Ledājs

Ledājs ir liela, ilgstoša, no sniega izveidojusies ledus masa, kas veidojas vietās, kur ilgstošā laika periodā sniega uzkrāšanās pārsniedz ablāciju (kušanu, sublimāciju un citus faktorus, kas mazina ledāju). Sniegam zem sava svara pakāpeniski sablīvējoties un pārvēršoties ledū, veidojas kustīga ledus masa, kas gravitācijas ietekmē lēnām plūst. Ledājiem ir liela nozīme, jo tie uzkrāj 68,7% pasaules saldūdens resursu, regulē ūdens apriti, ietekmē jūras līmeni, globālo klimatu un ainavas attīstību.^[1][2][3] Tie darbojas arī kā klimatisko apstākļu arhīvi, jo ledus serdeņos saglabājušās gāzes un aerosoli ļauj rekonstruēt atmosfēras sastāvu tūkstošiem gadu senā pagātnē.^[4][5][6] Ledāji būtiski pārveido reljefu, veicot erozijas un nogulumu uzkrāšanas procesus. Atkarībā no izvietojuma un formas ledājus iedala divās galvenajās grupās — ledāja vairogos (kontinentālajos ledājos), kas aptver lielas teritorijas neatkarīgi no reljefa, piemēram, Grenlandē un Antarktīdā, un alpīnajos ledājos, kas raksturīgi kalniem, piemēram, Himalajos, Alpos un Andos. Papildus tam pastāv arī specifiski veidi, piemēram, ledus cepures, kupoli, šļūdoņi, ledus lauki un šelfa ledāji, kuru dinamiku un ietekmi nosaka gan to morfoloģiskās īpašības, gan klimata apstākļi.

Perito Moreno ledājs Patagonijā, Argentīnā

Ledāji ir sastopami visos kontinentos, izņemot Austrāliju, ar vislielāko koncentrāciju polārajos apgabalos.^[7][8] Pat tropu reģionos, piemēram, Kilimandžāro virsotnē, joprojām saglabājas nelieli ledāji.^[9] To izplatība un dinamika ir nozīmīgi indikatori klimata pārmaiņu izpētē un monitorēšanā.

Ledāju veidošanās

Kalnu jeb alpīnā ledāja shematiska uzbūve (angļu valodā)

Ledāji veidojas sarežģīta un ilgstoša dabas procesa rezultātā, kurā daudzu gadu, pat gadsimtu laikā, uzkrātais sniegs pakāpeniski sablīvējas un pārvēršas par blīvu ledus masu, kas spēj kustēties zem sava svara.^[7][10] Šis process notiek reģionos, kur klimata apstākļi nodrošina pozitīvu masas bilanci, tas ir, gada laikā sniega uzkrāšanās pārsniedz ablāciju (kušanu, sublimāciju un citus faktorus, kas mazina ledāju).

Ledāju veidošanos nosaka specifiski klimatiskie un reljefa apstākļi. Būtiska ir zema gaisa temperatūra, kas ļauj sniegam saglabāties arī vasarā, un pietiekams nokrišņu daudzums sniega uzkrāšanai. Piemēram, Antarktīdas centrālajā daļā gadā nokrišņu daudzums ir mazāks par 50 mm, bet gaisa temperatūra var būt -40 °C,^[11][12] kamēr Patagonijā (Dienvidamerika) nokrišņu daudzums pārsniedz 4000 mm gadā,^[13][14] un ledāju galos vasaras temperatūra var pārsniegt +10 °C.^[15] Jo lielāks ir sniega daudzums, jo augstāka temperatūra var būt pieļaujama ledāju pastāvēšanai. Kalnu reljefs veicina ledāju veidošanos, jo augstumā temperatūra pazeminās, un sniegs saglabājas ilgāk, īpaši ēnainās, ziemeļu (ziemeļu puslodē) vai dienvidu (dienvidu puslodē) nogāzēs.

Ledāja veidošanās sākas ar sniega akumulāciju. Katru gadu jauni sniega slāņi pārklāj iepriekšējos, kas zem pieaugošā svara tiek saspiesti. Šī procesa gaitā sniegā esošais gaiss tiek izspiests, un sniega graudi daļēji kūst, atkārtoti sasalst un pārvēršas par firnu — granulētu, daļēji sablīvētu masu ar lielāku blīvumu (~0,4–0,6 g/cm³). Laika gaitā firns turpina sablīvēties, līdz tas kļūst par ledāja ledu ar blīvumu līdz ~0,91 g/cm³ un kristālisku struktūru. Šajā procesā ledus kristāli palielinās un orientējas atbilstoši deformācijai un spiedienam, kas nosaka ledus mehāniskās īpašības, tostarp spēju plūst vai plastiski deformēties.^[16][17]

Ledājā izšķir divas galvenās zonas. Barošanās (akumulācijas) zonā sniegs uzkrājas un tiek pārvērsts ledū; tā atrodas augstāk kalnos vai tuvāk poliem. Izkušanas (ablācijas) zonā ablācijas rezultātā notiek ledus zudumi. Šo zonu robeža tiek dēvēta par līdzsvara līniju, un tās stāvoklis ir būtisks indikators klimatisko apstākļu izmaiņu novērtēšanā. Ledus slāņos var saglabāties sezonālas svārstības, piemēram, ziemas un vasaras nogulsnes, kā arī gaisa burbuļi, kas ļauj analizēt atmosfēras sastāvu pagātnē. Tādējādi ledāji kalpo arī kā nozīmīgi klimata rekonstrukcijas avots un jutīgi klimata pārmaiņu indikatori.

Ledāju veidi

Lielākais un garākais šļūdonis Alpos — Alečes šļūdonis Šveicē

Ledājus klasificē pēc to izvietojuma, formas, izmēra, dinamikas un morfoloģiskajām īpašībām. Galvenās kategorijas ir kontinentālie ledāji un kalnu jeb alpīnie ledāji, bet pastāv arī pārejas formas, piemēram, ledus cepures, ledus kupoli, šelfa ledāji, karu ledāji un ledus straumes. Katram no šiem veidiem ir savas raksturīgās iezīmes, kas ietekmē to plūsmas veidu, iedarbību uz apkārtējo vidi un reakciju uz klimata pārmaiņām.

Kontinentālie ledāji (ledāja vairogi) ir milzīgas ledus masas, kas aptver plašas sauszemes teritorijas, neatkarīgi no reljefa, un plūst radiāli visos virzienos no centrālās uzkrāšanās zonas. Kontinentālie ledāji būtiski ietekmē globālo klimatu, jūras līmeni un reljefa attīstību. Mūsdienās uz Zemes ir divi galvenie kontinentālie ledāji — Antarktīdas ledus sega, kas aptver ~14 miljonus km²,^[18] vidējais biezums ir 2,16 km,^[19] un Grenlandes ledus sega, kas aptver ~1,7 miljonus km² (aizņem ~80% no Grenlandes salas), vidējais biezums ir 1,67 km. Šie ledāji satur vairāk nekā 99% no visa Zemes ledus un apmēram 68% planētas saldūdens.^[18] Virs kontinentālajiem ledājiem dažkārt slejas izolētas kalnu smailes jeb nunataki. Kontinentālo ledāju perifērijā var izveidoties ledāja mēles, kas ieplūst jūrās un veido šelfa ledājus.

Kalnu jeb alpīnie ledāji veidojas kalnu reģionos, kur virs sniega līnijas reljefs un zemas temperatūras veicina ledus uzkrāšanos. Šie ledāji gravitācijas ietekmē plūst lejup pa ielejām, cieši pielāgojoties reljefa formai. Tie ir mazāki nekā kontinentālie, bet būtiski pārveido reljefu — veido U formas ielejas, morēnas, karus. Biežāk sastopamie kalnu ledāju veidi ir šļūdoņi, kara ledāji, ledus cepures un ledus kupoli. Šļūdoņi (ieleju ledāji) plūst lejup pa kalnu ielejām, piemēram, Alečes šļūdonis Alpos vai Franča Jozefa šļūdonis Jaunzēlandē. Karu ledāji veidojas iedobēs jeb kalnu nogāžu karos, uzkrājas šaurās ieplakās vai stāvu nogāžu plaisās, bieži nelieli un īslaicīgi. Ledus cepures ir kupolveida ledus masas ar platību mazāk par 50 000 km², kuru plūsma nav noteikta ar pamatnes reljefu.^[20] Tās sastopamas, piemēram, Islandē (Vahdnajēgidls), Špicbergenā (Austfonna) un Kanādas Arktiskajā arhipelāgā (Devonas ledus cepure). Ledus kupoli ir mazāka mēroga simetriskas ledus struktūras ar regulāru plūsmu no centra. Kalnu ledāji izplatīti tādos reģionos kā Alpos, Himalajos, Andos un Kaukāzā, kā arī dažās tropiskās augstienēs, piemēram, Kilimandžāro.

Pjemontas ledāji veidojas, kad vairāki kalnu ledāji saplūst vienā lielākā masā kalna pakājē, izplešoties par plakanu ledus lauku, piemēram, Aļaskā, Pamirā. Šelfa ledāji ir liela izmēra, jūrā ieplūdušas ledus masas, kas peld virs ūdens, bet joprojām ir savienotas ar sauszemes ledājiem.^[21] Tie ir īpaši jutīgi pret okeāna temperatūras izmaiņām, piemēram, Ronnes šelfa ledājs, Filhnera šelfa ledājs un Rosa šelfa ledājs Antarktīdā.^[22] Ledus straumes ir ātri plūstošas ledāja daļas kontinentālajos ledājos, kas darbojas kā iekšējās “upes”, transportējot lielu ledus daudzumu okeānā, piemēram, Lemberta glečers Antarktīdā.

Ledāju kustība

Ledāju kustības ātrums Antarktīdā (km/gadā; vietvārdi angļu valodā)

Ledāji nav nekustīgas ledus masas — tie lēnām, bet nepārtraukti pārvietojas smaguma spēka ietekmē no uzkrāšanās zonas uz kušanas zonu. Šī kustība ir sarežģīts fizikāls process, ko nosaka gan ledus iekšējā deformācija, gan slīdēšana pa pamatni, un to būtiski ietekmē klimatiskie, hidroloģiskie un reljefa faktori. Ledāju pārvietošanās ir nozīmīga ne tikai pašā ledāja struktūrā, bet arī zemes virsmas pārveidošanā, nogulumiežu transportēšanā un klimatisko apstākļu rekonstrukcijā. Galvenie ledāja kustības mehānismi ir iekšējā (plastiskā) plūsma un bazālā slīdēšana; daudzviet nozīmīga ir arī subglaciālās virsmas deformācija.^[23][24][25] Plastiskā plūsma norisinās ledus dziļākajos slāņos, kur spiediena ietekmē ledus kristāli deformējas un slīd cits gar citu, ļaujot ledum uzvesties kā ļoti viskozam šķidrumam. Šāds process ir īpaši izteikts kontinentālajos ledājos, piemēram, Grenlandē un Antarktīdā, kur ledus biezums un temperatūra veicina intensīvu deformāciju. Savukārt bazālā slīdēšana notiek, kad viss ledāja apakšējais slānis slīd pa pamatnes iežiem. Šī kustība kļūst iespējama, pateicoties kušanas ūdens klātbūtnei starp ledu un zemi, kas samazina berzi un darbojas kā smērviela. Ūdens var veidoties no ledus kušanas vai tikt pievadīts pazemē, un šis mehānisms ir īpaši raksturīgs kalnu un šelfa ledājiem, kā, piemēram, Himalajos vai Aļaskā.

Ledāju kustības ātrums var būt ļoti dažāds. Kalnu ledāji nereti pārvietojas ar ātrumu no dažiem centimetriem līdz vairākiem metriem diennaktī, bet ledus straumes Antarktīdā var virzīties pat vairākus kilometrus gadā.^[26][27][28] Kontinentālie ledāji, lai gan kustas lēnāk, to dara vienmērīgāk un plašākā mērogā. Kustību ietekmē vairāki faktori — ledus biezums palielina spiedienu un deformācijas iespēju, augstāka temperatūra padara ledu plastiskāku, stāvākas nogāzes paātrina plūsmu, lielāks kušanas ūdens daudzums pamatnē samazina berzi, pamatnes materiāla sastāvs un reljefs ietekmē slīdēšanas efektivitāti, savukārt intensīvi nokrišņi veicina sniega uzkrāšanos un ledus masas palielināšanos. Tāpat kā upēs, arī ledājā centrālā daļa parasti kustas ātrāk nekā malas vai pamatne.

Ledāja kustības laikā augšējie slāņi, kas ir cietāki un mazāk plastiski, tiek pakļauti spriegumiem, kas izraisa plaisu veidošanos. Šīs plaisas ir biežāk sastopamas vietās, kur ledājs paātrinās, maina virzienu, plūst pār stāvām nogāzēm vai nonāk sarežģītā reljefā. Plaisas var sasniegt līdz 50 metru dziļumu, un tās rada ievērojamu risku pētniekiem un kalnu tūristiem.^[29][30] Turklāt ledāja struktūrā var izveidoties viļņveida deformācijas, nosēdumi un iekšēja slāņošanās, kas atspoguļo ilgstošu kustību un spiediena sadalījumu. Ledū mēdz saglabāties arī gaisa burbuļi, putekļi un dažādi iekļāvumi, kas sniedz vērtīgu informāciju par senajiem atmosfēras un klimata apstākļiem.

Ledāju kustības rezultātā uz Zemes virsmas veidojas dažādas reljefa formas, kas atspoguļo gan ledāja virzienu, gan tā dinamiku. Morēnas ir raksturīgi nogulumu veidojumi, kurus veido ieži (smiltis, māli un grants), ko ledājs transportē un uzkrāj. Var būt sānu, vidus, gala vai pamatnes morēnas. Drumlini ir iegareni, eliptiski pauguri, orientēti ledāja kustības virzienā, un arī tie ir veidojušies, ledājam pārvietojoties pāri mīkstiem nogulumiem. Citas raksturīgas formas ir eskera grēdas, kari un U formas ielejas, kas kopā veido klasisko glaciālo ainavu. Tādējādi ledāju kustība nav tikai ģeofizikāls process, bet arī būtisks līdzeklis klimata pārmaiņu analīzei, reljefa veidošanās izpratnei un ūdens resursu ciklu modelēšanai. Turklāt tā var radīt arī bīstamus procesus, piemēram, lavīnas, ledāja ūdens plūdi (jökulhlaup), kā arī šelfa ledāju sabrukšanu, kas būtiski ietekmē piekrastes ekosistēmas un jūras līmeņa svārstības.

Ledāji pasaulē

Ledāju izplatība Eiropā (vācu valodā)

Ledāju lielums un atrašanās vieta uz Zemes ir mainīgi. Mūsdienās visi Zemeslodes ledāji, ieskaitot Antarktīdas un Grenlandes ledus segas, kopumā aizņem aptuveni 15–16 miljonus km², kas ir ap 10% no visas sauszemes platības (Antarktīda ~14 miljoni km², Grenlande ~1,7 miljoni km²).^[18][31][32] Ledājos kopā ir aptuveni 30–33 miljoni km³ ledus (Antarktīdas ledus sega: ~27.2–30 milj. km³; Grenlandes ledus sega: ~2.9 milj. km³; pārējie ledāji: ~0.158 milj. km³).^[18][33] Tas veido vairāk nekā 68 % no planētas saldūdens krājumiem.

Savulaik arī Latvijas teritoriju klājis tikpat biezs ledus, kā tagad ir Antarktīdā. Pēdējoreiz ledājs no Latvijas teritorijas atkāpās klimata sasilšanas laikā pirms 15 000 gadiem.^[34]