Ледник кажется неподвижной частью пейзажа, но это медленно движущаяся масса льда, которая меняется под действием накопления снега, таяния и течения. Чтобы понять, растёт он или теряет массу, учёным недостаточно однажды измерить его длину. Наблюдения повторяют разными способами: непосредственно на льду, с самолётов и спутников, а иногда — по гравитационным сигналам Земли.
У каждого метода свой масштаб и свои ограничения. Полевые измерения могут дать подробные сведения о конкретном участке, но опасны и трудоёмки; спутники охватывают большие территории, однако не всегда показывают, что именно вызвало изменение. Сочетание независимых методов помогает проверять выводы и отличать временные колебания от долговременной тенденции.
- Что именно измеряют
- Полевые наблюдения: снегомерные рейки и шурфы
- Спутники и съёмка с воздуха
- Сравнение методов
- Что рассказывают ледяные керны
- Как объединяют измерения
- Почему остаются неопределённости
- На что смотреть читателю в сообщениях о ледниках
- Частые вопросы
- Можно ли определить потерю массы только по уменьшению длины ледника?
- Почему спутники не заменяют экспедиции?
- Какой метод самый точный?
- Источники данных и терминологии
Что именно измеряют
Слово «изменение ледника» объединяет несколько разных величин. Можно измерять его границу и площадь, скорость движения льда, высоту поверхности, толщину, а также изменение массы за выбранный период. Эти показатели связаны, но не заменяют друг друга: уменьшение площади не говорит само по себе, сколько льда потеряно, а более быстрое течение ещё не означает, что ледник набирает массу.
Для оценки состояния используют понятие баланса массы. Оно показывает разницу между поступлением снега и льда и их потерей за определённый период, обычно за гидрологический год. Если потери превышают поступление, баланс отрицательный; если поступление больше — положительный. Баланс массы важен для понимания того, как ледник реагирует на климат, но его нельзя свести к одному измерению в одной точке.
Ледник также отличается от ледникового щита. Ледниковые щиты Гренландии и Антарктиды покрывают огромные территории и рассматриваются отдельно от тысяч горных и долинных ледников. При этом все они участвуют в изменении уровня моря, хотя влияние конкретного ледника зависит от того, куда уходит талая вода и как меняется его масса.
Полевые наблюдения: снегомерные рейки и шурфы
Один из прямых способов оценить баланс массы — измерять накопление и таяние на поверхности ледника. На выбранных участках исследователи бурят снеговые скважины или роют шурфы, изучают слои снега и определяют их плотность. Чтобы отслеживать изменение высоты поверхности, устанавливают специальные рейки. Сравнение повторных измерений показывает, сколько снега накопилось или растаяло в конкретном месте.
Наблюдатели обычно обследуют не только одну высоту, а несколько участков от нижней до верхней части ледника. Внизу чаще преобладает таяние, тогда как выше снег может сохраняться дольше, однако распределение зависит от рельефа, ветра, осадков и местных условий. По измерениям строят оценку баланса для всего ледника, но для этого приходится учитывать, что между точками данные не наблюдались непосредственно.
Преимущество полевого метода — возможность увидеть детали, которые трудно различить из космоса: слои снега, поверхностный лёд, трещины и локальные особенности таяния. Его слабые стороны — высокая стоимость, сложный доступ и опасность работы на леднике. Кроме того, несколько точек не могут полностью описать большую или сильно неоднородную территорию, поэтому полевые ряды особенно ценны как проверка дистанционных оценок.
Спутники и съёмка с воздуха
Спутниковые снимки помогают регулярно картировать границы ледников и сравнивать их положение в разные годы. Оптические изображения позволяют распознавать лёд и снег по отражению света, но облака и сезонный снежный покров могут мешать наблюдениям. Радиолокационные приборы способны собирать данные независимо от освещения и часто работают сквозь облачность, однако интерпретация их сигнала требует специальных методов.
Для оценки изменения высоты поверхности сравнивают цифровые модели рельефа, полученные в разные даты. Если ледник стал ниже, это указывает на потерю объёма в соответствующей области, но не даёт автоматически точной оценки массы: необходимы сведения о плотности материала и качестве моделей. Аэрофотосъёмка и лазерное сканирование с самолётов дают подробные данные для отдельных районов, но обычно не охватывают мир с той же регулярностью, что спутниковые наблюдения.
Скорость движения льда можно оценивать, сопоставляя изображения одной местности, сделанные с интервалом. Алгоритмы ищут повторяющиеся детали поверхности — например, линии обломков или трещины — и определяют, насколько они сместились. Такой способ даёт пространственную картину движения, но результат зависит от качества снимков, интервала между ними и того, насколько хорошо различимы ориентиры.
Разные спутниковые программы отвечают на разные вопросы. Оптические и радиолокационные снимки подходят для наблюдения за формой и движением ледников, лазерная альтиметрия измеряет высоту поверхности по времени возврата импульса, а гравиметрические миссии отслеживают изменения распределения массы на больших территориях. Например, миссия GRACE и её продолжение GRACE-FO регистрируют изменения гравитационного поля Земли. Их данные полезны для оценки массовых изменений крупных ледовых областей, но пространственное разрешение не позволяет трактовать сигнал как измерение отдельного небольшого ледника.
