Ajuste postglacial

Los cambios en la elevación del lago Superior debido a la glaciación y el rebote post-glacial

Rebote post-glacial (a veces llamado rebote continental, rebote isostático, ajuste isostático o recuperación isostático post-hielo-edad) es el ascenso de masas de tierra que estaban deprimidos por el enorme peso de las capas de hielo durante el último período glacial, a través de un proceso conocido como depresión isostático. Afecta el norte de Europa, especialmente en Escocia , Fennoscandia y el norte de Dinamarca , Siberia, Canadá , y la de los Grandes Lagos de Canadá y los Estados Unidos .

Visión de conjunto

Durante el último período glacial, gran parte del norte de Europa , Asia , América del Norte , Groenlandia y la Antártida fueron cubiertos por capas de hielo. El hielo era tan grueso hasta tres kilómetros durante el último máximo glacial hace unos 20.000 años. El enorme peso de este hielo causó la superficie de la corteza se deforme y downwarp bajo la carga de hielo, forzando al fluido material del manto fluya lejos de la zona cargada. Al final de la edad de hielo, cuando los glaciares se retiraron, la eliminación del peso de la tierra deprimido llevó a elevar o rebote de la tierra y el flujo de retorno de material del manto de nuevo bajo el área de desglaciación. Debido a la extrema viscosidad del manto, que tomará muchos miles de años por la tierra para llegar a un nivel de equilibrio.

Los estudios han demostrado que la elevación ha tenido lugar en dos etapas distintas. El levantamiento siguiente deglaciación inicial fue rápida (llamado "elástica"), y se llevó a cabo como se está descargando el hielo. Después de esta fase "elástica", Uplift proceder por "frenar el flujo viscoso" por lo que la tasa se redujo exponencialmente después de eso. Hoy en día, las tasas de levantamiento típicos son del orden de 1 cm / año o menos. En el norte de Europa, esto se muestra claramente por el Datos GPS obtenidos por la red BIFROST GPS . Los estudios sugieren que el rebote continuará durante aproximadamente al menos otros 10.000 años. La elevación total desde el final de deshielo depende de la carga de hielo local y podría ser de varios cientos de metros cerca del centro de rebote.

Recientemente, el término post-glacial rebote es reemplazado gradualmente por el término de ajuste isostático glacial. Esto es en reconocimiento de que la respuesta de la Tierra a la carga y descarga de los glaciares no se limita sólo al movimiento de rebote al alza, pero implica el movimiento de tierras a la baja, el movimiento de la corteza terrestre horizontal (Johansson et al., 2002; et Sella al., 2007), los cambios en el nivel del mar (Peltier 1998), el campo gravitatorio de la Tierra (Mitrovica y Peltier 1993), inducen terremotos (Wu y Johnston, 2000) y también cambios en el movimiento de rotación (Wu y Peltier 1984).

Efectos

Rebote post-glacial (o glacial isostático Ajuste) producen efectos mensurables en: (i) Vertical Crustal Movimiento, (ii) el nivel del mar, (iii) Horizontal Crustal Movimiento, (iv) la Gravedad, (v) el movimiento de rotación de la Tierra y ( vi) Estado de estrés y terremotos. Estudios de rebote glacial nos dan información sobre la ley de flujo de rocas del manto y también hielo historia pasada hoja. El primero es importante para el estudio de la convección del manto, la tectónica de placas y la evolución térmica de la Tierra. Esto último es importante para el estudio de Glaciología , Paleoclima y los cambios de nivel del mar mundial. Rebote postglacial Entendimiento también es importante para nuestra capacidad de monitorear el cambio global reciente.

Vertical de la corteza de movimiento

En muchos costera cita en áreas con rebote post-glacial hay marcas cronometrados del rebote (esta imagen es de Turku)

Errático cantos rodados, -En forma de U valles, drumlins, eskers, lagos hervidor de agua, roca de fondo estrías son sólo algunas firmas comunes de la Edad de Hielo . Además, el rebote post-glacial ha causado numerosos cambios significativos en las costas y paisajes durante los últimos miles de años, y los efectos siguen siendo significativas.

