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冰湖潰洪

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冰川湖潰洪
冰湖潰洪一個月前的蓄水湖

冰湖潰洪（「jökulhlaup」，冰島語發音：[ˈjœːkʏl̥ˌl̥œip] 讀音ⓘ）字面意思是「冰川奔流」，是一種冰川湖潰決洪水[1]。它是一條冰島語術語，已在多種語言的冰川學術語中被採用。最初是指冰島瓦特納冰原冰川下因地熱作用，或偶爾由火山冰下噴發引發的洪流，現在被用來描述所有冰下湖或冰緣湖/水庫等潰決形成的大規模洪水泛濫。

由於冰湖潰決洪水是從浮動水位遠高於閾值的封閉靜水湖中形成，其峰值流量可能比冰緣湖或超冰緣湖潰決大得多。瓦特納冰原冰川潰洪的水文曲線通常會在幾周內上升，接近終點時流量最大，或在幾個小時內攀升得更快。這些模式被認為分別反映出通道融化和前緣下方的片狀流[2]。在北美冰蓋消退期和末次冰期後的歐洲和（如[阿加西斯湖和英吉利海峽）都發生過超規模的類似過程，也可能發生在更早的時期，儘管地質記錄沒得到很好的保存。

冰川潰洪過程

冰川下水的形成

冰川下水的生成是理解冰川底部水體流動的關鍵之一。冰融解可能發生在冰川表面（冰上）、冰川下方（基部）或同時在這兩處位置[3][4]。消融（表面融化）往往導致聚集在表面。底部融化源於地球地熱的流出（隨位置而變化），以及因冰川底部在地表移動時產生的摩擦加熱。彼得羅夫斯基分析得出，根據冰川底部融化率，在最近魏氏冰川作用（Weichselian glaciation）期間[5]，德國西北部一處典型集水區冰川下水的年融化量為642x106米3。

冰上和冰下水流

由於冰川下底土的導水係數（滲水率），融化的水可在冰川上方（冰上）、冰川下方（冰下/底部）或由於冰川下底土的水力傳導率(滲水率）的作用，作為冰川下方含水層的地下水流動。如果冰川下冰層的融化速率超過含水層流失速率，則冰水將匯集在地表或冰川下水池或水湖中[5]。 冰川上和冰川底部水流的特徵隨通道區的不同而不同。冰上水流與所有地表環境中的水流相似，在引力影響下，從高處向低處流動；而冰川下的底層水流則表現出明顯的差異，底層水流無論產生於冰川底部的融化，還是因重力作用從上流下的，都會聚集在冰川底部的 水池塘和水湖中，構成一處由數百米厚冰包覆的大「水袋」。如果冰川表面沒有流出通道，則表面融水將向下流淌並聚集在冰縫中；而冰川底部融化的水則匯集在冰川下，任何一種來源都可以形成冰下湖。隨着冰川的融化，冰下底湖積聚的水壓不斷增大，直至壓 力大到足以衝出或裂解出一條穿過冰體的通道或使冰蓋浮起[3][6]。

偶髮式釋放

大陸冰原和阿爾卑斯冰川下融化積水的排放是間歇性的，當融化水聚集時，上覆的冰層被掀起，水則從加壓層或冰下湖中流出。冰層最易被抬升的區域（即冰蓋較薄的區域）最先被掀起，因此，如果水流向冰層較薄的區域流動，則可能會沿着冰川下的地形向上漲。隨着水流的聚集，更多的冰被掀起，直到開闢出一條泄洪道[7]。

如果沒有現存的河道，最初從冰湖潰決洪水中釋放出的寬闊前鋒流，可能會鋪開成一片幾十公里寬的薄前流。隨着水流的繼續，它常會蝕刻地表和冰蓋，沖刷出一條冰川谷道，甚至當水壓降緩時。大部分積冰會落回地面，封閉鋒流並引導水流。水道的方向主要由冰蓋厚度確定，其次再是地表坡度，當冰蓋壓力迫使水流流向較低區域並直到浮現在冰面上時，可觀察到「上坡」現象。因此，由特定冰川作用形成的各種冰川谷結構提供了它們形成時大概的冰川厚度圖，尤其是當冰川下的原始地表起伏受到限制時[3][4]。

急速、大流量的水流排放具有高侵蝕性，在隧道中和隧道口發現的碎屑證明了這一點，這些碎屑往往是粗糙的岩石和巨礫。這種侵蝕環境與在南極觀察到的400多米深、2.5公里多寬隧道的形成相一致[3]。

彼得羅夫斯基開發了一種詳細的形成分析模型，該模型預測了如下過程[5]：

  1. 地熱造成冰川底部融化。不考慮冰川表面消融作用，因為在冰川最盛期期間，表面融水量最小，有證據表明，表面水滲入冰川的深度不超過100米。
  2. 融化的水最初通過冰川下含水層排出。
  3. 當超過底層水力透過率時，冰川下的融水在盆地中積聚。
  4. 積聚的水量足以沖開上次釋放後重新聚積在冰川谷中的冰堵。
  5. 冰川谷排出多餘的融化水，湍流融化或侵蝕積冰，並沖刷谷底。
  6. 隨着水位下降，壓力降低，冰川谷再次結冰，水流停止。

例證

冰島斯卡夫塔一座舊橋，被1996年格里姆火山噴發時產生的冰川潰洪扭曲。
世界各地冰湖潰決洪水區分布

雖然冰湖潰決洪水最初只與瓦特納冰原有關，但文獻也報道了包括今天南極在內的各個地點，有證據表明它們在勞倫斯冰蓋[8][9][10][11]和末次冰盛期期間斯堪的納維亞冰蓋（Scandinavian ice sheet）均發生過冰湖潰決洪水[12]。