Сравнение методов
| Метод | Что помогает оценить | Сильная сторона | Ограничение |
|---|---|---|---|
| Рейки, скважины и шурфы | Накопление снега и поверхностное таяние в точках наблюдений | Подробные измерения непосредственно на леднике | Трудоёмкость и ограниченное число точек |
| Оптическая и радиолокационная съёмка | Границы, перемещения и состояние поверхности | Покрытие больших территорий и повторные наблюдения | Облачность, сезонность или сложность интерпретации сигнала |
| Лазерная альтиметрия и модели рельефа | Изменение высоты поверхности | Возможность сравнить высоты в разные даты | Для перехода от высоты к массе нужны дополнительные данные |
| Гравиметрия | Изменение массы на крупных территориях | Измерение массовых изменений в широком масштабе | Сигнал объединяет процессы на большой площади |
| Ледяные керны | Состав и последовательность слоёв льда и снега | Сведения о прошлых условиях в месте бурения | Результат относится к конкретному участку и требует датировки |
Что рассказывают ледяные керны
Керн — цилиндрический образец льда, полученный при бурении. В нём сохраняются последовательные слои, а также вещества и частицы, попавшие в снег во время его образования. Изучая химический состав, изотопы воды, пыль и пузырьки воздуха, исследователи получают сведения об условиях формирования льда. Но керн не является готовой «летописью климата»: образец надо датировать и интерпретировать с учётом перемешивания слоёв, таяния и особенностей места бурения.
Керны из ледников и ледниковых щитов помогают изучать прошлые изменения окружающей среды, однако их возможности зависят от расположения и глубины скважины. В одних местах годовые слои различимы лучше, в других снег уплотняется, течёт или частично тает, затрудняя восстановление последовательности. Поэтому выводы из одного образца не следует автоматически переносить на весь регион или на все ледники.
Как объединяют измерения
Ни один способ не даёт полного ответа на все вопросы. Полевые наблюдения помогают понять, что происходит на поверхности, спутниковые данные показывают пространственный масштаб изменений, а модели рельефа позволяют оценивать изменение объёма. Гравиметрия добавляет сведения о массе крупных областей, тогда как керны дают информацию о слоях льда и прошлых условиях.
Исследователи проверяют, согласуются ли независимые оценки. Например, измерения высоты поверхности сопоставляют с полевыми данными о плотности снега и с оценками скорости движения. Если разные методы расходятся, это не обязательно означает, что один из них бесполезен: расхождение может указывать на различия в охвате, периоде наблюдений или способе пересчёта данных.
По оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата в Шестом оценочном докладе, в 2000–2019 годах ледники мира теряли в среднем около 267 миллиардов тонн массы в год; неопределённость оценки составила 16 миллиардов тонн в год. Это глобальная оценка для ледников, а не прогноз для каждого отдельного ледника. Она основана на совокупности наблюдений и расчётов, поэтому её корректно читать вместе с указанным периодом и диапазоном неопределённости.
Почему остаются неопределённости
Измерения осложняют облачность, снегопады, лавины, трещины и труднодоступность горных районов. На отдельных ледниках мало длительных полевых рядов, а дистанционные данные могут быть неодинаково подробными для разных периодов. При сравнении важно также учитывать, что измерения в конце лета и в начале лета могут описывать разные стадии сезонного цикла.
Неопределённость — обычная часть научной оценки, а не признак отсутствия знаний. Её указывают, чтобы показать, насколько результат может отличаться от наиболее вероятного значения. Особенно важно не путать точность прибора с уверенностью в итоговом выводе: даже точное измерение высоты не решает само по себе вопрос о массе, если неизвестна плотность изменившегося слоя.
На что смотреть читателю в сообщениях о ледниках
- На показатель. Уточните, сообщается ли о площади, длине, скорости, высоте или массе: это разные характеристики.
- На период. Сезонное изменение поверхности и многолетний тренд не одно и то же.
- На охват. Результат по отдельному леднику нельзя автоматически переносить на весь регион или планету.
- На неопределённость. Диапазон ошибки помогает понять, насколько надёжно различие между двумя оценками.
Частые вопросы
Можно ли определить потерю массы только по уменьшению длины ледника?
Нет. Длина показывает, где проходит край ледника, но не описывает изменение его толщины и плотности. Для оценки массы нужны дополнительные измерения поверхности, объёма или гравитационного сигнала.
Почему спутники не заменяют экспедиции?
Спутники дают широкий обзор, но не всегда объясняют, почему поверхность изменилась или какова плотность снега и льда. Полевые измерения предоставляют данные для проверки спутниковых оценок и помогают верно интерпретировать их.
Какой метод самый точный?
Универсально лучшего метода нет: точность зависит от вопроса и масштаба. Для накопления снега в конкретном месте полезны полевые измерения, для картирования границ — спутниковые снимки, а для изменения массы большой территории — сочетание дистанционных и гравиметрических данных.
Источники данных и терминологии
Глобальная оценка потери массы приведена по Шестому оценочному докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата, рабочая группа I, глава 9 (2021). Терминология и подходы к наблюдениям за изменениями ледников представлены в материалах Всемирной службы мониторинга ледников (WGMS). Описание гравиметрических миссий GRACE и GRACE-FO основано на материалах NASA и немецкого Центра геонаук GFZ.
