Rebond post-glaciaire

Les changements dans l'élévation du lac Supérieur en raison de la glaciation et le rebond post-glaciaire

Rebond post-glaciaire (parfois appelé rebond continental, rebond isostatique, l'ajustement isostatique ou restauration du isostatique post-glaciaire) est la montée des masses terrestres qui ont été déprimé par l'énorme poids de plaques de glace au cours de la dernière période glaciaire, grâce à un processus connu sous le nom la dépression isostatique. Elle affecte l'Europe du Nord, en particulier en Ecosse , Fennoscandie et dans le nord du Danemark , Sibérie, le Canada et le Grands Lacs du Canada et le États-Unis .

Vue d'ensemble

Pendant le dernière période glaciaire, une grande partie du nord de l'Europe , l'Asie , l'Amérique du Nord , du Groenland et de l'Antarctique étaient couverts par des calottes glaciaires. La glace était plus épaisse que trois kilomètres lors du dernier maximum glaciaire, il ya environ 20.000 ans. Le poids de cette énorme glace a provoqué la surface de la croûte et de se déformer sous la charge downwarp de glace, forçant le fluide matériau manteau de se écouler loin de la zone chargée. À la fin de l'ère glaciaire, lorsque les glaciers se sont retirés, l'enlèvement du poids de la terre déprimé conduit à élever ou rebond de la terre et le flux de retour de matériel mantellique retour sous la zone déglacé. En raison de l'extrême viscosité du manteau, il faudra des milliers d'années pour la terre de parvenir à un niveau d'équilibre.

Des études ont montré que le soulèvement a eu lieu en deux étapes distinctes. La déglaciation initiale soulèvement suivante a été rapide (appelé «élastique»), et a eu lieu alors que la glace a été déchargé. Après cette phase «élastique», Uplift procéder par «ralentir l'écoulement visqueux" de sorte que le taux a diminué de façon exponentielle après. Aujourd'hui, les taux de soulèvement typiques sont de l'ordre de 1 cm / an ou moins. En Europe du Nord, ce est clairement démontré par le Les données GPS obtenues par le réseau GPS BIFROST . Des études suggèrent que le rebond va continuer pendant environ au moins une autre 10000 années. Le soulèvement totale de la fin de la déglaciation dépend de la charge de glace local et peut être de plusieurs centaines de mètres près du centre de rebond.

Récemment, le terme rebond post-glaciaire est progressivement remplacé par le terme l'ajustement glacio-isostatique. Ce est en reconnaissance du fait que la réponse de la Terre à une charge glaciaire et de déchargement ne se limite pas au mouvement de rebond vers le haut, mais implique le mouvement de la terre à la baisse, le mouvement de la croûte terrestre horizontale (Johansson et al., 2002; Sella et al., 2007), les changements au niveau mondial des mers (1998) Peltier, le champ de gravité de la Terre (Mitrovica & Peltier 1993), induire des tremblements de terre (Wu & Johnston, 2000) et aussi des changements dans le mouvement de rotation (Wu & Peltier 1984).

Effets

Rebond post-glaciaire (ou glacio-isostatique Adjustment) produisent des effets mesurables sur: (i) Vertical croûte Mouvement, (ii) le niveau des mers, (iii) Horizontal croûte Mouvement, (iv) le champ de gravité, (v) un mouvement de rotation de la Terre et ( vi) État de stress et de tremblements de terre. Études de rebond glaciaire nous donnent des informations sur le droit de la circulation de roches du manteau et également de la glace l'histoire passée de la feuille. Le premier est importante à l'étude de la convection du manteau, la tectonique des plaques et de l'évolution thermique de la Terre. Ce dernier est important pour l'étude de la glaciologie , Paléoclimats et les changements de niveau de la mer mondial. Rebond postglaciaire compréhension est également important de notre capacité à surveiller les changements mondiale récente.

Vertical croûte Mouvement

Sur beaucoup côtière cite dans les zones à rebond post-glaciaire il ya des marques chronométrés du rebond (Cette image est tirée Turku)

Erratique rochers, En forme de U vallées, drumlins, eskers, lacs de kettle, soubassement stries sont que quelques signatures communes de l' âge de glace . En outre, rebond post-glaciaire a causé de nombreux changements importants à côtes et des paysages au cours des dernières années plusieurs milliers, et les effets continueront à être importants.

