Vznik ledovce Vznik a morfologie ledovce Pohyb...

Vznik ledovceVznik a morfologie ledovce

Pohyb ledovce

Glaciologie – fyzika pro otužilce

Ondřej Souček

katedra geofyziky

MFF UK

27.11.2007

Ondřej Souček Glaciologie – fyzika pro otužilce


Pohyb ledovce

glaciees = led, logos = slovo

Příběh ledovce z pohledu fyzika

Vznik

Morfologie

Fyzikální model

Pozorování



Pohyb ledovce

Příběh začíná

Sněhový mrak – shlukpřechlazených vodních kapiček,vzniklých vysrážením vodních parna mikroskopických prachovýchčástečkách



Pohyb ledovce

Příběh začíná

Kolem −10◦C začínají kapičkymrznout vzniká jádro (nukleus)budoucí vločky

Přirozená symetrie mikrokrystalůledu za normálních podmínek:hexagonální symetrie Ih, (kubickáIc)



Pohyb ledovce

Příběh začíná





Pohyb ledovce

Příběh začíná



Led má celkem 11 různých fází



Pohyb ledovce

Příběh začíná

Na nukleus postupně namrzajíokolní kapičky podchlazené vody



Pohyb ledovce

Příběh začíná


Konkrétní tvar faset a průběhjejich růstu určen velkýmmnožstvím parametrů - teplota,koncentrace vodních par akapiček, přítomnost chemickýchnečistot a dalších nehomogenit



Pohyb ledovce

Příběh začíná



Během růstu vločky se podmínkysice mění, ale víceméně pro celouvločku najednou → symetriezůstává často zachována i prokomplexní makrokrystal



Pohyb ledovce

Příběh začíná



Během růstu vločky se podmínkysice mění, ale víceméně pro celouvločku najednou → symetriezůstává často zachována i prokomplexní makrokrystal

Žádné dvě vločky nejsou stejné?



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift,



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift, Geyfa: snowfall,



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift, Geyfa: snowfall, Hređa: snow storm,



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift, Geyfa: snowfall, Hređa: snow storm, Hrina: snowfall, gust,



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift, Geyfa: snowfall, Hređa: snow storm, Hrina: snowfall, gust, Mjallhvít: snowhite,



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift, Geyfa: snowfall, Hređa: snow storm, Hrina: snowfall, gust, Mjallhvít: snowhite,Mjöll: newly fallen snow,



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift, Geyfa: snowfall, Hređa: snow storm, Hrina: snowfall, gust, Mjallhvít: snowhite,Mjöll: newly fallen snow, Skorpa: cold snow storm,



Pohyb ledovce

Obrázek: Drífa: snowdrift, snowfall , Drifhvít: white as snow , Drift: energy, powder snow , Fannhvít: whiteas snow Fönn: snow, snow-drift, Geyfa: snowfall, Hređa: snow storm, Hrina: snowfall, gust, Mjallhvít: snowhite,Mjöll: newly fallen snow, Skorpa: cold snow storm, Snjóhvít: white as snow



Pohyb ledovce

"Jednoduchá" morfologie vloček



Pohyb ledovce

Vznik ledovců a jejich výskyt

V oblastech s vhodnýmipodmínkami nestačí během létavšechen naakumulovaný ledroztát – vzniká ledovec



Pohyb ledovce



Vhodné podmínky? teplota,srážky, sklon povrchu,povětrnostní podmínky...Výskyt?Prakticky na všech zeměpisnýchšířkách včetně rovníkových oblastí



Pohyb ledovce



Vhodné podmínky? teplota,srážky, sklon povrchu,povětrnostní podmínky...Výskyt?Prakticky na všech zeměpisnýchšířkách včetně rovníkových oblastí

Napadaný sníh prochází mnohaproměnami, kompaktifikací,částečným natáváním a opětmrznutím, změnou tvaru krystalův důsledku interakcí se "sousedy"



Pohyb ledovce

Základní dělení podle velikosti

alpinské (horské)ledovce

velké ledovce,ledovcovépokrývky (icesheets)



Pohyb ledovce




Menší, v důsledku intenzivního letního tání častoobsahují až na připovrchovou vrstvu po celý rokkapalnou vodu v ledové matrici; velmi citlivé na změnuteplot, indikátory změn klimatu, v Evropě, JižníAmerice na ústupu



Pohyb ledovce






Pohyb ledovce




Největší pozemské rezervoáry pitné vody, tloušťka ažněkolik kilometrů, odhady změn v bilanci hmoty zdekomplikovanější a méně jednoznačné



Pohyb ledovce




Antarktida ∼ 65 m s.w.e.



