Retur etter glacial - Post-glacial rebound

En modell av dagens masseforandring på grunn av rebound etter glacial tid og omlasting av havbassengene med sjøvann. Blå og lilla områder indikerer stigning på grunn av fjerning av isdekket. Gule og røde områder indikerer fall når mantelmateriale beveget seg bort fra disse områdene for å forsyne de stigende områdene, og på grunn av sammenbruddet av forebulges rundt isdekket.
Denne lagdelte stranden ved Bathurst-innløpet , Nunavut, er et eksempel på et post-glacial rebound etter den siste istiden. Lite eller ingen tidevann bidro til å danne et lagkakeutseende. Isostatisk rebound er fortsatt i gang her.

Post-glacial rebound (også kalt isostatisk rebound eller crustal rebound ) er økningen av landmasser etter fjerning av den enorme vekten av isark i løpet av den siste isperioden , som hadde forårsaket isostatisk depresjon . Post-glacial rebound og isostatisk depresjon er faser av is-isostasi ( glacial isostatisk justering , glacioisostasy ), deformasjonen av jordskorpen som svar på endringer i ismassefordeling . De direkte økende effektene av tilbakesprang etter glacialt er tydelige i deler av Nord- Eurasia , Nord-Amerika , Patagonia og Antarktis . Imidlertid, gjennom prosessene med siphoning av havet og kontinental levering , blir effekten av post-glacial rebound på havnivå følt globalt langt fra lokalene til nåværende og tidligere isdekk.

Oversikt

Endringer i høyden til Lake Superior på grunn av isbre og tilbakegang etter bre

I løpet av den siste isperioden var mye av Nord-Europa , Asia , Nord-Amerika , Grønland og Antarktis dekket av isdekk , som nådde opptil tre kilometer tykt under ismaksimum for rundt 20 000 år siden. Den enorme vekten av denne is forårsaket overflaten av jordens 's skorpen deformeres og deformere nedad, tvinger den viskoelastiske mantelen materialet til å strømme bort fra det belastede område. Ved slutten av hver isperiode da breene trakk seg tilbake, førte fjerningen av denne vekten til langsom (og fortsatt pågående) løfting eller tilbakesprang av landet og returstrømmen av kappemateriale tilbake under det avfalte området. På grunn av den ekstreme viskositeten til kappen, vil det ta mange tusen år for landet å nå et likevektsnivå .

Hevingen har skjedd i to forskjellige trinn. Den første løftingen etter avfetting var nesten umiddelbar på grunn av den elastiske responsen fra skorpen da isbelastningen ble fjernet. Etter denne elastiske fasen fortsatte løftingen med langsom viskøs strømning med en eksponentielt avtagende hastighet. I dag er typiske løftingsrater i størrelsesorden 1 cm / år eller mindre. I Nord-Europa vises dette tydelig med GPS- data innhentet av BIFROST GPS-nettverket. for eksempel i Finland vokser landets totale areal med omtrent syv kvadratkilometer per år. Studier antyder at rebound vil fortsette i minst 10 000 år til. Den totale løftingen fra slutten av avfettingen avhenger av den lokale isbelastningen og kan være flere hundre meter nær sentrum for tilbakesprengingen.

Nylig blir begrepet "post-glacial rebound" gradvis erstattet av begrepet "glacial isostatisk justering". Dette er som en anerkjennelse av at jordens respons på is- og lossing ikke er begrenset til den oppadgående reboundbevegelsen, men også innebærer bevegelse nedover, horisontal skorpebevegelse, endringer i globale havnivå og jordens tyngdefelt, induserte jordskjelv og endringer i jordens rotasjon. Et annet alternativt begrep er "glacial isostasy", fordi løftet nær sentrum av rebound skyldes tendensen til å gjenopprette isostatisk likevekt (som i tilfelle fjellisostasi). Dessverre gir det begrepet feil inntrykk av at isostatisk likevekt på en eller annen måte er nådd, så ved å legge til "justering" til slutt blir bevegelsen av restaurering vektlagt.

Effekter

Post-glacial rebound produserer målbare effekter på vertikal skorpebevegelse, globale havnivå, horisontal skorpebevegelse, tyngdefelt, jordens rotasjon, skorpespenning og jordskjelv. Studier av glacial rebound gir oss informasjon om strømningsloven til mantelbergarter, noe som er viktig for studiet av mantelkonveksjon, platetektonikk og den termiske utviklingen av jorden. Det gir også innsikt i fortidens isdekkehistorie, noe som er viktig for glaciologi , paleoklimat og endringer i det globale havnivået. Forståelse av post-glacial rebound er også viktig for vår evne til å overvåke nylig global endring.