En Suède , le lac Mälaren était autrefois un bras de la mer Baltique , mais élever finalement couper et a mené à elle devenir un eau fraiche lac sur le 12ème siècle, au moment où Stockholm a été fondée à sa sortie. Coquillages marins de la Sédiments du lac Ontario impliquent un événement similaire à l'époque préhistorique. Autres effets marqués peuvent être vus sur l'île de Öland, qui a peu de relief topographique due à la présence du niveau très Stora Alvaret. Le Levant a causé l' Âge du Fer zone de peuplement à se éloigner de la mer Baltique , ce qui rend les présents villages de jours sur la côte ouest en retrait de façon inattendue loin de la rive. Ces effets sont assez spectaculaires dans le village de Alby, par exemple, où les l'âge du fer habitants étaient connus pour subsister sur la pêche côtière substantielle.

À la suite de rebond post-glaciaire, le Golfe de Botnie est prévu de fermer éventuellement jusqu'à au Kvarken. Le Kvarken est une UNESCO site du patrimoine naturel mondial , sélectionné comme une «zone de type" illustrant les effets de rebond post-glaciaire et de la Holocène retrait glaciaire.

Dans plusieurs autres Ports nordiques, comme Tornio et Pori (anciennement au Ulvila), le port a dû être déplacé à plusieurs reprises dans les siècles passés. Les noms de lieux dans les régions côtières illustrent aussi la terre à la hausse: il ya des endroits nommés «île», «rock», «point '' skerry» et «son» dans les eaux intérieures. Par exemple, Oulunsalo "île de Oulujoki "est une péninsule, avec des noms dans les eaux intérieures telles que Koivukari" Birch Rock ", Santaniemi" Sandy Cap ", et Salmioja" le fossé de la Sound ". (Comparez et .)

En Grande-Bretagne , la glaciation affecté l'Ecosse mais pas Sud l'Angleterre , et le rebond post-glaciaire du nord de la Grande-Bretagne est à l'origine d'un mouvement à la baisse correspondante de la moitié sud de l'île . Ceci conduit à une augmentation du risque d'inondations , en particulier dans les zones entourant le bas de la rivière Thames . Avec l'élévation du niveau de la mer causée par le réchauffement climatique , le naufrage post-glaciaire du sud de l'Angleterre est de nature à compromettre gravement l'efficacité de la Thames Barrier, Londres défense contre les inondations le plus important de l ', après environ 2030 .

Les Grands Lacs de l'Amérique du Nord se trouvent à peu près sur la ligne «pivot» entre la hausse et le naufrage terres. lac Supérieur faisait autrefois partie d'un lac beaucoup plus grande avec Le lac Michigan et Lac Huron, mais rebond post-glaciaire soulevées terre qui divise les trois lacs, il ya environ 2100 années. Aujourd'hui, les rives sud des lacs continuent de subir la hausse des niveaux d'eau tandis que les rivages du nord voient baisse des niveaux.

Depuis le processus d'ajustement isostatique glaciaire provoque la terre se déplacer par rapport à la mer, anciens rivages se trouvent à mentir dessus du niveau actuel de la mer dans les zones de jour qui était autrefois glaciaire. D'autre part, les lieux dans la zone de renflement périphérique qui a été soulevé lors de la glaciation maintenant commence à se estomper. Par conséquent anciennes plages se trouvent ci-dessous présente le niveau de la mer de jours dans la zone de renflement. Les «données de niveau relatif de la mer", qui se compose de taille et l'âge mesures des anciennes plages du monde entier, nous dit que l'ajustement glacio-isostatique a procédé à un taux supérieur à la fin de la déglaciation à aujourd'hui.

Le mouvement de soulèvement actuel de jour en Europe du Nord est également surveillé par un réseau GPS appelé BIFROST (Johansson et al., 2002). Résultats de données GPS montre qu'un taux d'environ 11 mm / an pic existe dans la partie nord du golfe de Botnie, mais ce taux de soulèvement diminue l'écart et devenir négative en dehors de l'ancienne marge de glace.