冰島

北美

1994年7月，在不列顛哥倫比亞省的海岸山脈，一座地表冰壩湖通過穿越戈達德冰川（Goddard Glacier）下的隧道泄流，引發一次冰川湖潰洪。洶湧的洪峰以100至300米3/秒的流速狂瀉11公里穿過法羅溪（Farrow Creek），注入終點-奇爾科湖（Chilko Lake），一路造成嚴重的侵蝕，但冰壩尚未受到改動。下表匯集了類似不列顛哥倫比亞冰湖潰洪的事件[15]：

湖泊名 英文名 年份 洪峰流量(米3/秒) 容積(公里3)
阿爾塞克湖 Alsek 1850 30 4.5
阿佩湖 Ape 1984 1600 0.084
潮汐湖 Tide 1800 5,000-10,000 1.1
唐傑克湖 Donjek 1810 4000-6000 0.234
高峰湖 Summit 1967 2560 0.251
塔爾塞夸湖 Tulsequah 1958 1556 0.229

另請參閱

參考文獻

  1. ^ Kirk Johnson. Alaska Looks for Answers in Glacier's Summer Flood Surges. New York Times. 2013-07-22 [2013-07-23]. （原始內容存檔於2021-07-31）. Glaciologists even have a name for the process, which is happening in many places all over the world as climates change: jokulhlaup, an Icelandic word usually translated as 'glacier leap.' 
  2. ^ Björnsson, Helgi. Subglacial Lakes and Jökulhlaups in Iceland (PDF). Global and Planetary Change. 2002, 35 (3–4): 255–271 [2021-07-31]. Bibcode:2003GPC....35..255B. doi:10.1016/s0921-8181(02)00130-3. （原始內容 (PDF)存檔於2021-07-31）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Shaw, John; A. Pugin; R. R. Young. A Meltwater Origin for Antarctic Shelf Bedforms with Special Attention to Megalineations. Geomorphology. December 2008, 102 (3–4): 364–375. Bibcode:2008Geomo.102..364S. doi:10.1016/j.geomorph.2008.04.005. 
  4. ^ 4.0 4.1 Smellie, John L.; J. S. Johnson; W. C. McIntosh; R. Esserb; M. T. Gudmundsson; M. J. Hambrey; B. van Wyk de Vriese. Six Million Years of Glacial History Recorded in Volcanic Lithofacies of the James Ross Island Volcanic Group, Antarctic Peninsula. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. April 2008, 260 (1–2): 122–148. Bibcode:2008PPP...260..122S. doi:10.1016/j.palaeo.2007.08.011. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Piotrowski, Jan A. Subglacial Hydrology in North-Western Germany During the Last Glaciation: Groundwater Flow, Tunnel Valleys, and Hydrological Cycles (PDF). Quaternary Science Reviews. 1997, 16 (2): 169–185. Bibcode:1997QSRv...16..169P. doi:10.1016/S0277-3791(96)00046-7. 
  6. ^ Smellie, John L. Basaltic Subglacial Sheet-Like Sequences: Evidence for Two Types with Different Implications for the Inferred Thickness of Associated Ice. Earth-Science Reviews. May 2008, 88 (1–2): 60–88. Bibcode:2008ESRv...88...60S. doi:10.1016/j.earscirev.2008.01.004. 
  7. ^ Wingham2006
  8. ^ Shaw, John. Drumlin Formation Related to Inverted Melt-Water Erosional Marks. Journal of Glaciology. 1983, 29 (103): 461–479. Bibcode:1983JGlac..29..461S. doi:10.1017/S0022143000030367 可免費查閱. 
  9. ^ Beaney, Claire L.; John L. Shaw. The Subglacial Geomorphology of Southeast Alberta: Evidence for Subglacial Meltwater Erosion (PDF). Canadian Journal of Earth Sciences. 2000, 37 (1): 51–61 [2021-07-31]. doi:10.1139/e99-112. （原始內容存檔 (PDF)於2021-02-24）. 
  10. ^ Alley, R. B.; T. K. Dupont; B. R. Parizek; S. Anandakrishnan; D. E. Lawson; G. J. Larson; E. B. Evenson. Outburst Flooding and the Initiation of Ice-Stream Surges in Response to Climatic Cooling: A Hypothesis. Geomorphology. April 2006, 75 (1–2): 76–89. Bibcode:2006Geomo..75...76A. doi:10.1016/j.geomorph.2004.01.011. 
  11. ^ Erlingsson, Ulf. A Jökulhlaup from a Laurentian Captured Ice Shelf to the Gulf of Mexico Could Have Caused the Bølling Warming. Geografiska Annaler. A. June 2008, 90 (2): 125–140. doi:10.1111/j.1468-0459.2008.00107.x. 
  12. ^ Erlingsson, Ulf. The 'Captured Ice Shelf' Hypothesis and its Applicability to the Weichselian Glaciation. Geografiska Annaler. A. 1994, 76 (1–2): 1–12. JSTOR 521315. doi:10.2307/521315. 
  13. ^ Ashworth, James. Eruption Could Go on for Months. The Reykjavík Grapevine. 2010-04-15 [2013-03-08]. （原始內容存檔於2012-04-05）. 
  14. ^ The Reykjavik Grapevine 網際網路檔案館的存檔，存檔日期5 April 2012.
  15. ^ Clague, John J.; Stephen G. Evans. The 1994 jökulhlaup at Farrow Creek, British Columbia, Canada. Geomorphology. May 1997, 19 (1–2): 77–87. Bibcode:1997Geomo..19...77C. doi:10.1016/S0169-555X(96)00052-9. 

外部連結

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延伸閱讀

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