Vertikal skorpebevegelse

Den elastiske oppførselen til litosfæren og kappen, som illustrerer skorpenes nedsenking med hensyn til landskapsegenskaper som et resultat av den nedadgående kraften til en breen i 'Før', og effektene som smelting og glacial tilbaketrekning har på tilbaketrekningen av kappen og litosfæren i 'Etter'.
Mye av det moderne Finland er tidligere havbunn eller skjærgård: illustrert er havnivået umiddelbart etter siste istid.

Uberegnelig steinblokker , U-formede daler , drumliner , eskere , vannkoker innsjøer , fjell striper er blant de vanligste skriftene til Ice Age . I tillegg har rebound etter glacial forårsaket mange betydelige endringer i kystlinjer og landskap de siste flere tusen årene, og effektene fortsetter å være betydelige.

I Sverige , Lake Mälaren var tidligere en arm av Østersjøen , men heving slutt hogg den av og førte til å bli et ferskvann innsjø i om det 12. århundre, på den tiden da Stockholm ble grunnlagt på sitt utløp . Marine skjell som er funnet i Lake Ontario- sedimenter, innebærer en lignende hendelse i forhistorisk tid. Andre uttalt effekter kan sees på øya Öland , Sverige, som har liten topografisk lettelse på grunn av tilstedeværelsen av det veldig nivået Stora Alvaret . Det stigende landet har ført til at jernalderens bosettingsområde har gått tilbake fra Østersjøen , noe som gjør at dagens landsbyer på vestkysten setter tilbake uventet langt fra kysten. Disse effektene er ganske dramatiske i landsbyen Alby , for eksempel der det var kjent at jernalderen bodde på betydelig kystfiske.

Som et resultat av rebound etter glacialen, er Bottenviken spådd å til slutt nærme seg Kvarken om mer enn 2000 år. Den Kvarken er en UNESCO World Natural Heritage Site , er valgt som en "type område" som illustrerer effekten av landhevning og Holocene glacial retreat .

I flere andre nordiske havner, som Tornio og Pori (tidligere i Ulvila ), har havnen måttet flyttes flere ganger. Stedsnavn i kystregionene illustrerer også det stigende landet: det er innlandssteder som heter 'øy', 'skjær', 'stein', 'punkt' og 'lyd'. For eksempel er Oulunsalo "øya Oulujoki " en halvøy, med innlandet navn som Koivukari "Birch Rock", Santaniemi "Sandy Cape" og Salmioja "the Sound of the Sound". (Sammenlign [1] og [2] .)

Kart over Post Glacial Rebound-effekter på landnivå i Irland og de britiske øyer .

I Storbritannia påvirket breingen Skottland, men ikke Sør- England , og den post-glaciale rebounden i Nord-Storbritannia (opptil 10 cm per århundre) forårsaker en tilsvarende nedadgående bevegelse av den sørlige halvdelen av øya (opptil 5 cm per århundre) ). Dette vil etter hvert føre til økt risiko for flom i Sør-England og Sørvest-Irland.

Siden den isostatiske tilpasningsprosessen får landet til å bevege seg i forhold til havet, er det funnet at gamle strandlinjer ligger over dagens havnivå i områder som en gang var isbre. På den annen side begynner nå stedene i det perifere buleområdet som ble løftet under isbre. Derfor finnes gamle strender under dagens havnivå i buleområdet. De "relative havnivådataene", som består av målinger av høyde og alder på de gamle strendene rundt om i verden, forteller oss at isostatisk tilpasning av isbreen forløp i en høyere hastighet nær slutten av avfettingen enn i dag.

Dagens løftebevegelse i Nord-Europa overvåkes også av et GPS- nettverk kalt BIFROST. Resultater av GPS-data viser en topphastighet på ca. 11 mm / år i den nordlige delen av Bottenviken , men denne løftingsgraden avtar og blir negativ utenfor den tidligere ismarginen.

I nærfeltet utenfor den tidligere ismarginen synker landet i forhold til havet. Dette er tilfelle langs østkysten av USA, hvor gamle strender finnes nedsenket under dagens havnivå, og Florida forventes å være nedsenket i fremtiden. GPS-data i Nord-Amerika bekrefter også at landheving blir synkende utenfor den tidligere ismarginen.