Dans le champ proche dehors de l'ancienne marge de la glace, la terre se enfonce par rapport à la mer. Ce est le cas le long de la côte est des États-Unis, où se trouvent d'anciennes plages submergées ci-dessous présente le niveau de la mer de jour et de la Floride devrait être immergé dans l'avenir (Peltier 1998). données GPS en Amérique du Nord confirme également que le soulèvement de la terre devient subsidence dehors de l'ancienne marge glaciaire (Sella et al., 2007).

Niveaux mer mondiaux

Pour former les calottes glaciaires de la dernière ère glaciaire, l'eau est prélevée dans les océans par évaporation, la condensation sous forme de neige et ensuite déposé sous forme de glace dans les hautes latitudes. Ainsi niveau de la mer serait tomber pendant la glaciation.

Les calottes glaciaires au dernier maximum glaciaire étaient si massive que le niveau global de la mer a chuté d'environ 120 mètres. Ainsi tablettes continentales deviennent exposés et de nombreuses îles se sont connectés avec les continents à travers la terre ferme. Ce est le cas entre les îles britanniques et l'Europe, ou entre Taiwan, les îles indonésiennes et en Asie. Le plus important est l'existence d'un pont terrestre entre la Sibérie et l'Alaska qui permettent la migration des personnes et des animaux au cours du dernier maximum glaciaire (Peltier 1998).

La chute du niveau de la mer affecte également la circulation des courants océaniques et a des répercussions importantes sur le climat au cours de la période glaciaire ainsi.

Au cours de la déglaciation, le fondu retour de l'eau glacée pour les océans ainsi le niveau de la mer dans les océans augmente à nouveau. Toutefois, les dossiers géologiques des changements de niveau de la mer montre que la redistribution de l'eau glacée fondue ne est pas la même partout dans les océans. En d'autres termes, en fonction de l'emplacement, l'élévation du niveau de la mer à une certaine site peut être supérieure à celle à un autre site. Cela est dû à l'attraction gravitationnelle entre la masse de l'eau fondue et les autres masses tels que le reste des feuilles de glace, les glaciers, les masses d'eau et les roches du manteau. (Peltier 1998) et les changements de potentiel centrifuge due à la rotation de la Terre variables (Mitrovica, Milne & Davis 2001)

Horizontal croûte Mouvement

Mouvement vertical d'accompagnement est le mouvement horizontal de la croûte. Le GPS BIFROST réseau montre que le mouvement se éloigne du centre de rebond (Johansson et al, 2002). Cependant, la plus grande vitesse horizontale se trouve près de l'ancienne marge de glace.

La situation en Amérique du Nord est moins sûr, cela est dû à la répartition clairsemée de stations GPS dans le nord du Canada, ce qui est plutôt inaccessible (Sella et al., 2007).

champ de gravité

Roches glace, l'eau et le manteau ont une masse, et comme ils se déplacent, ils exercent une attraction gravitationnelle d'autres masses à leur égard. Ainsi, le champ de gravité, qui est sensible à tous de masse sur la surface et à l'intérieur de la Terre, va devenir touchés par la redistribution de la glace / eau fondue sur la surface de la Terre et le flux des roches du manteau intérieur.

Aujourd'hui, plus de 6000 ans après la dernière déglaciation résilié, le flux de matière du manteau vers la zone glaciaire provoque la forme globale de la Terre à devenir moins aplati. Cette modification de la topographie de la surface terrestre affecte les composantes du champ de gravité de longueurs d'onde longues.

Le champ de gravité évolution peut être détectée par des mesures terrestres répétées avec gravimètres absolus et, récemment, par le Mission du satellite GRACE . L'évolution des composants à longue durée de longueur d'onde du champ de gravité terrestre perturbe aussi le mouvement orbital de satellites et a été détecté par LAGEOS mouvement du satellite (Yoder et al., 1983).

Datum vertical

Le Vertical Datum est une surface de référence théorique pour la mesure de l'altitude et joue un rôle vital dans de nombreuses activités humaines - y compris l'arpentage, la construction de bâtiments, de ponts, etc .. Depuis rebond postglaciaire déforme en permanence la surface de la croûte terrestre et le champ gravitationnel, la référence verticale doit être redéfini à plusieurs reprises à travers le temps.

Mouvement de rotation de la Terre

L'examen des anciens dossiers d'éclipse chinois et babyloniens révèlent que le taux de rotation de la Terre ne est pas constante. Par exemple, si le taux de rotation est constante, alors le chemin de l'ombre d'une ancienne éclipse babylonienne se situerait à travers l'Europe occidentale et l'ancienne éclipse n'a pas pu être observée à l'heure enregistrée à Babylone. Il est bien connu que l'interaction de marée entre la Terre et la Lune ( Friction de marée ou de marée Dissipation) provoque la rotation de la Terre à ralentir. Mais en tenant compte de l'interaction de marée à elle seule plus-corrige la trajectoire de l'éclipse qui se trouvent à l'est de Babylone. Afin d'avoir le chemin d'ombre passer à travers Babylone au temps enregistré, nous devons prendre en compte l'effet de l'ajustement glacio-isostatique sur un mouvement de rotation de la Terre.

Pour comprendre comment glacio-isostatique ajustement affecte la vitesse de rotation de la Terre, nous notons que la surface de la Terre le mouvement de la masse sur et sous affecte la Moment d'inertie de la Terre, et par la conservation du moment angulaire , le mouvement de rotation doit aussi changer. Ceci est illustré dans le cas d'un patineur tournant: comme elle tire dans ses bras, son moment d'inertie diminue et, par conséquent, elle tourne plus vite. D'autre part, comme elle étend ses bras, son moment d'inertie augmente et sa rotation ralentit.

Pendant la glaciation, l'eau est prélevée dans les océans, dont la position moyenne est près de l'équateur, et déposé sous forme de glace au cours des latitudes plus élevées. Cela provoque le moment d'inertie du système de l'eau glacée de la Terre à diminuer et tout comme la rotation patineuse tirant dans ses bras, la terre doit tourner plus vite. Au cours de la déglaciation, l'eau de la glace fondue retourne aux océans et provoquant ainsi la rotation de la Terre à ralentir. En réalité, il faut aussi tenir compte de l'écoulement de roches du manteau dont la direction est opposée à celle de l'eau, mais dont le taux est beaucoup plus lente. Quoi qu'il en soit, après la fin de la déglaciation, le mouvement de masse dominante est de l'écoulement des roches du manteau de retour vers les zones glaciaires à haute latititude de retour, faisant de la forme de la Terre à moins aplati, ainsi le taux de la Terre de rotation augmente aujourd'hui.

L'augmentation du taux de rotation de la Terre provoque la longueur du jour (LOD) pour diminuer. Lambeck (1977) a estimé que la longueur de la journée diminue d'environ 0,7 milli-secondes par siècle. Parce que le moment d'inertie qui détermine la vitesse de rotation est étroitement liée à la aplatissement de la Terre, dont le taux de changement est lié à la motion anormale observée de satellites artificiels de la Terre tels que LAGEOS, l'augmentation de la vitesse de rotation de la Terre est confirmée par le mouvement observé des LAGEOS (Yoder et al., 1983) et est généralement attribuée à ajustement glacio-isostatique (Wu & Peltier 1984).

En plus des changements dans le taux de rotation de la Terre, les changements dans le moment d'inertie en raison de glacio-isostatique ajustement provoquent également l'axe de rotation de passer de la position actuelle près du pôle Nord vers le centre des masses de glace au maximum glaciaire (True Polar Wander), donc il se déplace vers l'Est du Canada à un taux d'environ 1 degré par millions l'année (Vicente et Yumi 1969, Wu & Peltier 1984).

Cette dérive de l'axe de rotation de la Terre affecte à son tour le potentiel centrifuge sur la surface de la terre et donc affecte également le niveau des mers (Mitrovica, Milne & Davis 2001).

État de stress et plaque causée par les tremblements de terre

Selon la théorie de la tectonique des plaques , l'interaction plaque plaque se traduit par des tremblements de terre près de frontières de plaques. Cependant, les grands tremblements de terre se trouvent dans un environnement intraplaque comme l'Est du Canada (jusqu'à M7) et l'Europe du Nord (jusqu'à M5) qui sont loin de limites de plaques d'aujourd'hui. Un tremblement de terre intraplaque importante est les tremblements de terre de magnitude 8 New Madrid qui ont eu lieu aux Etats-Unis mi-continental dans l'année 1811.

Charges glaciaires fournissent plus de 30 MPa de contrainte verticale dans le nord du Canada et plus de 20 MPa en Europe du Nord au cours maximum glaciaire. Cette contrainte verticale est soutenu par le manteau et la flexion de la lithosphère. Depuis le manteau et la lithosphère répondent en permanence aux glace et d'eau changeants des charges, l'état de stress à ne importe quel endroit change continuellement dans le temps. Les changements dans l'orientation de l'état de stress sont enregistrées dans les failles postglaciaires dans le sud du Canada (Wu 1996). Lorsque les défauts postglaciaires formés à la fin de la déglaciation il ya 9000 années, l'horizontale principale orientation de stress était presque perpendiculaire à l'ancienne marge de la glace, mais aujourd'hui, l'orientation est dans le nord-ouest, le long de la direction de propagation à la Dorsale médio-atlantique. Cela montre que le stress dû à rebond post-glaciaire avait joué un rôle important au moment de la déglaciation, mais a progressivement assoupli afin que le stress tectonique est devenu plus dominant aujourd'hui.

Selon le Théorie Mohr-Coulomb de la rupture de la roche, de grandes charges glaciaires généralement supprimer les tremblements de terre, mais la déglaciation rapide favorise les tremblements de terre. Selon Wu & Hasagawa (1996), la contrainte de rebond qui est disponible pour déclencher des tremblements de terre est aujourd'hui de l'ordre de 1 MPa. Ce niveau de stress ne est pas suffisamment grande pour rompre roches intactes mais est assez grande pour des défauts préexistants réactifs qui sont proches de l'échec. Ainsi, à la fois rebond post-glaciaire et la tectonique dernières jouent un rôle important dans les tremblements de terre intraplaque d'aujourd'hui dans l'est du Canada et Sud-est de Etats-Unis. Généralement le stress de rebond post-glaciaire aurait pu déclencher des séismes intraplaque dans l'est du Canada et peut-être joué un rôle dans le déclenchement de tremblements de terre dans l'est de États-Unis, y compris les tremblements de terre de 1811 (Wu & Johnston 2000) New Madrid. La situation en Europe du Nord aujourd'hui est compliquée par les activités tectoniques actives à proximité et par le chargement du littoral et de l'affaiblissement.

Réchauffement global récent

Récent réchauffement de la planète a causé des glaciers de montagne et des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique à fondre et le niveau global de la mer se élever. Suivi conséquent l'élévation du niveau de la mer et de l'équilibre de masse des calottes glaciaires et des glaciers nous permettre de comprendre plus sur le réchauffement climatique.

La montée récente du niveau des mers a été suivie par des jauges de marées et l'altimétrie satellitaire (par exemple, TOPEX / Poseidon). En plus de l'ajout d'eau glacée fondue des glaciers et des calottes glaciaires, les changements de niveau récente de la mer sont également affectés par l'expansion thermique de l'eau de la mer due au réchauffement climatique, le changement de niveau de la mer en raison de la déglaciation de la dernière période glaciaire (postglaciaire de changement de niveau de la mer ), la déformation de la terre et des océans et d'autres facteurs. Ainsi, pour comprendre le réchauffement climatique du changement de niveau de la mer, il faut être en mesure d'éliminer ces autres facteurs, en particulier rebond postglaciaire, car il est l'un des facteurs principaux.

Changements de masse des calottes glaciaires peuvent être surveillés en mesurant les changements dans la hauteur de la surface de la glace, la déformation du sol en dessous et les changements dans le domaine de la gravité sur la feuille de glace. Ainsi ICESat, GPS et Mission du satellite GRACE sont utiles à cette fin (Wahr, Wingham et Bentley 2000). Déformation Cependant, l'ajustement isostatique glaciaire des feuilles de glace se répercutent sur la masse et le champ de gravité aujourd'hui. Ainsi ajustement glacio-isostatique compréhension est importante dans le suivi de réchauffement climatique récent.

Applications

A quelle vitesse et combien (ie les amplitude) postglaciaires rebond produit est déterminée par deux facteurs: (i) la viscosité ou la rhéologie (loi de débit) dans le manteau, et (ii) le chargement de la glace et histoires de déchargement sur la surface de la Terre.

Viscosité ou rhéologie du manteau est important pour comprendre la convection du manteau, la tectonique des plaques, des processus dynamiques dans la terre, l'état thermique et évolution thermique de la Terre. Cependant viscosité est difficile à observer parce que les expériences de fluage des roches du manteau prennent des milliers d'années à observer et les conditions de température et de pression ambiantes ne sont pas faciles à atteindre pour un temps assez long. Ainsi, les observations du rebond postglaciaire fournissent une expérience naturelle pour mesurer manteau rhéologie. Modélisation de l'ajustement isostatique glaciaire aborde la question de comment les changements de viscosité dans la radiale (Vermeersen et al. 1998, Peltier 1998, Kaufmann & Lambeck 2002) et des directions latérales (Wang et Wu 2006) et si la loi de débit est linéaire ou non linéaire (Karato & Wu, 1993).

histoires d'épaisseur de glace sont utiles dans l'étude de paléoclimatologie, glaciologie et de paléo-océanographie. histoires d'épaisseur de glace sont traditionnellement déduites des trois types d'informations: d'abord, les données de niveau de la mer sur les sites stables éloignées des centres de déglaciation donnent une eastimate de la quantité d'eau est entré dans les océans ou de façon équivalente la quantité de glace a été enfermé au maximum glaciaire . Deuxièmement, le lieu et les dates de moraines terminales nous disent la superficie et le recul des calottes glaciaires passées. Physique des glaciers nous donne le profil théorique des calottes glaciaires à l'équilibre, il dit aussi que l'épaisseur et l'étendue horizontale des calottes glaciaires de l'équilibre sont étroitement liées à l'état de base des calottes glaciaires. Ainsi, le volume de glace enfermé est proportionnelle à leur région immédiate. Enfin, les hauteurs de plages anciennes dans les données de niveau de la mer et les taux de soulèvement terrestres observées (par exemple à partir de GPS ou VLBI) peut être utilisé pour limiter l'épaisseur de la glace local. Un modèle de glace populaire déduit de cette façon est le modèle de ICE5G Peltier (2004). Parce que la réponse de la Terre à l'évolution de la hauteur de glace est lent, il ne peut pas enregistrer fluctuation rapide ou des surcharges de feuilles de glace, donc les profils de la calotte glaciaire déduit de cette façon ne donne que le "taille moyenne" plus d'un millier d'années (Hughes, 1998) .

Ajustement isostatique glaciaire jouent également un rôle important dans la compréhension récente réchauffement de la planète et le changement climatique.

l'histoire de l'exploration

Avant le 18ème siècle, la croyance en Suède, ce est que le niveau des mers se enfonçaient. A l'initiative de Anders Celsius un certain nombre de marques ont été faites dans la roche à différents endroits le long de la côte suédoise. En 1765, il a été possible de conclure que ce ne était pas un abaissement du niveau de la mer, mais une augmentation inégale des terres. En 1865, Thomas Jamieson est venu avec une théorie que la hausse de la terre est liée à l'âge de glace que le premier avait été découvert en 1837. La théorie a été acceptée après les enquêtes menées par Gerard De Geer d'anciens rivages en Scandinavie publiés en 1890.

Statut légal

Dans les zones où le soulèvement de la terre est considérée, il est nécessaire de définir les limites exactes de la propriété. En Finlande, la «nouvelle terre» est légalement la propriété du propriétaire du plan d'eau, pas de propriétaires fonciers sur la rive. Par conséquent, paradoxalement, si le propriétaire de la terre souhaite construire une jetée sur la "nouvelle terre", il a besoin de la permission du propriétaire du plan d'eau.