalen Achse liegt. Das liegt nur daran, dass wir uns entschieden haben, mit Mindesthöhenzeiten als Start- und Endpunkt des Bilanzjahres zu arbeiten. Der Höhenunterschied der Massenbilanzkurve und der horizontalen Achse am Ende des Bilanzjahres beträgt is Nettosaldo über das Bilanzjahr, positiv an diesem besonderen Ort und in diesem besonderen Jahr.

HINTERGRUND: INTEGRATION UND INTEGRALE

Dies ist nicht der richtige Ort für eine vollständige Infinitesimalstunde, aber für diejenigen unter Ihnen, die die Schönheiten der Differential- und Integralrechnung noch nicht kennengelernt haben, ist hier das Konzept der Integration und der Integrale.

Zunächst ein paar Worte zu mathematischen Funktionen. Sie können sich eine Funktion als magisches Kästchen vorstellen: Sie geben eine Zahl in das Kästchen ein, und es wird ein Wert ausgegeben, der dieser Zahl zugeordnet ist. Sie sind wahrscheinlich eher daran gewöhnt, sich eine Funktion streng mathematisch vorzustellen, in Form einer Gleichung wie ja = x2: Geben Sie einen Wert für ein x, und die Funktion gibt Ihnen den Wert von ja.

In der Mathematik beinhaltet der Integrationsprozess eine Summation der Werte einer Funktion, da der Wert der Funktion über ihren Bereich variiert. Wenn die Funktion nur über einen Bereich von diskreten Werten der Eingangsvariablen definiert ist (1, 2, 3, ... , sagen wir), dann ist die Summation einfach und unkompliziert. Das haben Sie alle getan. Wie wäre es aber, wenn die Funktion über alle Werte der Eingangsgröße kontinuierlich variiert, wie zum Beispiel die Funktion ja = x2 über? Hier ist ein großer konzeptioneller Sprung dabei. Der mathematische Vorgang, bei dem der Wert der Funktion kontinuierlich summiert wird, heißt Integration, und der Wert der so erhaltenen Summe heißt an Integral-.

Offensichtlich ist dies nicht der Ort, um das Konzept mit mathematischer Strenge zu entwickeln oder vorzuschreiben, wie man die Integration tatsächlich durchführt. Hier ist ein einfaches Beispiel, um die Ergebnisse zu zeigen. Abbildung 5-3 zeigt die Ergebnisse der Integration der Funktion ja=x2 von x=0 bis x=2. Die Kurve in Abbildung 5-3 ist die der Funktion ja=x2, und der schattierte Bereich unter der Kurve zwischen x = 0 und x = 2 stellt den Wert des Integrals dar, der genau 2/3 beträgt. Ihr gesunder Menschenverstand sagt Ihnen, dass es etwas kleiner als 1 sein muss, was es wäre, wenn die Funktion die Gerade wäre were ja = x/2.

Wenn Sie jemand herausfordert, ein solches Integral zu finden, ohne wirklich zu wissen, wie man es mathematisch macht, könnte Ihr kluger Verstand auf die Strategie der Aufteilung der x Achse in viele kleine Segmente und Zeichnen von Rechtecken mit dem Wert ja an ihren Spitzen, dann berechnen Sie die Flächen aller kleinen Rechtecke und addieren Sie alle diese Flächen (Abbildung 5-4). Das wäre eine gute Annäherung an das gesuchte Integral. Wenn Sie in solchen Dingen noch schärfer sind, können Sie sich vorstellen, die Rechtecke ohne Einschränkung immer dünner zu machen. An diesem Punkt wären Sie dem mathematischen Konzept der Integration sehr nahe!

Die Kurven in den Abbildungen 5-1 und 5-2 unterscheiden sich punktuell von Jahr zu Jahr. Außerdem unterscheiden sie sich offensichtlich von Punkt zu Punkt stark: an Punkten hoch auf dem Gletscher gibt es einen stark positiven Nettosaldo, vielleicht ohne Ablation das ganze Jahr, während er tief am Gletscher wahrscheinlich einen stark negativen Saldo mit wenig Akkumulation hat ( vermutlich gibt es immer welche), aber viel Ablation.

Abbildung 5-5 ist ein Diagramm der eisäquivalenten Höhe, die durch Akkumulation gewonnen und durch Ablation verloren wird, als Funktion der Höhe auf einem gegebenen Gletscher. Im rechten Teil der Grafik, hoch auf dem Gletscher, ist die Akkumulation größer als die Ablation, während im linken Teil der Grafik, tief auf dem Gletscher, die Ablation größer ist als die Akkumulation. Auf einer bestimmten Höhe schneiden sich die beiden Kurven; diese Erhebung heißt die Gleichgewichtslinie. Auf dem Gletscher ist noch etwas vom festen Wasser des letzten Jahres (Firn- und Gletschereis) übrig, wenn zu Beginn des neuen Haushaltsjahres eine neue Akkumulation beginnt; Downglacier ist der gesamte Schnee des letzten Jahres geschmolzen, bevor eine neue Akkumulation beginnt. (Machen Sie sich keine Sorgen um die Flächen unter den Kurven; sie müssen nicht gleich sein, da sie von der Verteilung der Gletscherfläche mit der Höhe abhängen.)