Globale havnivåer

For å danne isarkene fra den siste istiden fordampet vann fra havene, kondenserte som snø og ble avsatt som is på høye breddegrader. Dermed falt det globale havnivået under isingen.

Isarkene ved det siste ismaksimum var så massive at det globale havnivået falt med rundt 120 meter. Dermed ble kontinentalsokkene eksponert, og mange øyer ble koblet med kontinentene gjennom tørt land. Dette var tilfelle mellom de britiske øyer og Europa ( Doggerland ), eller mellom Taiwan, de indonesiske øyene og Asia ( Sundaland ). Det eksisterte også et underkontinent mellom Sibir og Alaska som tillot migrasjon av mennesker og dyr under det siste ismaksimumet.

Fallet i havnivå påvirker også sirkulasjonen av havstrømmer og har dermed viktig innvirkning på klimaet under ismaksimum.

Under avlukking vender det smeltede isvannet tilbake til havene, og dermed øker havnivået i havet igjen. Imidlertid viser geologiske registreringer av havnivåendringer at omfordelingen av det smeltede isvannet ikke er den samme overalt i havene. Avhengig av sted, kan med andre ord økningen i havnivået på et bestemt sted være mer enn det på et annet sted. Dette skyldes gravitasjonsattraksjonen mellom massen av det smeltede vannet og de andre massene, slik som gjenværende isdekk, isbreer, vannmasser og mantelbergarter og endringene i sentrifugalpotensial på grunn av jordens variable rotasjon.

Horisontal skorpebevegelse

Ledsagende vertikal bevegelse er den horisontale bevegelsen til skorpen. BIFROST GPS-nettverket viser at bevegelsen avviker fra senteret for rebound. Imidlertid er den største horisontale hastigheten funnet nær den tidligere ismarginen.

Situasjonen i Nord-Amerika er mindre sikker; Dette skyldes den sparsomme distribusjonen av GPS-stasjoner i Nord-Canada, som er ganske utilgjengelig.

Vippe

Kombinasjonen av horisontal og vertikal bevegelse endrer overflatens helling. Det vil si at steder lenger nord stiger raskere, en effekt som blir tydelig i innsjøer. Bunnen av innsjøene vippes gradvis vekk fra retningen til det tidligere ismaksimumet, slik at innsjøbredden på siden av det maksimale (typisk nord) trekker seg tilbake og den motsatte (sørlige) bredden synker. Dette medfører dannelse av nye stryk og elver. For eksempel ble innsjøen Pielinen i Finland, som er stor (90 x 30 km) og orientert vinkelrett på den tidligere ismarginen, opprinnelig drenert gjennom et utløp midt i innsjøen nær Nunnanlahti til Höytiäinen . Endringen av tilt forårsaket Pielinen til burst gjennom Uimaharju esker på den sørvestlige enden av innsjøen, og skaper en ny elv ( Pielisjoki ) som går til sjøen via Lake Pyhäselkä til Saimaa . Effektene er lik den som gjelder strender, men oppstår over havet. Helning av land vil også påvirke vannstrømmen i innsjøer og elver i fremtiden, og dermed viktig for planlegging av vannressursforvaltning.

I Sverige har Sommens utløp i nordvest en rebound på 2,36 mm / a mens det i den østlige Svanaviken er 2,05 mm / a. Dette betyr at innsjøen sakte vippes og sørøstlige kyster druknet.

Tyngdefelt

Is-, vann- og mantelbergarter har masse , og når de beveger seg, utøver de et tyngdekraft på andre masser mot dem. Dermed blir tyngdefeltet , som er følsomt for all masse på overflaten og i jorden, påvirket av omfordelingen av is / smeltet vann på jordoverflaten og strømmen av mantelbergarter innenfor.

I dag, mer enn 6000 år etter at den siste avfettingen ble avsluttet, fører strømmen av kappemateriale tilbake til det iste området den generelle formen på jorden til å bli mindre glatt . Denne endringen i topografien på jordens overflate påvirker tyngdefeltets komponenter med lang bølgelengde.

Det skiftende gravitasjonsfeltet kan oppdages ved gjentatte landmålinger med absolutte gravimetre og nylig av GRACE- satellittoppdraget. Endringen i komponenter med lang bølgelengde i jordens gravitasjonsfelt forstyrrer også satellittenes omløpsbevegelse og har blitt oppdaget av LAGEOS satellittbevegelse.

