注意深い！ここに家を建てると、勝手に「逃げる」

今日の地球温暖化により、氷河は誰にとっても大きな懸念事項となっていますが、氷河は溶けているだけでなく、常に移動していることをご存知でしたか?

01

氷河も活発に活動している

1827年、ある地質学者がアルプスのイーグル氷河に石造りの小屋を建てました。 13年後、小屋は下流1428メートルに移されました。小屋自体は動きません。しかし、小屋が建てられている氷河は常に動いています。

氷河は氷河の氷の変形と滑りによって移動します。それらはすべて氷河自体の重力によって生み出されます。

氷河の動きは水の流れに似ており、中央では速く、側面では遅くなります。氷河の上に一列の花柱を水平に挿すと、すぐに真ん中の花柱がずっと先に移動し、元々一直線だった花柱の列が下流に向かって凸の弧を描くようになります。多くの海洋氷河は、非常に奇妙な弧状のアーチをしています。これは、氷河の移動中に中央と両側で速度が異なるために発生します。

氷河の動き。画像出典：Wikipedia。

不思議なことですが、氷河も水の流れのように渦巻きを形成することがあり、氷河の渦巻きの中にはとても壮観なものもあります。

しかし、氷河は結局のところ氷でできており、氷と水には大きな違いがあります。

最も顕著な点は、氷河の表面には多くの亀裂があり、その中には数十メートルの深さのものもあります。亀裂の存在は氷河が脆いことを示しています。しかし、数百年にわたる調査と観察の結果、氷河の亀裂の深さには一定の限界があることが判明しました。これは、氷河の下部が可塑性を持ち、壊れることなくさまざまな外力に「柔らかく」適応できることを示しています。したがって、氷河は 2 つの部分に分けることができます。表面の壊れやすい層を脆性領域と呼び、その下の「柔らかい」部分を塑性領域と呼びます。塑性域の存在は氷河移動の根本的な原因である。

氷河のクレバス。画像出典：Wikipedia。

02

氷河の「2つのゾーン」はどのようにして形成されたのでしょうか?

この質問に答えるには、まず変形という物理的な概念から始めなければなりません。

物体が外力を受けると、外力に適応したり外力を排除したりするために変形する方法として、弾性変形と塑性変形の 2 つがあります。たとえば、輪ゴムに小さな力が加わると、弾性変形が起こります。力が弾性強度を超えると、塑性変形を起こし、輪ゴムは元の形に戻ることができなくなります。もちろん、輪ゴムにかかる力が特に大きく、輪ゴム自身の破断強度を超えると、輪ゴムは切れてしまいます。

弾性変形（A）、塑性変形（B）、破壊（C）。画像出典: Clinical Gate。

氷は結晶の内部滑りが起こりやすいため、塑性変形を起こしやすい。しかし、外力が急激に増加すると、氷の破壊強度を簡単に超えて、氷が割れてしまう可能性があります。氷は、荷重をゆっくりと加え、長時間にわたって応力がかかった場合にのみ、塑性変形の特性を十分に発揮することができます。

物体が長時間力を受けると、たとえ力が小さくても塑性変形が生じることが知られています。上層の氷層の圧力と上流の氷層の推力により、氷河の下部は常に応力を受けており、これにより下層の氷層の可塑性がより完全に発現します。同時に、圧力により、下層の氷層の融点は上層の氷層の融点よりも低くなるため、下層の氷層は融点に近くなり、塑性変形がより起こりやすくなります。このように、氷河の下部の塑性地帯の出現を理解することは難しくありません。しかし、氷河の表面には長期的なストレスという重要な条件が欠けています。外力が急激に増加すると、直接的に破壊し脆化領域となることが多いです。

塑性領域と脆性領域。図中の点線は塑性領域と脆性領域の境界です。画像提供: ローレン・アダムス。

03

ほとんどの氷河はゆっくりと

氷河の移動速度は1日数センチメートルから数メートルに及ぶため、人間の目で氷河が動いていることを検知するのは困難です。グリーンランドの氷河の中には世界で最も速い速度で移動するものもありますが、1年に移動する量はわずか1000メートルです。他の地域の氷河の年間流出量はわずか100メートル強です。私の国の氷河のほとんどは大陸氷河です。氷河の堆積量は多くなく、氷河上の物質循環は比較的遅いため、移動速度も比較的遅くなります。

氷河の移動速度は季節によって異なり、夏は速く、冬は遅くなります。この違いの理由の一つは、氷河の温度の変化です。氷河が温まると、氷の粘度は急速に低下します。粘度が低下すると可塑性が高まり、氷河の動きが速くなります。夏には、氷河の内部と底に融解水が現れ、これが氷河の急速な移動を促進するもう一つの理由となります。

氷河の移動速度は一般的に非常に遅いですが、一部の氷河は奇妙な「気性」を持っています。長いゆっくりとした動きの後、突然爆発的に前進します。一部の氷河では爆発的な前進が定期的に発生しており、これは氷河の動きの特殊な形態です。この現象を氷河の「ゆらぎ」と呼び、ゆらぎのある氷河を「動的な氷河」と呼びます。

氷河の変動はしばしば壊滅的な洪水を引き起こします。インダス川の上流には氷河があり、定期的に主要な谷に流れ込んでいます。川をせき止めると大きな湖が形成されます。湖が決壊すると洪水が発生し、災害が発生します。新疆ウイグル自治区のヤルカンド川で定期的に発生する大洪水も、氷河の変動によって引き起こされる氷河湖の決壊に関係している可能性がある。

ノルウェーのスヴァールバル諸島の氷河は変動を経験している。写真提供: HEÏDI SEVESTRE。

氷河が大規模に移動する場合には、一連の地質学的現象を引き起こし、生物の絶滅や移動につながり、地球全体の環境を変化させる可能性があります。氷河の動きを研究することで、海面変動、水系や水文学的条件の変化、生物の絶滅や移動に関するタイムリーな情報が得られます。地球にとっての「活動的な」氷河の重要性は過小評価できないようです。

制作 |科学普及中国

著者: アースストーリー

プロデューサー｜中国科学博覧会

提出者: 中国科学院コンピュータ情報ネットワークセンター

この記事の表紙画像と画像は著作権ライブラリから取得しています

画像コンテンツの複製は許可されていません