Ледник кажется неподвижным, но на самом деле медленно течёт под действием силы тяжести и меняет размеры. Чтобы понять, что происходит с ним в глубине и как быстро он теряет лёд, одного наблюдения с ближайшего склона недостаточно. Исследователи сопоставляют полевые измерения, карты, фотографии и спутниковые данные: каждый способ показывает свою часть процесса.
Главная трудность в том, что ледник одновременно получает и теряет массу. Снег накапливается в верхней части, уплотняется и превращается в лёд, а ниже таяние, испарение и откалывание льда могут уносить накопленное. Поэтому длина ледника, его скорость и изменение массы — связанные, но не взаимозаменяемые показатели. Именно в этом состоит одна из главных «загадок» гляциологии: как по отдельным измерениям восстановить поведение всей ледяной системы.
- Что именно пытаются выяснить учёные
- От наблюдений на льду к измерению движения
- Какие методы отвечают на разные вопросы
- Как помогают спутники
- Почему оценки могут различаться
- Что показывают глобальные наблюдения
- Как читать сообщения об изменении ледников
- Частые вопросы
- Можно ли определить состояние ледника только по его краю?
- Почему учёные продолжают ездить на ледники, если есть спутники?
- Одинаково ли быстро движется весь ледник?
- Что означает потеря массы ледника для уровня моря?
Что именно пытаются выяснить учёные
Ледником называют устойчивое тело наземного льда, которое образуется из снега и движется под действием собственного веса. Для его изучения важно различать несколько характеристик. Длина показывает положение края ледника, площадь — охваченную им поверхность, толщина — вертикальный размер льда, а баланс массы — разницу между поступлением и потерями за определённый период.
Эти величины могут меняться неодинаково. Например, край ледника способен отступать, даже если отдельный участок льда продолжает двигаться вниз по долине. И наоборот, кратковременное продвижение края не доказывает, что ледник в целом набирает массу: на результат влияют форма долины, скорость потока и особенности таяния. Поэтому исследователи не сводят состояние ледника к одной линии на карте.
Для описания баланса массы территорию ледника условно рассматривают как две зоны. В области питания снег и лёд накапливаются, а в области абляции преобладают потери — прежде всего таяние и испарение. Граница между ними меняется по сезонам и годам. Чтобы оценить общий результат, нужно измерить не только снегопад или таяние в одной точке, но и то, как эти процессы распределены по высоте и площади.
От наблюдений на льду к измерению движения
Систематические исследования альпийских ледников развивались в XIX веке. Джеймс Форбс в 1840-х годах измерял движение льда на леднике Мер-де-Глас во Франции и описывал его течение. Луи Агассис проводил наблюдения на леднике Унтераар в Швейцарских Альпах и опубликовал работу о ледниках в 1840 году. Эти исследования помогали перейти от представления о леднике как о неподвижном массиве к изучению его движения и внутреннего строения.
Один из простых принципов измерения скорости сохранился до сих пор: поставить на льду заметные вехи и определить их координаты повторно. Если сравнить положения одной и той же вехи через известное время, можно оценить, на сколько переместился лёд. Но вехи измеряют движение только в выбранных точках, а поверхность неоднородна: центральная часть потока может двигаться быстрее краёв, которые испытывают трение о склоны.
Полевые группы также используют снегомерные рейки, снеговые шурфы и бурение. Рейка показывает, сколько снега накопилось или растаяло у точки наблюдения; шурф позволяет изучить слои снега и оценить его плотность. Буровые керны дают материал для анализа слоёв льда, пузырьков воздуха и примесей. Такие измерения ценны деталями, но требуют доступа к леднику, повторных выездов и безопасной работы в сложных условиях.
Какие методы отвечают на разные вопросы
Ни один способ наблюдения не решает все задачи. В таблице приведено, что именно можно узнать с помощью основных методов и где находятся их ограничения. На практике наиболее надёжные выводы получают, когда независимые измерения сравнивают между собой.
| Метод | Что измеряет | Основное ограничение |
|---|---|---|
| Вехи и полевые рейки | Скорость движения льда, накопление и таяние снега в точках | Покрывают небольшую часть ледника; нужны повторные выезды |
| Снеговые шурфы и керны | Слои, плотность снега и льда, примеси и изменения во времени | Данные относятся к месту бурения и требуют лабораторного анализа |
| Повторная съёмка рельефа | Изменение высоты поверхности и объёма льда | Сравнение зависит от точности моделей и выбранного периода |
| Оптические спутниковые снимки | Площадь, положение края и видимые изменения поверхности | Облака, тени и сезонный снег могут закрывать границы |
| Радарные спутниковые данные | Изменения поверхности и движение льда, в том числе при облачности | Интерпретация требует обработки и может осложняться рельефом |
| Гравиметрические спутниковые данные | Изменения массы крупных регионов | Сложно отделить сигнал отдельных ледников и учесть другие изменения массы |
Как помогают спутники
Спутниковые наблюдения позволяют регулярно изучать ледники, до которых трудно добраться пешком. Оптические снимки используют для определения площади и положения края, а повторные изображения помогают заметить изменения поверхности. Программа Landsat ведёт наблюдения Земли с 1972 года, поэтому её архив позволяет сравнивать состояние многих районов на протяжении десятилетий. Однако облака, тени, сезонный снег и похожий цвет льда и скальных пород могут затруднять автоматическое выделение границ.