Vertikalt datum

Det vertikale datoen er en teoretisk referanseflate for høydemåling og spiller viktige roller i mange menneskelige aktiviteter, inkludert landmåling og bygging av bygninger og broer. Siden postglacial rebound kontinuerlig deformerer skorpeoverflaten og gravitasjonsfeltet, må det vertikale referansen omdefineres gjentatte ganger gjennom tiden.

Tilstand av stress, intraplate jordskjelv og vulkanisme

I følge teorien om platetektonikk , resulterer interaksjon mellom plate og plate i jordskjelv nær plategrensene. Imidlertid finnes store jordskjelv i intraplate miljø som Øst-Canada (opp til M7) og Nord-Europa (opp til M5) som er langt borte fra dagens plategrenser. Et viktig jordskjelv intraplate var jordskjelvet på styrke 8 i Madrid som skjedde i midten av det kontinentale USA i år 1811.

Isbelastning ga mer enn 30 MPa vertikal belastning i Nord-Canada og mer enn 20 MPa i Nord-Europa under ismaksimum. Denne vertikale spenningen støttes av kappen og bøyningen i litosfæren . Siden mantelen og litosfæren kontinuerlig reagerer på skiftende is- og vannbelastninger, endres stresstilstanden hvor som helst, kontinuerlig i tid. Endringene i orienteringen av tilstanden til stress registreres i postglacial feilene i det sørøstlige Canada. Da de postglaciale feilene dannet seg ved slutten av avglassingen for 9000 år siden, var den horisontale hovedspenningsorienteringen nesten vinkelrett på den tidligere ismarginen, men i dag er orienteringen i nordøst-sørvest, i retning av havbunnspredning ved Midt-Atlanteren Ridge . Dette viser at stresset på grunn av postglacial rebound hadde spilt en viktig rolle på deglacial tid, men har gradvis slappet av slik at tektonisk stress har blitt mer dominerende i dag.

I følge Mohr – Coulomb-teorien om bergfeil, undertrykker store isbelastninger generelt jordskjelv, men rask avforgiftning fremmer jordskjelv. Ifølge Wu & Hasagawa er rebound-stresset som er tilgjengelig for å utløse jordskjelv i dag, i størrelsesorden 1 MPa. Dette stressnivået er ikke stort nok til å ødelegge intakte bergarter, men er stort nok til å aktivere eksisterende feil som er nær feil. Dermed spiller både postglacial rebound og past tectonics viktige roller i dagens intraplate jordskjelv i østlige Canada og sørøst i USA. Generelt kan postglacial rebound-stress ha utløst de intraplate jordskjelvene i det østlige Canada, og kan ha spilt noen rolle i å utløse jordskjelv i det østlige USA, inkludert jordskjelv i New Madrid i 1811 . Situasjonen i Nord-Europa i dag er komplisert av dagens tektoniske aktiviteter i nærheten og av kystbelastning og svekkelse.

Økende trykk på grunn av vekten av isen under isingen kan ha undertrykt smeltedannelse og vulkanske aktiviteter under Island og Grønland. På den annen side kan redusert trykk på grunn av avfetting øke smelteproduksjonen og vulkanske aktivitetene med 20-30 ganger.

Nylig global oppvarming

Nylig global oppvarming har ført til at fjellbreer og innlandsisen på Grønland og Antarktis har smeltet og det globale havnivået har økt. Derfor overvåker havnivåstigning og massebalansen mellom isdekk og isbre folk å forstå mer om global oppvarming.

Nylig økning i havnivået har blitt overvåket av tidevannsmåler og satellittmåling (f.eks. TOPEX / Poseidon ). I tillegg til tilsetning av smeltet isvann fra breer og isdekker, påvirkes nylige havnivåendringer av den termiske ekspansjonen av sjøvann på grunn av global oppvarming, havnivåendring på grunn av avfrysing av det siste bremaksimumet (endring av havnivå) , deformasjon av land- og havbunnen og andre faktorer. For å forstå global oppvarming fra havnivåendring, må man være i stand til å skille alle disse faktorene, spesielt postglacial rebound, siden det er en av de ledende faktorene.

Masseforandringer av isark kan overvåkes ved å måle endringer i isoverflatehøyden, deformasjonen av bakken under og endringene i tyngdefeltet over isdekket. Dermed er ICESat , GPS og GRACE satellittoppdrag nyttige for et slikt formål. Imidlertid påvirker isbunnisostatisk justering av isdekket bakdeformasjon og tyngdefeltet i dag. Derfor er forståelse av isostatisk tilpasning av is viktig for å overvåke den siste globale oppvarmingen.