Sie können auch die Akkumulations- und Ablationskurven in Abbildung 5-2 über die gesamte Oberfläche des Gletschers integrieren, um die gesamte Akkumulation und Ablation zu erhalten. Das Ergebnis würde in etwa wie in Abbildung 5-6 aussehen. Ein kleiner Gedanke sollte Sie davon überzeugen, dass die Gletschermasse über ein gegebenes Bilanzjahr genau dann unverändert ist, wenn Fläche 1 gleich Fläche 2 ist. Wenn A1 < A2, der Saldo für dieses Jahr ist negativ und der Gletscher verliert an Masse; wenn ein1 > A2, die Bilanz für dieses Jahr ist positiv und der Gletscher gewinnt an Masse.

Es ist sehr schwierig, Akkumulations- und Ablationskurven an Punkten auf einem Gletscher zu erhalten. Es ist am einfachsten, den Nettosaldo an vielen Punkten sowohl im Akkumulationsgebiet als auch im Ablationsbereich zu messen (d. h. zu schätzen) und dann über die Gletscherfläche zu integrieren, um den Nettogewinn oder -verlust an Gletschermasse für das angegebene Bilanzjahr zu ermitteln. Wie? Graben Sie im Sammelgebiet Gruben bis auf den letztjährigen Schnee und messen Sie dann den Abtrag an festen Pfählen im Abtragsbereich. (Aufgrund der Gletscherbewegung gibt es einige Verzerrungen.) Die Verfolgung der Akkumulation und Ablation als Funktion der Zeit, wie in Abbildung 5.4, ist sehr zeitaufwändig.

FORTGESCHRITTENES THEMA: DIE SITUATION UM DIE GLEICHGEWICHTSLINIE

Merkmale und Beziehungen in der Nähe der Gletscheroberfläche um die Gleichgewichtslinie herum sind komplizierter, als ich bisher angedeutet habe. Um dies zu sehen, stellen Sie sich eine Vermessung vom Kopf bis zum Fuß des Gletschers am Ende der sommerlichen Schmelzsaison vor, um oberflächennahe Materialien zu untersuchen (Abbildung 5-7). Hier sind einige Kommentare zu den verschiedenen Zonen, die in Abbildung 5-7 gekennzeichnet sind.

  • Trockenschneezone: kein schmelzen auch im sommer.
  • Versickerungszone: einige Oberflächenschmelzen im Sommer. Wasser sickert bei 0°C in den Schnee ein und gefriert wieder, wodurch der umgebende Schnee erwärmt wird. Es werden zwei charakteristische Eisformen abgelagert: Eisschichten oder Eislinsen, gebildet, wenn sich Wasser an einem relativ undurchlässigen Horizont ausbreitet, und Eisrohre oder Eisdrüsen, durch Gefrieren von vertikalen Wasserkanälen gebildet. Die Sättigungstiefe nimmt gletscherabwärts bis zur Sättigungslinie zu – dem Punkt, an dem bis zum Ende des Sommers der gesamte Schnee, der seit dem Ende des vorigen Sommers abgelagert wurde, gesättigt ist.
  • getränkte Zone: Bis zum Ende des Sommers ist der gesamte Schnee des aktuellen Jahres gesättigt und auf 0°C angehoben. Ein Teil des Schmelzwassers versickert auch in tiefere Schichten.
  • überlagerte Eiszone: im unteren Teil der durchnässten Zone, in tieferen Lagen, gibt es so viel Schmelzwasser, dass Eisschichten und Flecken zwischen dem Firn zu einer kontinuierlichen Eismasse verschmelzen, genannt überlagertes Eis. Die Sommerschmelze legt dieses Eis frei. Der exponierte Teil, der am Ende der Schmelzsaison verbleibt, wird als . bezeichnet überlagerte Eiszone. Das Firnlinie (die Grenze zwischen dem Schnee des aktuellen Jahres und dem neueren Eis) ist leicht zu finden.
  • Ablationszone: die Zone, unter der das gesamte Firn- und überlagerte Eis des laufenden Jahres abgeschmolzen ist, um älteres Eis freizulegen.

Das ist alles sehr idealisiert. Die meisten Gletscher zeigen nicht alle Zonen oder zumindest nicht jede Jahreszeit. Die Trockenschneezone kann fehlen; das Schmelzen entfernt das gesamte überlagerte Eis, wenn der Nettosaldo negativ ist; und die relative Bedeutung von Verdunstung und Perkolation variiert. In einer Reihe von negativen Jahren kann man oft mehrere „Firnlinien“ oder „Firnkanten“ sehen, wenn die Entwicklung von überlagertem Eis nicht wichtig ist (Abbildung 5-8).

Ein Konzept, das eng mit der Gleichgewichtslinie verbunden ist, ist das jährliche Schneegrenze: die untere Grenze des aktuellen Jahresschnees auf der Gletscheroberfläche. Was sind die Kontrollen an der Schneegrenze? Hauptsächlich Winterniederschlag und Sommertemperatur. Die jährliche Schneegrenze ist die lokale Manifestation des sogenannten regionale Schneegrenze: ein Band mit einer Breite von bis zu einigen hundert Metern Höhe, in dem die lokale Schneegrenze auf regionaler Skala liegt (Dieses Band ist lokal lückenhaft, aber regional sehr konsistent.) Abbildung 5-9 zeigt die durchschnittliche Position der regionalen Schneegrenze als a Funktion des Breitengrades sowie des durchschnittlichen Niederschlags.


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