En Suecia , Lago Mälaren antes era un brazo del mar Báltico , pero elevar eventualmente cortarlo y dio lugar a que se convierta en una agua fresca lago en el siglo 12, en el momento en Estocolmo fue fundada en su salida. Conchas marinas que se encuentran en Sedimentos del lago Ontario implican un evento similar en la prehistoria. Otros efectos pronunciados se pueden ver en la isla de Öland, que tiene poco relieve topográfico debido a la presencia de la muy nivel Stora Alvaret. La tierra ha provocado el aumento de la edad de hierro zona de asentamiento para retroceder desde el Mar Báltico , por lo que las actuales aldeas días en la costa oeste retroceder inesperadamente lejos de la orilla. Estos efectos son bastante dramático en el pueblo de Alby, por ejemplo, donde los Edad de Hierro eran conocidos habitantes de subsistir con la pesca costera sustancial.

Como resultado de rebote post-glacial, la Golfo de Botnia se predice para cerrar finalmente hacia Kvarken. La Kvarken es un UNESCO Patrimonio de la Humanidad Natural , seleccionada como una "zona de tipo" ilustra los efectos de rebote post-glacial y la Holoceno retroceso de los glaciares.

En varios otros Puertos nórdicos, como Tornio y Pori (anteriormente en Ulvila), el puerto tuvo que ser trasladado en varias ocasiones en los últimos siglos. Los nombres de lugares en las regiones costeras también ilustran la tierra creciente: hay lugares llamados 'isla',, 'punto' 'skerry' 'rock' y 'sonido' en el interior. Por ejemplo, Oulunsalo "isla de Oulujoki "es una península, con nombres en el interior como Koivukari" Abedul Rock ", Santaniemi" Sandy Cabo ", y Salmioja" la zanja del sonido ". (Compare y .)

En Gran Bretaña , la glaciación afectada Escocia pero no el sur de Inglaterra , y el rebote post-glacial del norte de Gran Bretaña está causando un movimiento a la baja correspondiente de la mitad sur de la isla . Esto está conduciendo a un aumento del riesgo de inundaciones , especialmente en las áreas que rodean la baja del río Támesis . Junto con el aumento del nivel del mar causado por el calentamiento global , el hundimiento post-glacial del sur de Inglaterra pudiera comprometer seriamente la eficacia de la Barrera del Támesis, Londres más importante de defensa contra inundaciones 's, después de cerca de 2030 .

Los Grandes Lagos de América del Norte se encuentran aproximadamente en la línea de 'pivote' entre el aumento y el hundimiento de la tierra. Lago Superior era antes parte de un lago mucho más grande junto con Lago Michigan y Lago Huron, pero rebote post-glacial plantearon tierra que divide los tres lagos hace aproximadamente 2.100 años. Hoy en día, las costas del sur de los lagos siguen sufriendo el aumento del nivel de agua, mientras que las costas del norte ver los niveles que caen.

Dado que el proceso de ajuste isostático glacial hace que la tierra se mueva con relación al mar, costas antiguas se encuentran para estar por encima del nivel del mar presente día en las áreas que una vez fue glacial. Por otro lado, lugares de la zona protuberancia periférica que fue levantada durante la glaciación ahora comienza a disminuir. Por lo tanto playas antiguas se encuentran por debajo de nivel del mar actual día en el área de bulto. El "datos nivel relativo del mar", que consiste en la estatura y edad mediciones de las antiguas playas de todo el mundo, nos dice que el ajuste isostático glacial procedió a un ritmo mayor cerca del final de deglaciación que hoy.

El movimiento actual levantamiento en el norte de Europa se controla también por una Red GPS llama BIFROST (Johansson et al. 2002). Los resultados de los datos GPS muestra que una tasa máxima de alrededor de 11 mm / año existe en la parte norte del Golfo de Botnia, pero esta tasa de elevación disminuye lejos y convertirse en negativo fuera de la antigua margen de hielo.