Радарные приборы посылают сигнал и измеряют его отражение от поверхности. Такой подход полезен там, где оптическую съёмку часто закрывают облака, и для некоторых задач позволяет оценивать перемещение поверхности между снимками. Но радарные данные не являются готовой картой скорости: результат зависит от свойств поверхности, рельефа, времени между наблюдениями и используемого алгоритма. Поэтому обработанные данные проверяют по наземным измерениям и другим типам снимков.
Для оценки изменений высоты применяют повторную съёмку рельефа. Например, исследователи сопоставляют цифровые модели поверхности, построенные по спутниковым изображениям или воздушной съёмке. Если поверхность между двумя съёмками стала ниже, это может указывать на потерю льда, однако высота сама по себе ещё не даёт полной оценки массы: нужно учитывать площадь изменения и плотность материала.
Есть и спутники, которые оценивают изменения массы на больших территориях по изменениям гравитационного поля Земли. Миссия GRACE, начавшая работу в 2002 году, и её продолжение GRACE Follow-On, запущенное в 2018 году, отслеживают перераспределение массы в крупных регионах. Их данные важны для общей картины, но пространственное разрешение ограничивает возможность отделить сигнал одного небольшого ледника от соседних процессов, например изменений запасов воды в почве и под землёй.
Почему оценки могут различаться
Разные измерения не обязательно противоречат друг другу. Полевой баланс массы обычно описывает наблюдения в конкретных точках и за конкретный сезон, тогда как спутниковый геодезический подход сравнивает изменение поверхности за более длительный интервал. Чтобы перейти от изменения высоты к изменению массы, исследователям приходится учитывать плотность снега, фирна и льда. Если методы охватывают разные годы или участки, их результаты нельзя сравнивать напрямую без дополнительных расчётов.
Есть и географические причины неопределённости. Ледники различаются по высоте, форме, температурному режиму и связи с озёрами или морем. Даже в одной горной области условия на затенённом склоне и на открытом южном склоне неодинаковы. Поэтому кратковременное наблюдение за одним ледником не всегда показывает тенденцию для всего горного региона.
Чтобы находить ошибки, исследователи сопоставляют независимые наборы данных. Например, карту края можно проверить по снимкам разных лет, а спутниковую оценку высоты — сравнить с наземной съёмкой. Международная служба мониторинга ледников WGMS собирает и обобщает наблюдения о состоянии ледников. Такие сводки помогают видеть общую картину, не превращая отдельное измерение в универсальное правило.
Что показывают глобальные наблюдения
В оценке IPCC, опубликованной в Шестом оценочном докладе, средняя скорость потери массы ледников мира за 2000–2019 годы составила около 267 гигатонн в год, с неопределённостью порядка 16 гигатонн. Речь идёт о ледниках, а не о ледяных щитах Гренландии и Антарктиды. Это усреднённая оценка за большой период и для глобального массива наблюдений; она не означает, что каждый ледник терял массу одинаково быстро.
Такие оценки получают не одним прибором. Спутниковые измерения помогают охватить регионы, полевые наблюдения дают подробные данные о сезонных изменениях, а модели связывают отдельные измерения в пространственно цельную картину. Когда новый набор данных меняет оценку, это не обязательно означает, что прежнее наблюдение было ошибочным: могли измениться охват, метод обработки или период сравнения. Для читателя важны и сама величина, и то, к каким ледникам и годам она относится.
Как читать сообщения об изменении ледников
В новостях о ледниках часто сообщают, что край отступил на определённое расстояние или что площадь уменьшилась. Чтобы понять значение такой цифры, стоит уточнить, за какой срок проводили измерение, каким методом определяли границу и сравнивали ли один ледник или целый регион. Изменение длины фронта не следует автоматически трактовать как прямое измерение потери массы.
Полезно также обращать внимание на неопределённость и слова вроде «среднее», «оценка» и «за период». В гляциологии многие результаты реконструируют из нескольких видов наблюдений, а не измеряют одним прибором в одной точке. Неопределённость не делает вывод бесполезным: она показывает диапазон, в пределах которого данные поддерживают оценку. Чем дольше ряд наблюдений и чем больше независимых методов использовано, тем увереннее можно обсуждать тенденцию.
Частые вопросы
Можно ли определить состояние ледника только по его краю?
Нет. Положение края показывает, где заканчивается ледник в момент съёмки, но не сообщает напрямую о его толщине и общем балансе массы. Для полной оценки нужны дополнительные данные о высоте поверхности, накоплении снега и потерях льда.
Почему учёные продолжают ездить на ледники, если есть спутники?
Спутник охватывает большую площадь, но часто не может заменить измерение на месте. Полевые данные помогают проверить спутниковые оценки, определить плотность снега и изучить процессы, которые не видны на снимке. Вместе эти методы дают более надёжную картину, чем каждый по отдельности.
Одинаково ли быстро движется весь ледник?
Нет. Скорость меняется от участка к участку: на неё влияют наклон поверхности, толщина льда, форма долины и трение у краёв и основания. Поэтому измерения нескольких точек информативнее одной вехи, а спутниковые методы помогают увидеть пространственный рисунок движения.
Что означает потеря массы ледника для уровня моря?
Вода из многих ледников в конечном счёте попадает в океан и вносит вклад в повышение его уровня. Но величину этого вклада нельзя получить простым переносом любой оценки потери массы: важно, куда стекает вода и какой именно массив льда измеряли. В научных сводках вклад ледников рассматривают отдельно от изменений ледяных щитов и других факторов уровня моря.
