REKLAMA


 

REKLAMA


 

Czoło lodowca Krammera, Spitsbergen. Czoło lodowca Krammera, Spitsbergen. Jan Dzierżek

Gdy spada temperatura, zmienia się stan skupienia wody. Rzeki, jeziora i morza skuwa lód, para wodna w atmosferze zamienia się w kryształki śniegu, a woda pod powierzchnią gruntu przyjmuje postać drobnych soczewek lub żył lodowych. W wysokich górach i w obszarach polarnych tworzą się lodowce i czapy lodowe. Wszystkie te duże i małe, widoczne i niewidoczne formy występowania wody w stałym stanie skupienia na kuli ziemskiej tworzą kriosferę.

NAZWISKO

Autorem tekstu jest

dr hab. Jan Dzierżek

Uniwersytet Warszawski
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

 

Dr hab. Jan Dzierżek geolog czwartorzędu, geomorfolog, adiunkt na Wydziale Geologii UW w Zakładzie Geologii Klimatycznej, prowadzi badania w zakresie stratygrafii i genezy osadów czwartorzędowych Tatr, Spitsbergenu i Niżu Polskiego; geomorfologii i paleogeografii obszarów zlodowaconych, geozagrożeń i kartografii geologicznej; autor ponad 100 prac naukowych, popularnonaukowych, podręczników akademickich i map geologicznych.

 


 

Najbardziej spektakularnymi elementami kriosfery wydają się lodowce i lądolody. Lodowce górskie powstają w sprzyjających warunkach orograficznych i klimatycznych, w miejscach, gdzie gromadzący się śnieg ma szanse się nie roztopić. Są to tak zwane pola firnowe, tam śnieg przeobraża się w firn. Firn to agregaty ziaren lodowych powstałe ze stopionych pod wpływem słońca i skonsolidowanych kryształków i płatków śniegu. Śnieg dostarczany do pól firnowych pochodzi nie tylko z opadu, ale też może być nawiany lub dostarczony przez lawiny. Pod wpływem wielokrotnego rozmarzania i zamarzania oraz przyrastającego ciężaru nadległych mas nowego śniegu masy firnu gęstnieją. Podczas gdy gęstość śniegu, w zależności od jego rodzaju mieści się w szerokich ramach 0,004‒0,4 g/cm3, firn ma gęstość 0,4‒0,8 g/cm3. W procesie dalszego przeobrażania firnu powstaje mleczny lód firnowy, z dużą zawartością pęcherzyków powietrza (gęstość 0,8‒0,91 g/cm3) i wreszcie krystaliczny lód lodowcowy. Kryształy czystego lodu lodowcowego absorbują wszystkie kolory światła słonecznego, a przepuszczają światło niebieskie, stąd jego piękna barwa. Proces metamorfozy śniegu w niebieski lód lodowcowy trwa paręset lat. Do powstania kryształu lodu o grubości 1 cm potrzeba około 15 m świeżego śniegu. Z pól firnowych, znajdujących się powyżej tzw. linii równowagi (ang. ELA – equilibrium line altitude), masy upakowanego lodu „wylewają się” jęzorami na zewnątrz pól firnowych. Jęzor lodowca Fedczenki w Pamirze ma 70 km długości. Lodowce występują w większości gór świata, a ELA zależy od szerokości geograficznej i lokalnych warunków topoklimatycznych – w Arktyce jest to 100‒300 m n.p.m., w Alpach 2500‒3000 m n.p.m., a najwyżej w Tybecie – 5800‒6000 m n.p.m. W Tatrach ELA obliczana jest od 2200 m n.p.m. do 2450–2550 m n.p.m., teoretycznie zatem lodowce miały by szanse powstać, gdyby na tej wysokości były odpowiednie miejsca na pola firnowe. Lodowców w Tatrach nie ma, ale z nagromadzenia śniegów opadowych i lawinowych w osłoniętych od słońca niszach i żlebach powstają małe płaty lodowo-firnowe, mogące przetrwać do następnej zimy (m.in. w Wielkim Mięguszowieckim Kotle czy pod Bulą pod Rysami).

 

  • Wiece kamieniste, Calypsostrandra, Spitsbergen.

 

Jednak największe formy nagromadzenia lodu powierzchniowego to lądolody. Na kuli ziemskiej mamy obecnie dwie potężne pokrywy lodowe: na Grenlandii i na Antarktydzie. Lądolód grenlandzki to prawie 3 mln km3 lodu i gdyby się wytopił, poziom oceanu światowego podniósłby się o 7 m. Lądolód Antarktydy zajmuje ponad 12 mln km2 i stanowi 90% światowych zasobów słodkiej wody. Średnia grubość lądolodu wynosi 2,4 km, ale w niektórych rejonach może dochodzić do 4,7 km. Wykonane w ostatnich latach wiercenia wykazały, że pod lądolodem występują rzeki i jeziora, a w nich znaleziono bakterie!

 

Podziemna potęga

 

Mniej spektakularny, ale nie mniej potężny jest lód podziemny. Choć na ogół go nie widać, to skuwa grunty północnej półkuli od obszarów polarnych po Syberię, centralną Azję, Tybet i wysokie góry na dowolnej szerokości geograficznej. W rejonach, gdzie średnia roczna temperatura powietrza jest niższa niż –8°C, grunty przemarznięte są na trwałe (tzw. wieczna albo wieloletnia zmarzlina, permafrost). W rejonach, gdzie średnia roczna temperatura powietrza nie jest wyższa niż –1°C, zmarzlina występuje miejscowo (sporadic albo discontinuous permafrost). Przemarznięty grunt to nic innego jak zamarznięta woda w tym gruncie. W zależności od ilości wody i właściwości gruntu (grubość ziaren, porowatość, uszczelinienie) lód podziemny przybiera różną formę. Mogą to być mikrokryształki, soczewki, ale też potężne makrostruktury w postaci żył i klinów czystego lodu, ciągnące się do głębokości kilkudziesięciu metrów. W centralnej części Syberii grunty znajdują się w stanie permanentnego zamrożenia do głębokości ponad 1 km. W delcie Mackenzie zmarzlina sięga głębokości 700 m, w Tybecie 100 m, a w wysokich górach często nie przekracza 10 m.

 

Kriosfera silnie reaguje na wszelkie zmiany klimatu – w cyklu dobowym, sezonowym, wieloletnim, ale też w czasie geologicznym. Stan dynamicznej równowagi pomiędzy topnieniem a zamarzaniem przekłada się na istotne zmiany w środowisku nie tylko w najbliższym otoczeniu poszczególnych elementów kriosfery. Zmiany w kriosferze są ważnym elementem globalnych zmian środowiska. Zmarzlina może utrzymywać się głęboko pod powierzchnią setki tysięcy lat, ale górna warstwa gruntów rozmarza każdego lata do głębokości nawet kilku metrów. Jest to tzw. warstwa czynna wiecznej zmarzliny (active layer).

 

  • Największy głaz narzutowy Mazowsza, okolice Mszczonowa.

 

Zamarzanie uwięzionej w porach osadów i szczelinach skał wody powoduje ich dezintegrację, gdyż woda w trakcie zamarzania powiększa swoją objętość o około 9%. Potęgę lodu, na skalę domowego laboratorium, najłatwiej uświadomić sobie, zostawiając na mrozie wodę w szklanej butelce. Pewnie każdy kierowca zna też z autopsji pojawianie się licznych dziur w asfalcie pod koniec zimy. To w głównej mierze zasługa zamarzającej wody. W naturalnych warunkach proces ten powoduje niszczenie górotworów, rozpad masywnych skał na drobny gruz skalny. Część tego materiału skalnego trafia na powierzchnię lodowców i wędruje z nimi dalej.

 

Uważny obserwator wie, że zamarzająca w kałużach woda pozostawia pustą przestrzeń na dnie kałuży. Dzieje się tak dlatego, że najpierw zamarza powierzchnia kałuży (temperatura powietrza jest niższa niż temperatura gruntu), a lód powiększa objętość w sposób nieskrępowany ku górze, w kierunku najmniejszego ciśnienia. Podobnie dzieje się z wodą uwięzioną w porach gruntu – zamarzając, wypycha powierzchnię do góry. W gruntach niejednorodnych poszczególne składniki gruntu niejednorodnego reagują w różnym stopniu. W kolejnym sezonie ablacyjnym grunt nie wraca do swej pierwotnej postaci, gdyż do pustej przestrzeni powstającej w czasie podnoszenia się gruntu zasysana jest woda z niższych części gruntu, nanosząc drobny materiał, który wypełnia wolną przestrzeń. Proces powtarza się rokrocznie. W wyniku znacznych spadków temperatury (–20°C) lód gruntowy kurczy się, powodując pękanie gruntu. Tworzą się szczeliny mrozowe (contraction craks), układające się często w charakterystyczne poligony i sieci. W te szczeliny wpada śnieg lub woda z jego topnienia i tam zamarza, tworząc początek megastruktury lodu gruntowego, przyrastającego w kolejnych sezonach.

 

  • Pseudomorfozy po lejstoceńskich klinach lodowych w Wierzchucy Nagórnej, wschodnia Polska, wg Dzierżek, Stańczuk 2006.

 

Wielokrotne powtarzanie się procesu zamarzania i rozmarzania warstwy czynnej wiecznej zmarzliny powoduje efektowne formy segregacji gruntów niejednorodnych w postaci pierścieni i poligonów gruzowych (patterned ground), często nawiązujących do sieci szczelin mrozowych. Często napływająca z głębszych warstw woda powoduje tak znaczny przyrost lodu pod powierzchnią, że tworzy on wielkie (nawet 100 m wysokości) pagóry z jądrem lodowym, o wdzięcznej nazwie pingo (s). Powolne przemieszczenie się przypowierzchniowej warstwy osadów w wyniku rozmarzania gruntu (soliflukcja) jest podstawowym procesem modelującym stoki w obszarach objętych zmarzliną. Powstają gleby pasiaste, tarasy i jęzory, formy spływów gruzowych i inne. W wyniku oddziaływania termicznego wody powierzchniowej na zamarznięty grunt (termokras) na tundrze powstają malownicze jeziora (ałasy). Opisane wyżej zjawiska są charakterystyczne dla strefy peryglacjalnej – bliższego i dalszego sąsiedztwa z obszarami zlodowaconymi.

 

Przeszłość lodu

 

W dziejach Ziemi wielokrotnie dochodziło do ekspansji lodowców górskich i lądolodów. Po raz pierwszy lód objawił Ziemi swoją potęgę w proterozoiku ~2,7–2,2 mld lat temu. W kriogenie (635–720 mln lat temu) prawdopodobnie cały glob pokryty był przez lądolód, a Ziemia przybrała postać śnieżnej kuli (Snowball Earth). Ślady działalności lodowcowej w postaci zmetamorfizowanych glin lodowcowych (tyllitów), rys lodowcowych na powierzchniach skał oraz tzw. dropstones (otoczaków wytopionych z gór lodowych do ilastych osadów morskich). Z naszego, europejskiego punktu widzenia znacznie ważniejsza jest ostatnia epoka lodowcowa, zwana plejstocenem (2,6 mln–11,7 tys. lat temu). W wyniku pogarszających się warunków klimatycznych doszło w tym czasie do kilku wielkich transgresji lądolodu ze Skandynawii na znaczne obszary półkuli północnej. Okresy siedmiu znanych obecnie zlodowaceń plejstoceńskich oddzielone były krótszymi okresami interglacjalnymi z klimatem podobnym do dzisiejszego. Najstarsza transgresja miała miejsce około 900‒930 tys. lat temu w czasie zlodowacenia Nidy, skorelowanego z dwudziestym drugim morskim stadium izotopowym. Lądolód objął całą północną i środkową Polskę, sięgając Bramy Morawskiej i zachodniego przedpola Karpat. W czasie kolejnej transgresji (zlodowacenie Sanu 1) lądolód skandynawski miał na obszarze Polski największy zasięg. Dotarł do Sudetów i Karpat, wkraczając potężnymi jęzorami w otwarte ku północy doliny rzeczne. W swej brzeżnej części opływał główne pasma Gór Świętokrzyskich i Jurę Polską, które to tworzyły rozległe nunataki. W czasie ostatniego zlodowacenia (Vistulian) lądolód objął znaczny obszar północnej Polski, a w dolinie środkowej Wisły utworzył jezioro zaporowe, zwane zastoiskiem warszawskim.

 

Zimna przyszłość

 