En el campo cerca de fuera de la antigua margen del hielo, la tierra se hunde en relación con el mar. Este es el caso a lo largo de la costa este de los Estados Unidos, donde las playas antiguas se encuentran sumergidos debajo de nivel del mar actual día y se espera que la Florida para ser sumergido en el futuro (Peltier 1998). Datos GPS en América del Norte también confirma que la elevación de la tierra se convierte en el hundimiento fuera de la antigua margen de hielo (Sella et al. 2007).

Niveles globales del mar

Para formar las capas de hielo de la última edad de hielo, el agua se toma de los océanos a través de la evaporación, condensación en forma de nieve y luego se deposita en forma de hielo en las latitudes altas. Por lo tanto el nivel del mar mundial caería durante la glaciación.

Las capas de hielo en el último máximo glacial eran tan masiva que el nivel del mar mundial se redujo en unos 120 metros. Así estantes continentales quedaran al descubierto y muchas islas se conectaban con los continentes a través de tierra seca. Este es el caso entre las Islas Británicas y Europa, o entre Taiwán, las islas de Indonesia y Asia. Lo más importante es la existencia de un puente de tierra entre Siberia y Alaska, que permiten la migración de las personas y los animales durante el último máximo glacial (Peltier 1998).

La caída en el nivel del mar también afecta a la circulación de las corrientes oceánicas y por lo tanto tiene un impacto importante sobre el clima durante la Edad de Hielo.

Durante deglaciación, el fundido de retorno de agua de hielo a los océanos por lo tanto el nivel del mar en el océano aumenta de nuevo. Sin embargo, los registros geológicos de los cambios del nivel del mar muestran que la redistribución del agua de hielo derretido no es el mismo en todas partes en los océanos. En otras palabras, dependiendo de la ubicación, el aumento de nivel del mar en un sitio determinado puede ser más de lo que en otro sitio. Esto es debido a la atracción gravitacional entre la masa del agua derretida y las otras masas tales como hojas restantes de hielo, glaciares, las masas de agua y las rocas del manto. (Peltier 1998) y los cambios en el potencial centrífuga debida a la rotación de la variable de la Tierra (Mitrovica, Milne y Davis 2001)

Horizontal de la corteza de movimiento

Movimiento vertical de acompañamiento es el movimiento horizontal de la corteza. El GPS BIFROST red muestra que el movimiento diverge desde el centro de rebote (Johansson et al 2002). Sin embargo, la velocidad horizontal más grande se encuentra cerca de la antigua margen de hielo.

La situación en América del Norte es menos cierto, esto es debido a la distribución dispersa de estaciones de GPS en el norte de Canadá, que es bastante inaccesible (Sella et al. 2007).

Campo de gravedad

Hielo, agua y rocas del manto tienen masa, y mientras se mueven alrededor, ejercen una atracción gravitatoria de otras masas hacia ellos. Por lo tanto, el campo de gravedad, que es sensible a toda la masa en la superficie y dentro de la Tierra, quedarán afectados por la redistribución de hielo / agua derretida en la superficie de la Tierra y el flujo de rocas del manto dentro.

Hoy en día, más de 6000 años después de la última deglaciación terminado, el flujo de material del manto de nuevo a la zona glaciar hace que la forma global de la Tierra a ser menos achatada. Este cambio en la topografía de la superficie de la Tierra afecta a los componentes de longitud de onda larga del campo de gravedad.

El campo de gravedad cambiante puede ser detectado por mediciones repetidas con la tierra gravímetros absolutos y recientemente por la Misión del satélite GRACE . Los cambios de componentes de larga longitud de onda de campo de gravedad de la Tierra también perturba el movimiento orbital de los satélites y ha sido detectado por el movimiento del satélite LAGEOS (Yoder et al. 1983).

Vertical Datum

La Vertical Datum es una superficie teórica de referencia para la medición de altitud y juega un papel vital en muchas actividades humanas - incluyendo topografía, construcción de edificios, puentes, etc .. Desde rebote postglacial deforma continuamente la superficie de la corteza terrestre y el campo gravitatorio, el datum vertical necesita ser redefinido en repetidas ocasiones a través del tiempo.

Movimientos de rotación de la Tierra

El examen de los antiguos chinos y babilonios registros de eclipses revelan que la tasa de rotación de la Tierra no es constante. Por ejemplo, si la tasa de rotación es constante, entonces el camino sombra de un antiguo eclipse de Babilonia sería mentir en algún lugar en toda Europa occidental y la antigua Eclipse no se pudo observar en el momento grabada en Babilonia. Es bien sabido que la interacción de las mareas entre la Tierra y la Luna ( La fricción de las mareas o las mareas disipación) provoca la rotación de la Tierra para reducir la velocidad. Pero teniendo en cuenta la interacción de las mareas solo sobre-corrige la trayectoria del eclipse que se encuentran al este de Babilonia. Con el fin de tener el camino sombra pase por Babilonia en el tiempo registrado, tenemos que tener en cuenta el efecto de glacial isostático de ajuste en el movimiento de rotación de la Tierra.

Para entender cómo glacial isostático de ajuste afecta a la velocidad de rotación de la Tierra, observamos que el movimiento de la masa sobre y bajo la superficie de la Tierra afecta a la Momento de inercia de la Tierra, y por la conservación del momento angular , el movimiento de rotación también debe cambiar. Esto se ilustra en el caso de un patinador de hielo que gira: como ella tira en sus brazos, su momento de inercia disminuye y, como consecuencia, que gira más rápido. Por otro lado, como ella extiende sus brazos, su momento de inercia aumenta y su giro se ralentiza.

Durante la glaciación, el agua se toma de los océanos, cuya posición promedio está más cerca del ecuador, y se deposita en forma de hielo sobre las latitudes más altas. Esto hace que el momento de inercia del sistema de agua de hielo para disminuir la Tierra y al igual que la patinadora giratoria tirando en sus brazos, la tierra debe girar más rápido. Durante deglaciación, el agua del hielo derretido regresa a los océanos y provocando así la rotación de la Tierra para reducir la velocidad. En realidad, también hay que tener en cuenta el flujo de rocas del manto cuya dirección es opuesta a la del agua, pero cuya tasa es mucho más lento. De todos modos, después del final de deshielo, el movimiento de masas dominante es desde el flujo de retorno de las rocas del manto de nuevo a las áreas glaciares en alto latititude, haciendo que la forma de la Tierra menos achatado, por lo tanto la velocidad de rotación de la Tierra aumenta hoy.

El aumento en la tasa de rotación de la Tierra hace que la duración del día (LOD) para disminuir. Lambeck (1977) estima que la duración de la jornada se reduce en alrededor de 0,7 milisegundos por siglo. Debido a que el momento de inercia que determina la velocidad de rotación está estrechamente relacionado con el achatamiento de la Tierra, cuya tasa de cambio está relacionado con el movimiento anómalo observado de satélites artificiales de la Tierra como LAGEOS, el aumento de la tasa de rotación de la Tierra se ve confirmada por el movimiento observado de LAGEOS (Yoder et al., 1983) y se atribuye generalmente a Glacial isostático de Ajuste (Wu y Peltier 1984).

Además de los cambios en la tasa de rotación de la Tierra, los cambios en el momento de inercia debido a glacial isostático Ajuste también hacen que el eje de rotación de pasar de la posición actual cerca del Polo Norte hacia el centro de las masas de hielo en el máximo glacial (True Polar Wander), por lo que se está moviendo hacia el este de Canadá a una tasa de alrededor de 1 grado por millones de años (Vicente y Yumi 1969, Wu y Peltier 1984).

Esta deriva de eje de rotación de la Tierra a su vez afecta el potencial centrífuga en la superficie de la tierra y por lo tanto también afecta los niveles del mar (Mitrovica, Milne y Davis 2001).

Estado de estrés y Intraplate Terremotos

De acuerdo con la teoría de la tectónica de placas , la interacción placa-placa produce terremotos cerca de los límites de placas. Sin embargo, los grandes terremotos se encuentran en el medio ambiente de intraplaca como el este de Canadá (hasta M7) y el norte de Europa (hasta M5), que están lejos de actuales límites de las placas. Un terremoto de intraplaca importante son los terremotos de magnitud 8 New Madrid que se produjeron en EE.UU. a mediados de continental en el año 1811.

Cargas glaciares proporcionan más de 30 MPa de tensión vertical en el norte de Canadá y más de 20 MPa en el norte de Europa durante el máximo glacial. Este esfuerzo vertical es apoyado por el manto y la flexión de la litosfera. Desde el manto y la litosfera responden continuamente a las cambiantes cargas de hielo y agua, el estado de estrés en cualquier lugar cambia continuamente en el tiempo. Los cambios en la orientación del estado de estrés se registra en las faltas postglaciales en el sureste de Canadá (Wu 1996). Cuando las fallas postglaciales formaron al final de deglaciación hace 9.000 años, la orientación horizontal de la tensión principal era casi perpendicular al anterior margen de hielo, pero hoy en día la orientación es en el noreste-suroeste, a lo largo de la dirección de propagación de la Mid-Atlantic Ridge. Esto demuestra que el estrés debido al rebote postglacial había jugado un papel importante a la hora de deglacial, pero ha relajado gradualmente de modo que la tensión tectónica se ha vuelto más dominante en la actualidad.

De acuerdo con la Mohr-Coulomb Teoría de la insuficiencia de rock, grandes cargas glaciales general suprimir los terremotos, pero deglaciación rápida promueve terremotos. Según Wu y Hasagawa (1996), el estrés rebote que está disponible para desencadenar terremotos hoy en día es del orden de 1 MPa. Este nivel de estrés no es lo suficientemente grande para romper rocas intactas pero es lo suficientemente grande como para fallos pre-existentes reactivos que se acercan al fracaso. Así, tanto rebote postglacial y tectónica últimos juegan un papel importante en los terremotos intraplaca de hoy en el este de Canadá y EE.UU. souteast. Generalmente el estrés rebote postglacial podría haber provocado los terremotos intraplaca en el este de Canadá y puede haber jugado algún papel en el desencadenamiento de terremotos en el este de EE.UU. incluyendo los terremotos de Nuevo Madrid de 1811 (Wu & Johnston, 2000). La situación en el norte de la Europa de hoy es complicado por las actividades tectónicas activas cercanas y por la carga de la costa y debilitamiento.

Reciente Calentamiento Global

Recientes El calentamiento global ha hecho que los glaciares de montaña y las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida se derrita y el nivel global del mar en aumento. Por lo tanto el monitoreo del nivel del mar y el balance de masa de las capas de hielo y los glaciares nos permitirá entender más sobre el calentamiento global.

Reciente aumento del nivel del mar ha sido supervisado por mareógrafos y altimetría por satélite (por ejemplo, TOPEX / Poseidon). Además de la adición de agua del hielo derretido de los glaciares y las capas de hielo, los cambios del nivel del mar reciente también se ven afectados por la expansión térmica del agua del mar debido al calentamiento global, el cambio del nivel del mar debido al deshielo de la última glaciación (modificar el nivel del mar postglacial ), la deformación del suelo de la tierra y el mar y otros factores. Por lo tanto, para entender el calentamiento global del cambio del nivel del mar, uno debe ser capaz de eliminar estos otros factores, especialmente rebote postglacial, ya que es uno de los principales factores.

Cambios en masa de las capas de hielo se pueden monitorizar midiendo los cambios en la altura de la superficie de hielo, la deformación de la tierra abajo y los cambios en el campo gravitatorio sobre la capa de hielo. Así ICESat, GPS y Misión del satélite GRACE son útiles para tal fin (Wahr, Wingham y Bentley 2000). Deformación Sin embargo, el ajuste isostático glacial de las capas de hielo molido y afectar el campo de gravedad hoy. Por lo tanto la comprensión ajuste isostático glacial es importante en la vigilancia reciente calentamiento global.

Aplicaciones

¿Qué tan rápido y cuánto (es decir, los de amplitud) el producto de rebote postglaciales está determinada por dos factores: (i) la viscosidad o la reología (ley de flujo) en el manto, y (ii) la carga de hielo y historias de descarga en la superficie de la Tierra.

La viscosidad o reología del manto es importante para entender la convección del manto, la tectónica de placas, los procesos dinámicos de la Tierra, el estado térmico y la evolución térmica de la Tierra. Sin embargo viscosidad es difícil de observar porque los experimentos de fluencia de las rocas del manto toman miles de años para observar y las condiciones de temperatura y presión ambientales no son fáciles de alcanzar por un tiempo suficientemente largo. Por lo tanto, las observaciones de rebote postglacial proporcionan un experimento natural para medir la reología manto. Modelización de ajuste isostático glacial aborda la cuestión de cómo los cambios de viscosidad en la radial (Vermeersen et al. 1998, Peltier 1998, Kaufmann y Lambeck 2002) y lateral (Wang y Wu 2006) y si la ley flujo es lineal o no lineal (Karato & Wu 1993).

Historias de espesor de hielo son útiles en el estudio de la paleoclimatología, glaciología y paleo-oceanografía. Historias de espesor de hielo son tradicionalmente deducen de los tres tipos de información: En primer lugar, los datos de nivel del mar en sitios estables alejadas de los centros de deglaciación dan una eastimate de la cantidad de agua entró en los océanos o equivalentemente la cantidad de hielo fue encerrado en el máximo glacial . En segundo lugar, la ubicación y las fechas de morrenas terminales nos dicen que la extensión del área y el retroceso de las capas de hielo del pasado. Física de los glaciares nos da el perfil teórico de las capas de hielo en el equilibrio, también dice que el espesor y la extensión horizontal de las capas de hielo de equilibrio están estrechamente relacionados con la condición basal de las capas de hielo. Así, el volumen de hielo encerrado es proporcional a su área instantánea. Por último, las alturas de playas antiguas en los datos de nivel del mar y las tasas de levantamiento de tierra observados (por ejemplo, de GPS o VLBI) se puede utilizar para limitar el espesor del hielo local. Un modelo de hielo populares deducida de esta manera es el modelo ICE5G Peltier (2004). Debido a que la respuesta de la Tierra a los cambios en la altura del hielo es lento, no puede grabar fluctuación rápida o sobrecargas de las capas de hielo, por lo tanto los perfiles de la capa de hielo deduce de esta manera sólo da la "altura media" más o menos mil años (Hughes 1998) .

Ajuste isostático glacial también desempeñan un papel importante en la comprensión del calentamiento global y el cambio climático reciente.

Historia de la exploración

Antes del siglo 18 la creencia en Suecia fue que los niveles del mar se hundían. Por iniciativa de Anders Celsius se hicieron una serie de marcas en la roca en diferentes lugares a lo largo de la costa sueca. En 1765, fue posible concluir que no fue una disminución de los niveles del mar, pero un aumento desigual de la tierra. En 1865 Thomas Jamieson llegó con la teoría de que la subida de la tierra está relacionado con la edad de hielo que primero había sido descubierto en 1837. La teoría fue aceptada después de las investigaciones realizadas por Gerard De Geer de antiguas líneas de costa en Escandinavia publicados en 1890.

Estatus legal

En las zonas donde se ve el levantamiento de la tierra, es necesario definir los límites exactos de la propiedad. En Finlandia, la "nueva tierra" es legalmente la propiedad del dueño de la zona de aguas, no cualquier propietarios de la tierra en la orilla. Por lo tanto, paradójicamente, si el propietario de la tierra desea construir un muelle sobre la "nueva tierra", necesita el permiso del propietario de la zona de agua.