Pohyb ledovce




Grónsko ∼ 6 m s.w.e.



Pohyb ledovce




Island



Pohyb ledovce

Další dělení. . .

Plovoucí led (Ice shelves)



Pohyb ledovce


Údolní ledovce (Valley glaciers)



Pohyb ledovce


Visící ledovce (Hanging glaciers)



Pohyb ledovce


Ledovcové proudy (Ice streams)



Pohyb ledovce


Kamenné ledovce (Rocky glaciers)



Pohyb ledovce

Pohyb ledovce

Na běžné časové škále se jeví led jako pevná krystalická látka.



Pohyb ledovce

Pohyb ledovce


Za dostatečných tlaků se atomové vrstvy začnou pohybovat vůči sobě –ledovec začíná téci.



Pohyb ledovce

Pohyb ledovce



Hybnou silou gravitace



Pohyb ledovce

Pohyb ledovce



Hybnou silou gravitace



Pohyb ledovce

Pohyb ledovce

Deformační tok ∼ povrchové rychlosti desítky až stovky metrů za rok



Pohyb ledovce

Pohyb ledovce


Prokluz: pokud je rozhraní podloží – ledovec na teplotě tání, přestaně býtledovec přimrzlý k podloží a začíná prokluzovat, rychlostní příspěvek odprokluzu k celkovému pohybu ledovce může být stejného řádu jakodeformační rychlosti, ale též řádově vyšší – až desítky metrů za den!



Pohyb ledovce

Pohyb ledovce


Prokluz: pokud je rozhraní podloží – ledovec na teplotě tání, přestaně býtledovec přimrzlý k podloží a začíná prokluzovat, rychlostní příspěvek odprokluzu k celkovému pohybu ledovce může být stejného řádu jakodeformační rychlosti, ale též řádově vyšší – až desítky metrů za den!

Změna režimu toku z deformačního na prokluz může být způsobenanáhlými změnami v hydrologii ledovce, které ovlivní "namazání" podloží



Pohyb ledovce

Odbočka - pár slov o hydrologii ledovce

Z hlediska hydrologie je ledovec extrémnědynamickým systémem



Pohyb ledovce



V průběhu léta dochází k intenzivnímu tání,geneze vodních toků na povrchu ledovce, otevírajíse zánory do nitra, vznik rozsáhlé sitě kanálů, tadosahuje často až na dno ledovce a zde ovlivňujezásadně mechanické vlastnosti kontaktu ledovec –podloží



Pohyb ledovce



V průběhu léta dochází k intenzivnímu tání,geneze vodních toků na povrchu ledovce, otevírajíse zánory do nitra, vznik rozsáhlé sitě kanálů, tadosahuje často až na dno ledovce a zde ovlivňujezásadně mechanické vlastnosti kontaktu ledovec –podloží

Během zimy se zase síť kanálů uzavírá a vnitřníříční systém ledovce dočasně zaniká



Pohyb ledovce


Subglaciální jezera (voblastech s anomálnímtepelným výnosem z nitraZemě): Antarktida –Vostok, Island –Grimsvotn

Schopnost fyzikůmodelovat evolucihydrologické sítě můžebýt klíčová pro odhadekologických rizik(kontaminace jezeraVostok - vrt 3,6 km),ohrožení obyvatel –Island, Grimsvotn,Jokuhlaups



Pohyb ledovce






Pohyb ledovce






Pohyb ledovce






Pohyb ledovce






Pohyb ledovce

Modelování pohybu ledovců – glaciolog teoretik

fyzikální realita −→ matematický model↑ ↓

ověřitelný výstup ←− numerický model



Pohyb ledovce

Matematický popis ledovce

Transportní procesy v ledovci



Pohyb ledovce

Matematický popis ledovce

Ústředním matematickým aparátem je mechanika a termodynamika kontinua

matematická abstrakce umožňující popsat chování látek na škálách, nanichž se jeví jako spojité, prostorově vystředované fyzikální vlastnostipřipsány jednotlivým bodům kontinua, analogie z klasické mechaniky -hmotný bod

Formulace základních bilančních zákonů (zákonů zachování)

Bilance hmoty

Bilance hybnosti - pohybová rovnice

Bilance energie - rovnice vedení tepla

Výsledný popis ve tvaru soustavy parciálních diferenciálních rovnic



Pohyb ledovce

Ukázka formulace úlohy - studený led T < TM

Bilanční rovnice

Rovnice kontinuity

div~v = 0 ∼ m = konst.

Pohybová rovnice

ρ~̇v = −grad p + div◦

T + ρ~ga ∼ m~a = ~F

Bilance energie

ρε̇ = T.. D− div~q ∼ ∆U = −P∆V+∆Q



Pohyb ledovce

Numerické řešení

Diskretizace geometrie



Pohyb ledovce





Pohyb ledovce





Pohyb ledovce



Diskretizace diferenciálních rovnic– derivace ∼ diference, integrály∼ součty



Pohyb ledovce




Řešení velkého počtu lineárních(nelineárních) rovnic (105, 106

proměnných)



Pohyb ledovce




Řešení velkého počtu lineárních(nelineárních) rovnic (105, 106

proměnných)

Sofistikované výpočetní metody(paralelizace), superpočítače



Pohyb ledovce

Výstupy numerických modelů

3-D (2-D) pole rychlostí



Pohyb ledovce



Evoluce povrchu – mocnostzalednění v závislosti na hlavníchvstupních parametrech modelu(klimatických vstupech =srážkách, teplotách, interakcioceán–ledovec ...)



Pohyb ledovce






Pohyb ledovce




Význam?



Pohyb ledovce




Význam?

Prognostické modely

zalednění - změny v

zalednění Země v

závislosti na různých

modelových scénářích

budoucích klimatických

změn



Pohyb ledovce




Význam?

Prognostické modely

zalednění

Rekonstrukce glaciální

historie - studium a

interpretace

postglaciálního výzdvihu



Pohyb ledovce

Rekonstrukce zalednění během poslední doby ledové -

postglaciální výzdvih

Poslední doba ledová - období cca100 000 let, nejprve pozvolnáakumulace ledu v polárníchoblastech následovaná "rychlou"(10 000 let) deglaciací



Pohyb ledovce



Během období zaledněnípřeskupení značného množstvívodních hmot do polárních oblasti



Pohyb ledovce




Povrch Země touto zátěžídeformován



Pohyb ledovce





Následovalo rychlé odlednění =materiál zemského pláště na tétočasové škále reagujevisko-elasticky



Pohyb ledovce








Pohyb ledovce






Dosud pokračující isostatickákompenzace posledního zaledněníSkandinávie, Severní Amerika,Antarktida



Pohyb ledovce



Budeme-li mít realistický model zalednění, můžeme z měřenýchsoučasných pohybů povrchu určit některé důležité parametry zemskéhonitra (3-D viskozita pláště) ...



Pohyb ledovce



Budeme-li mít realistický model zalednění, můžeme z měřenýchsoučasných pohybů povrchu určit některé důležité parametry zemskéhonitra (3-D viskozita pláště) ...

... a zároveň správně interpretovat pozorované současné změny vzalednění Země (klíčové pro prognostické klimatologické modely)



Pohyb ledovce

Jak se co měří?

Nejpřesnějšími technikami proměření pohybů a změn v bilancihmoty velkých ledovcových štítůjsou satelitní meření



Pohyb ledovce

Jak se co měří?


Radarová satelitní altimetrie -mise CryoSat (InSAR -Interferometric SyntheticAperture Radar) – měření změnytopografie polárních oblastí



Pohyb ledovce

Jak se co měří?



Gravimetrická satelitní měření -mise GRACE (Gravity Recoveryand Climate Experiment) –měření změn gravitačního poleZemě – informace o současnýchzměnách v zalednění plus signálod postglaciálního výzdvihu



Pohyb ledovce

Jak se co měří?






Pohyb ledovce

Jak se co měří?






Pohyb ledovce

Cíle a trendy v glaciologii

Tvorba numerických modelů s lepším rozlišením



Pohyb ledovce



Další sběr dat a jejich interpretace



Pohyb ledovce



Další sběr dat a jejich interpretace

Propojení glaciologických, klimatologických a oceanografických modelů



Pohyb ledovce

Děkuji za pozornost


Date post:	07-Jul-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	4 times
Download:	0 times

Vznik ledovce Vznik a morfologie ledovce Pohyb...

Documents