En av de mulige konsekvensene av global oppvarming-utløst rebound kan være mer vulkansk aktivitet i tidligere isdekkede områder som Island og Grønland. Det kan også utløse intraplate jordskjelv nær iskanten på Grønland og Antarktis. Uvanlig rask (opptil 4,1 cm / år) nåværende isostatisk rebound på grunn av nylige tap av ismasser i Amundsenhavets utslagsregion i Antarktis kombinert med lav regional mantelviskositet antas å gi en beskjeden stabiliserende innflytelse på ustabilitet på marinisen i Vest-Antarktis , men sannsynligvis ikke i tilstrekkelig grad for å arrestere den.

applikasjoner

Hastigheten og mengden av postglacial rebound bestemmes av to faktorer: viskositeten eller reologien (dvs. strømmen) av kappen, og isbelastnings- og lossingshistoriene på jordens overflate.

Mantelens viskositet er viktig for å forstå kappekonveksjon , platetektonikk , dynamiske prosesser på jorden, den termiske tilstanden og den termiske utviklingen av jorden. Viskositet er imidlertid vanskelig å observere fordi krypeeksperimenter av kappebergarter med naturlige belastningshastigheter vil ta tusenvis av år å observere, og omgivelsestemperaturen og trykkforholdene ikke er enkle å oppnå i lang nok tid. Dermed gir observasjonene av postglacial rebound et naturlig eksperiment for å måle kappe reologi. Modellering av isostatisk isjustering adresserer spørsmålet om hvordan viskositeten endres i radiale og laterale retninger, og om strømningsloven er lineær, ikke-lineær eller sammensatt reologi. Mantelviskositet kan i tillegg estimeres ved hjelp av seismisk tomografi , der seismisk hastighet brukes som en proxy som kan observeres

Historier om istykkelse er nyttige i studiet av paleoklimatologi , glaciologi og paleo-oceanografi. Historier om istykkelse er tradisjonelt utledet fra de tre typer informasjon: For det første gir havnivådataene på stabile steder langt borte fra avforgingssentrene et estimat på hvor mye vann som kommer inn i havene eller tilsvarende hvor mye is som var låst opp ved ismaksimum. . For det andre forteller plasseringen og datoene for terminalmorenene oss arealomfanget og tilbaketrekningen av tidligere isark. Breenes fysikk gir oss den teoretiske profilen til isark ved likevekt, det står også at tykkelsen og den horisontale utstrekningen av likevektsisen er nært knyttet til islagets basale tilstand. Således er volumet av is låst proporsjonalt med deres øyeblikkelige område. Til slutt kan høyden på gamle strender i havnivådataene og observerte landhevingshastigheter (f.eks. Fra GPS eller VLBI ) brukes til å begrense lokal istykkelse. En populær ismodell utledet på denne måten er ICE5G-modellen. Fordi jordens respons på endringer i ishøyden er treg, kan den ikke registrere raske svingninger eller svingninger av isark, og derfor gir isarkprofilene utledet på denne måten bare "gjennomsnittshøyden" over tusen år eller så.

Isostatisk isjustering av bre spiller også en viktig rolle for å forstå den siste globale oppvarmingen og klimaendringene.

Oppdagelse

Før det attende århundre trodde man i Sverige at havnivået falt. På initiativ av Anders Celsius ble det laget en rekke merker i stein på forskjellige steder langs svenskekysten. I 1765 var det mulig å konkludere med at det ikke var en senking av havnivået, men en ujevn økning i land. I 1865 kom Thomas Jamieson med en teori om at landveksten var knyttet til istiden som først ble oppdaget i 1837. Teorien ble akseptert etter undersøkelser av Gerard De Geer om gamle strandlinjer i Skandinavia publisert i 1890.

Juridiske implikasjoner

I områder der landveksten sees, er det nødvendig å definere de eksakte grensene for eiendom. I Finland er det "nye landet" lovlig eiendommen til eieren av vannområdet, ikke noen grunneiere i fjæra. Derfor, hvis eieren av landet ønsker å bygge en brygge over det "nye landet", trenger de tillatelse fra eieren av det (tidligere) vannområdet. Grunneier på kysten kan løse inn det nye landet til markedspris. Vanligvis er eieren av vannområdet delingsenheten til grunneierne til bredden, et kollektivt holdingselskap.

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker