Recuperação pós-glacial

Mudanças na elevação do Lago Superior , devido à glaciação e recuperação pós-glacial

Recuperação pós-glacial (às vezes chamado de rebote continental, recuperação isostática, ajuste isostático ou recuperação isostática pós-glacial) é o surgimento de massas de terra que estavam deprimidos pelo enorme peso das camadas de gelo durante o último período glacial, através de um processo conhecido como depressão isostática. Ela afeta o norte da Europa, especialmente na Escócia , Fennoscandia e norte da Dinamarca , Sibéria, Canadá , e da Great Lakes do Canadá e dos Estados Unidos .

Visão global

Durante o último período glacial, muito do norte da Europa , Ásia , América do Norte , Groenlândia e Antártica estavam cobertas por camadas de gelo. O gelo era tão grosso como três quilômetros durante o último máximo glacial cerca de 20.000 anos atrás. O enorme peso do gelo causado a superfície da crosta para deformar e downwarp sob a carga de gelo, obrigando o fluido material do manto a fluir para longe da área carregada. No final da idade do gelo, quando as geleiras recuaram, a remoção do peso da terra deprimido levou a elevar ou recuperação da terra e do fluxo de retorno de material do manto de volta sob a área deglaciated. Devido à extrema viscosidade do manto, vai demorar muitos milhares de anos para a terra para chegar a um nível de equilíbrio.

Estudos têm mostrado que a elevação tenha sido efectuada em duas fases distintas. A elevação seguinte deglaciation inicial foi rápida (chamado de "elástico"), e teve lugar quando o gelo estava sendo descarregado. Após esta fase "elástica", Uplift proceder por "retardar fluxo viscoso" assim que a taxa diminuiu exponencialmente depois disso. Hoje em dia, as taxas de uplift típicos são da ordem de 1 cm / ano ou menos. Na Europa do norte, este é claramente mostrado pela Dados GPS obtidos pela rede BIFROST GPS . Estudos sugerem que a recuperação irá continuar por cerca de, pelo menos, outros 10.000 anos. A elevação total a partir do final de degelo depende da carga local de gelo e podem ser várias centenas de metros, perto do centro de recuperação.

Recentemente, o termo pós-glacial rebote é gradualmente substituída pelo ajuste isostático glacial prazo. Este é um reconhecimento de que a resposta da Terra para carga e descarga glacial não se limita apenas ao movimento de retorno para cima, mas envolve o movimento da terra para baixo, movimento crustal horizontal (Johansson et al, 2002;. Sella et al 2007)., Mudanças nos níveis globais do mar (Peltier, 1998), campo de gravidade da Terra (Mitrovica & Peltier 1993), induzir terremotos (Wu & Johnston, 2000) e também mudanças no movimento de rotação (Wu & Peltier 1984).

Efeito

Recuperação pós-glacial (ou Glacial Isostatic Adjustment) produzem efeitos mensuráveis sobre: (i) Vertical Crustal Movimento, (ii) o nível do mar Global, (iii) Horizontal Crustal Movimento, (iv) o campo de gravidade, (v) o movimento de rotação da Terra e ( vi) Estado de estresse e terremotos. Estudos de rebote Glacial nos dar informações sobre a lei fluxo de rochas do manto e também a história camada de gelo passado. O primeiro é importante para o estudo da convecção do manto, a tectônica de placa ea evolução térmica da Terra. Esta última é importante para o estudo de Glaciologia , Paleoclima e mudanças no nível do mar global. Entendimento recuperação pós-glacial também é importante para a nossa capacidade de monitorar a mudança global recente.

Vertical Crustal Movimento

Em muitos costeira cita em áreas com recuperação pós-glacial há marcações cronometrados do rebote (esta imagem é de Turku)

Errático pedregulhos, U-shaped vales, drumlins, eskers, lagos chaleira, alicerce estrias são apenas algumas assinaturas comuns da Idade do Gelo . Além disso, a recuperação pós-glacial causou inúmeras alterações significativas litorais e paisagens ao longo dos últimos milhares de anos, e os efeitos continuam a ser significativos.

Na Suécia , Lake Mälaren antigamente era um braço do mar Báltico , mas elevar eventualmente corta-a e levou a se tornar um água doce lago por volta do século 12, no momento em que Estocolmo foi fundada na sua saída. Conchas marinhas encontradas em Sedimentos do lago Ontário implicam um evento semelhante em tempos pré-históricos. Outros efeitos pronunciados podem ser vistos na ilha de Öland, que tem pouco alívio topográfico, devido à presença do próprio nível Stora Alvaret. A terra crescente fez com que a Idade do Ferro área de assentamento a recuar a partir do Mar Báltico , fazendo com que os presentes aldeias dias na costa oeste recuado inesperadamente longe da costa. Estes efeitos são bastante dramática na aldeia de Alby, por exemplo, onde os da Idade do Ferro habitantes eram conhecidos por sobreviver com a pesca costeira substancial.

Como resultado da recuperação pós-glacial, o Golfo de Bótnia está previsto para eventualmente fechar-se em Kvarken. O Kvarken é um UNESCO Património Mundial Natural , selecionado como uma "área de tipo" que ilustra os efeitos da recuperação pós-glacial eo holocênica recuo glacial.

Em vários outros Portos nórdicos, como Tornio e Pori (anteriormente em Ulvila), o porto tinham que ser transferidos várias vezes nos séculos passados. Nomes de lugares nas regiões costeiras também ilustram a terra subindo: há lugares chamados 'ilha', 'skerry', 'rock', 'ponto' e 'som' no interior. Por exemplo, Oulunsalo "ilha de Oulujoki "é uma península, com nomes no interior como Koivukari" Birch Rock ", Santaniemi" Sandy Cape ", e Salmioja" a vala do Som ". (Compare e .)

Na Grã-Bretanha , glaciação afetados Escócia , mas não Southern Inglaterra , e no rebote pós-glacial do norte da Grã-Bretanha está a causar um movimento descendente correspondente da metade sul da ilha . Isso está levando a um aumento do risco de inundações , em particular nas áreas que cercam o menor rio Tamisa . Junto com o aumento dos níveis do mar causados pelo aquecimento global , o naufrágio de pós-glacial do sul da Inglaterra é susceptível de comprometer seriamente a eficácia da Thames Barrier, Londres mais importante de defesa contra inundações 's, depois de cerca de 2030 .

Os Grandes Lagos da América do Norte encontram-se aproximadamente na linha 'pivot' entre ascendente e afundando terra. Lake Superior fazia parte de um lago muito maior, juntamente com Lago Michigan e Lago Huron, mas rebote pós-glacial levantou terra dividindo os três lagos cerca de 2.100 anos atrás. Hoje, linhas costeiras do sul dos lagos continuam a experimentar o aumento dos níveis de água, enquanto linhas costeiras do norte ver os níveis de queda.

Uma vez que o processo de ajuste isostático glacial faz com que a terra se mova em relação ao mar, linhas costeiras antigos são encontrados para situar-se acima do nível do mar hoje em áreas que antes era glaciar. Por outro lado, locais na região protuberância periférica que foi erguida durante glaciação agora começa a diminuir. Portanto praias antigos são encontrados abaixo do atual nível do mar dia na área de bojo. Os "dados do nível do mar relativo", que consiste em altura e idade medições das praias antigas em todo o mundo, nos diz que ajuste isostático glacial procedeu a uma taxa maior perto do final do degelo do que hoje.

O movimento atual elevação no norte da Europa também é monitorado por uma Rede chamado GPS BIFROST (Johansson et al., 2002). Resultados de dados GPS mostra que a taxa de pico de cerca de 11 mm / ano existem na parte norte do Golfo de Bothnia, mas esta taxa de elevação diminui longe e tornar-se negativa fora da antiga margem de gelo.

No próximo campo fora da antiga margem de gelo, a terra afunda em relação ao mar. Este é o caso ao longo da costa leste dos Estados Unidos, onde as praias antigos são encontrados submersa abaixo do nível do mar presente dia e Florida é esperado para ser submersa no futuro (Peltier 1998). Dados de GPS na América do Norte também confirma que soerguimento terra se torna aluimento fora da antiga margem de gelo (Sella et al., 2007).

Níveis globais Mar

Para formar as camadas de gelo da última Idade do Gelo, água é retirado dos oceanos através da evaporação, condensação como a neve e, em seguida, depositado como gelo em altas latitudes. Assim nível global do mar cairia durante a glaciação.

Os lençóis de gelo no Último Máximo Glacial estavam tão grande que o nível do mar caiu cerca de 120 metros. Assim prateleiras continentais ficam expostos e muitas ilhas tornou-se conectado com os continentes através de terra seca. Este é o caso entre as Ilhas Britânicas e da Europa, ou entre Taiwan, as ilhas da Indonésia e da Ásia. O mais importante é a existência de uma ponte terrestre entre a Sibéria eo Alasca que permitem a migração de pessoas e animais durante o último máximo glacial (Peltier 1998).

A queda do nível do mar também afeta a circulação das correntes oceânicas e, portanto, tem impacto importante sobre o clima durante a Idade do Gelo.

Durante deglaciation, o retorno da água derretida de gelo para os oceanos, assim, o nível do mar no oceano aumenta novamente. No entanto, os registros geológicos de mudanças do nível do mar mostra que a redistribuição da água de gelo derretido não é a mesma em todos os oceanos. Por outras palavras, dependendo da localização, a subida do nível do mar a um determinado local pode ser mais do que noutro local. Isto é devido à atracção gravitacional entre a massa derretida da água e as outras massas, tais como folhas restantes gelo, geleiras, massas de água e rochas do manto. (Peltier 1998) e as mudanças no potencial centrífuga devida à rotação variável da Terra (Mitrovica, Milne & Davis 2001)

Horizontal Crustal Movimento

Movimento vertical que acompanha é o movimento horizontal da crosta. O GPS BIFROST rede mostra que o movimento diverge do centro de recuperação (Johansson et al 2002). No entanto, a maior velocidade horizontal é encontrada perto da antiga margem de gelo.

A situação na América do Norte é menos certo, isso é devido à distribuição esparsa de estações GPS no norte do Canadá, que é bastante inacessível (Sella et al., 2007).

Campo de gravidade

Gelo, água e rochas do manto têm massa, e como eles se movem ao redor, eles exercem uma força gravitacional de outras massas em relação a eles. Assim, o campo gravitacional, que é sensível a toda a massa na superfície e no interior da Terra, ficará afectada pela redistribuição de gelo / água derretido sobre a superfície da Terra e o fluxo de pedras no interior do manto.

Hoje, mais de 6000 anos após o último degelo terminado, o fluxo de material do manto de volta para a área glaciar faz com que a forma global da Terra a se tornar menos oblato. Esta mudança na topografia da superfície da Terra afeta os componentes de comprimento de onda longo do campo de gravidade.

O campo de gravidade mudança pode ser detectado através de medições repetidas, com terra gravímetros absolutos e, recentemente, pela Missão satélite GRACE . As mudanças de comprimento de onda longo componentes de campo de gravidade da Terra também perturba o movimento orbital de satélites e foi detectado pelo movimento de satélite LAGEOS (Yoder et al., 1983).

Datum Vertical

A Vertical Datum é uma superfície de referência teórica para a medição da altitude e desempenha um papel vital em muitas atividades humanas - incluindo agrimensura, construção de edifícios, pontes, etc .. Desde rebote postglacial deforma continuamente a superfície da crosta e do campo gravitacional, a referência vertical precisa ser redefinido repetidamente ao longo do tempo.

Movimento de rotação da Terra

Exame de antigos chineses e babilônios registros eclipse revelar que a taxa de rotação da Terra não é constante. Por exemplo, se a taxa de rotação é constante, então o caminho sombra de um antigo babilônico eclipse iria estar em algum lugar em toda a Europa ocidental ea antiga eclipse não pôde ser observado no momento gravada na Babilônia. É bem conhecido que a interação das marés entre a Terra ea Lua ( A fricção das marés Tidal ou dissipação) faz com que a rotação da Terra para abrandar. Mas tendo em conta a interacção das marés sozinho over-corrige o caminho eclipse que iria mentir leste de Babilônia. A fim de ter o caminho sombra passar por Babilônia no tempo registrado, é preciso levar em conta o efeito da Glacial Isostatic Ajuste em movimento de rotação da Terra.

Para entender como Glacial Isostatic Ajustamento afeta a taxa de rotação da Terra, nota-se que o movimento da massa sobre e sob a superfície da Terra afeta a Momento de Inércia da Terra, e pela conservação do momento angular , o movimento de rotação, também deve mudar. Isto é ilustrado no caso de um patinador de gelo rotativa: como ela puxa em seus braços, seu momento de inércia diminui e, como conseqüência, ela gira mais rápido. Por outro lado, como ela se estende seus braços, seu momento de inércia aumenta e sua rotação diminui.

Durante glaciação, a água é retirado dos oceanos, cuja posição média está mais perto do equador, e depositado como gelo sobre as latitudes mais altas. Isso faz com que o momento de inércia do sistema de água gelada Terra para diminuir e, assim como a figura patinador girando puxando em seus braços, a terra deve girar mais rápido. Durante degelo, a água gelo derretido retorna aos oceanos e causando rotação da Terra para abrandar. Na realidade, também se deve ter em conta o fluxo de rochas do manto cuja direcção é oposta à da água, mas cuja taxa é muito mais lenta. De qualquer modo, após o fim do degelo, o movimento das massas dominante é a partir do fluxo de retorno do manto rochas de volta para as áreas de alto glaciadas latititude, fazendo a forma da Terra menos oblato, assim, a taxa de rotação da Terra aumenta hoje.

O aumento da taxa de rotação da Terra faz com que o duração do dia (LOD) para diminuir. Lambeck (1977) estimou que a duração do dia diminui em cerca de 0,7 mili-segundos por século. Porque o momento de inércia que determina a velocidade de rotação está intimamente relacionado com achatamento da Terra, cuja taxa de variação está relacionada ao movimento anômalo observado de satélites artificiais da Terra, como LAGEOS, o aumento da taxa de rotação da Terra é confirmado pelo movimento observado de LAGEOS (Yoder et al., 1983) e é geralmente atribuída a Glacial Isostatic Ajustamento (Wu & Peltier 1984).

Além das mudanças na taxa de rotação da Terra, as mudanças no Momento de Inércia devido a Glacial Isostatic Ajuste também fazer com que o eixo de rotação para mover a partir da posição atual perto do Pólo Norte em direção ao centro das massas de gelo no máximo glacial (True Polar Wander), assim ele está se movendo em direção a leste do Canadá, a uma taxa de cerca de 1 grau por milhões de anos (Vicente & Yumi 1969, Wu & Peltier 1984).

Essa deriva do eixo de rotação da Terra, por sua vez afeta o potencial centrífuga na superfície da terra e, portanto, também afeta os níveis do mar (Mitrovica, Milne & Davis, 2001).

Estado de estresse e Intraplate Earthquakes

De acordo com a teoria da tectônica de placa , placa de placa interação resulta em terremotos perto de limites de placas. No entanto, grandes terremotos são encontrados em ambiente intraplaca como o leste do Canadá (até M7) e norte da Europa (até M5), que estão longe de limites de placas atuais. Um terremoto intraplaca importante é os terremotos de magnitude 8 New Madrid que ocorreram em meados de EUA continental no ano de 1811.

Cargas Glacial fornecer mais de 30 MPa de tensão vertical no norte do Canadá e mais de 20 MPa no norte da Europa durante máximo glacial. Esta tensão vertical é apoiada pelo manto ea flexão da litosfera. Desde o manto ea litosfera responder continuamente às mudanças nas cargas de gelo e água, o estado de tensão em qualquer local muda continuamente no tempo. As mudanças na orientação do estado de estresse é registrada nas falhas postglacial no sudeste do Canadá (Wu, 1996). Quando as falhas postglacial formada no final de 9000 anos atrás degelo, a orientação principal estresse horizontal era quase perpendicular à margem ex-gelo, mas hoje a orientação é no sudoeste-nordeste, ao longo da direção de propagação no Mid-Atlantic Ridge. Isso mostra que o estresse, devido à recuperação pós-glacial teve um papel importante em tempo de deglacial, mas tem gradualmente relaxou assim que o estresse tectônico tornou-se mais dominante hoje.

De acordo com Teoria Mohr-Coulomb de falha rock, grandes cargas glaciais geralmente suprimir terremotos, mas degelo rápido promove terremotos. De acordo com Wu & Hasagawa (1996), o stress ressalto que está disponível para provocar sismos hoje é da ordem de 1 MPa. Este nível de estresse não é grande o suficiente para romper rochas intactas, mas é grande o suficiente para falhas pré-existentes reativas que estão perto de fracasso. Assim, tanto a recuperação pós-glacial e tectônica últimos desempenham papéis importantes na sismos intraplaca de hoje no leste do Canadá e souteast EUA. Geralmente estresse recuperação pós-glacial poderia ter desencadeado os sismos intraplaca no leste do Canadá e pode ter desempenhado algum papel no desencadear terremotos no leste do EUA, incluindo os terremotos New Madrid de 1811 (Wu & Johnston 2000). A situação no norte da Europa hoje é complicada pelas atividades tectônicas ativas nas proximidades e pela carga costeira e enfraquecimento.

Aquecimento Global recente

Recentes O aquecimento global tem causado glaciares de montanha e as camadas de gelo na Groenlândia e da Antártida derreter eo nível global do mar a subir. Portanto monitoramento aumento do nível do mar e do balanço de massa das camadas de gelo e geleiras nos permitem compreender mais sobre o aquecimento global.

Recente aumento do nível do mar tem sido monitorado por marégrafos e Altimetria por satélite (por exemplo, TOPEX / Poseidon). Além da adição de água gelo derretido de geleiras e camadas de gelo, o nível do mar mudanças recentes também são afetados pela expansão térmica da água do mar devido ao aquecimento global, alterações do nível do mar devido ao degelo da última Idade do Gelo (postglacial mudança do nível do mar ), deformação do piso de terra e mar e outros factores. Assim, para entender o aquecimento global da mudança do nível do mar, é preciso ser capaz de remover esses outros fatores, especialmente recuperação pós-glacial, uma vez que é um dos principais fatores.

A variação de massa de camadas de gelo pode ser monitorizado medindo as mudanças na altura da superfície de gelo, a deformação do chão abaixo e as mudanças no campo de gravidade por cima da folha de gelo. Assim ICESat, E GPS Missão satélite GRACE são úteis para tal finalidade (Wahr, Wingham & Bentley 2000). Deformação No entanto, ajuste isostático glacial das camadas de gelo moído e afetar o campo de gravidade hoje. Assim ajuste isostático glacial entendimento é importante no acompanhamento do aquecimento global recente.

Aplicações

O quão rápido e quanto (ou seja, os amplitude) postglacial rebote rendimentos é determinada por dois fatores: (i) a viscosidade ou de reologia (lei de fluxo) no manto, e (ii) o carregamento de gelo e histórias descarga na superfície da Terra.

Viscosidade ou reologia do manto é importante na compreensão convecção do manto, placas tectônicas, processos dinâmicos na Terra, o estado térmico e evolução térmica da Terra. No entanto viscosidade é difícil de observar porque as experiências de fluência de rochas do manto levar milhares de anos para observar e as condições de temperatura e pressão ambiente não são fáceis de alcançar por um tempo suficientemente longo. Assim, as observações de recuperação pós-glacial fornecer um experimento natural para medir manto reologia. Modelação de ajuste isostático glacial aborda a questão de como as mudanças de viscosidade na radial (Vermeersen et al., 1998, 1998 Peltier, Kaufmann & Lambeck 2002) e lateral (Wang & Wu 2006) e se a lei fluxo é linear ou não-linear (Karato & Wu 1993).

Histórias espessura do gelo são úteis no estudo da paleoclimatology, glaciologia e paleo-oceanografia. Histórias espessura do gelo são tradicionalmente deduzida a partir dos três tipos de informação: primeiro, os dados do nível do mar em locais estáveis longe dos centros de deglaciation dar um eastimate de quanta água entrou nos oceanos ou equivalentemente quanto gelo foi trancado no máximo glacial . Em segundo lugar, a localização e as datas de morenas terminais nos dizer a extensão da área e retirada das camadas de gelo passadas. Física de geleiras nos dá o perfil teórico das camadas de gelo em equilíbrio, ele também diz que a espessura e extensão horizontal das camadas de gelo de equilíbrio estão intimamente relacionados com a condição basal das camadas de gelo. Assim, o volume de gelo preso é proporcional à sua área instantânea. Finalmente, as alturas de praias antigas nos dados do nível do mar e as taxas de soerguimento da terra observadas (por exemplo, de Ou GPS VLBI) podem ser usadas para restringir a espessura do gelo local. Um modelo de gelo populares deduzida dessa forma é o modelo ICE5G Peltier (2004). Como a resposta da Terra a mudanças em altura de gelo é lento, não pode gravar flutuação rápida ou surtos de lençóis de gelo, assim, os perfis das camadas de gelo deduzidas desta maneira só dá a "altura média" mais de mil anos ou mais (Hughes 1998) .

Ajuste isostático glacial também desempenham um papel importante na compreensão recente aquecimento global e mudanças climáticas.

História da pesquisa

Antes do século 18, a crença na Suécia foi que os níveis do mar estavam afundando. Por iniciativa do Anders Celsius uma série de marcas foram feitas em rocha em diferentes locais ao longo da costa sueca. Em 1765, foi possível concluir que não era um abaixamento do nível do mar, mas um aumento desigual da terra. Em 1865 Thomas Jamieson veio com uma teoria de que a ascensão da terra está ligado com a idade do gelo que primeiro tinha sido descoberto em 1837. A teoria foi aceita depois de investigações por Gerard De Geer de costas velhos na Escandinávia publicados em 1890.

Status legal

Em áreas onde o levante de terra é visto, é necessário definir os limites exatos da propriedade. Na Finlândia, a "nova terra" é legalmente de propriedade do proprietário da área de água, não todos os proprietários de terra na costa. Portanto, paradoxalmente, se o proprietário do terreno pretende construir um píer sobre a "nova terra", ele precisa da permissão do proprietário da área de água.