Lądolody plejstoceńskie zostawiły trwałe piętno w rzeźbie i budowie geologicznej Polski i znacznej części półkuli północnej. Potęga lądolodów i lodowców górskich wyrażona jest zarówno w działalności erozyjnej, jak i akumulacyjnej. W wysokich górach za sprawą lodowców mamy dziś mocno wcięte, U-kształne doliny, często zawieszone, głębokie cyrki lodowcowe, częściowo zajęte przez malownicze jeziora, wały moren końcowych, ostre turnie, pola piargów. Dowody obecności lądolodu kontynentalnego są niezwykle spektakularne i powszechne. Zaburzenia glacitektoniczne, czyli naruszenie pierwotnej pozycji warstw w wyniku dynamicznego obciążenia lądolodem, są często obserwowane w profilach osadów na obszarach zlodowaceń plejstoceńskich. Sięgają nieraz kilkaset metrów w głąb. Rzadko uzmysławiamy sobie, że osady polodowcowe budują prawie 75% powierzchni Polski, a ich miąższość w skrajnych przypadkach (np. w rejonie Góry Dylewskiej) przekracza 450 m. Mieszanina mułu, iłu, piasku, żwiru, z domieszką olbrzymich głazów (eratyków) powstała w wyniku pobrania z podłoża, przeniesienia, przerobienia i zdeponowana przez lądolód nazywa się gliną lodowcową. Pakiety gliny mogły być oderwane od dolnej części lądolodu i złożone jeszcze w czasie jego transgresji albo pozostać po wytopieniu lodu. W glinach zapisane są dane o kierunku ruchu, miejscu pochodzenia i wieku transgresji lodowcowej. Gliny budują powierzchnię wysoczyzn polodowcowych i dominują na mapie osadów powierzchniowych Polski. Powierzchnie zbudowane z osadów starszych zlodowaceń są na ogół wyrównane (zdenudowane). Obszar pokryty przez najmłodszy lądolód cechuje bardzo urozmaicona rzeźba powierzchni z dużymi deniwelacjami, z tysiącem jezior, z mnogością form rzeźby lodowcowej (ozu, kemy, drumliny). Wody z topniejących lądolodów wynosiły na przedpole olbrzymie ilości piasków i żwirów, tworząc rozległe powierzchnie równin sandrowych.

 

  • Zaburzenia glacitektoniczne pod ulicami Warszawy (schemat), wg Dzierżek 2006.

 

Potęgę lodu najłatwiej uświadomić sobie, stojąc w pobliżu wielkiego głazu narzutowego, czyli fragmentu podłoża skalnego odspojonego i pobranego przez lądolód w rejonie Skandynawii lub dna Bałtyku i przytransportowanego na dużą odległość. Głaz Trygław na Pomorzu Zachodnim, uważany za największy eratyk w Polsce, ma ponad 3 m wysokości i 50 m obwodu, a waży około 2000 ton.

 

Ostatnie zlodowacenie skończyło się 11,7 tys. lat temu i w dobie tzw. globalnego ocieplenia mówi się głównie o kurczeniu się kriosfery i wynikających z tego faktu zagrożeniach. Jednak mimo że trudno w to uwierzyć, to analizując rytm zmian klimatycznych w plejstocenie, można zauważyć, że obecny interglacjał powoli się kończy. Czy zatem już niedługo, bo za kilka tysięcy lat, można spodziewać się kolejnego zlodowacenia?

 

Tekst i zdjęcia Jan Dzierżek

 

 

Chcesz wiedzieć więcej?

Barry R., Gan Y. T. (2011). The global cryosphere. Past, present and future. Cambridge University Press: 472 pp.
Dzierżek J. (2009). Paleogeografia wybranych obszarów Polski w czasie ostatniego zlodowacenia. Acta Geographica Lodziensia, 95: 1–112.
Dzierżek J. (red.), Janiszewski R., Kalińska E., Lindner L., Majecka A., Makos M., Marks L., Nitychoruk J., Szymanek M. (2015). Nizina Mazowiecka i obszary przyległe – 43 stanowiska geologiczne. Wydział Geologii Uniwersytetu Warszawskiego, ISBN-978–83–932617–6–5:1–128. Marks L., Dzierżek J., Janiszewski R., Kaczorowski J., Lindner L., Majecka A., Makos M., Szymanek M., Tołoczko-Pasek A., Woronko B. (2016). Quaternary stratigraphy and palaeogeography of Poland. Acta Geologica Polonica, 66 (3): 403–427.


© Academia nr 4 (52) 2017

 

 

 

 

 

 

 

Cały numer

 


 

 

 

 

 

 

Oceń artykuł
(0 głosujących)

Tematy

agrofizyka antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin borelioza botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geografia geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia hydrologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria inżynieria materiałowa język językoznawstwo kardiochirurgia klimatologia kobieta w nauce komentarz komunikacja kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura literaturoznawstwo matematyka medycyna migracje mikrobiologia mineralogia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia na czasie nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia nowe członkinie PAN 2017 oceanografia ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt Puszcza Białowieska robotyka rozmowa „Academii” seksualność smog socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl