NW Spitsbergen

XIV Sympozjum Polarne, Lublin 1987
Instytut Geografii
Uniwersytetu M. Kopernika, Toruń
KAZIMIERZ MARCINIAK, WŁODZIMIERZ MARSZELEWSKI
Próba podziału lodowca Oizy (NW Spitsbergen) na strefy gloqohydralogicziie
An attempt of the division of Elise Glacier (NW Spitsbergen) into glaciohydrological zones
WSTĘP
Opracowanie wykonano ш podstawę kompleksowych badań terenowych przeprowadzonych latem 1980 r. na lodowcu Elizy podczas V Toruńskiej Wyprawy Polarnej na Spitsbergen.
Lodowiec Elizy jest największym spo&ód 6 lodowców otaczających Równinę Kafficyra od strony
wschodniej. Jego d hgość wynosi ok. 8 km, a maksymalna szerokość dochodzi do 2,2 km Różnica wysokości pomiędzy czołem lodowca, a jego po łączeniem z śnieżno-lodowym pi ateau lovenskiolda osiąga ok. 600 m. Oś podłużna lodowca zorientowana^jest w kierunku ENE-WSW o ogólnym nachyleniu
powierzchni w stronę WSW. Na lodowcu występują trzy obszary o zróżnicowanym nachyleniu: część
dolna o długości do 3 km i nachyleniu 5-15°, płaska część środkowa o nachyleniu do 3° oraz część
górna o nachyleniu podobnymjak w części dolnej. № to istotne znaczenie dla kształtowania się procesów glacjohydrologicznych
Procesy i zjawiska hydrologiczne zachodzące na lodowcu przebiegają w ścisłym związku z procesami glacjalnyiTB, a te z kolei wykazują współzależność z warunkami klimatycznym i pogodowymi.
V/ związku z tym wraz. z badaniami hydrologicznymi prowadzono na lodowcu synchroniczne obserwacje głagologiczne i meteorologiczne. Sezon letni 1980 r. odznaczał się m Spitsbergenie dużą
zmiennością warunków pogodowych. Okresowym ochłodzemom towarzyszyły opady śniegu, który
na lodowcach otaczających Kaffioyrę utrzymywał się przez kilka dni. Ponadto warunki pogodowe
lata 1980 r. diarakteryaowa ły się niewielkim utanecznieniem (ok. 9% ustanecznienia możliwego),
częstymi silnymi wiatrami i wyjątkowo wysokimi opadami atmosferycznymi. Warunki meteorologiczne występujące podczas badań na lodowcu Elizy w porównaniu z nadmorską Równiną Kaffióyra
przedstawia tab. 1.
Badania gacjologiczne polega ły przede wszystkim na pomiarach ablacji powierzclmiowej na trzech
profilach: pod luźnym i 2 poprzecznych. Mierzono także gęstość śniegu w części akumulacyjnej lodowca w warstwie powierzchniowej i w profilach 3 szurfów wykopanych w górnej części lodowca.
Systematycznie kartowano zasięg pokrywy śnieżną na lodowcu i papki śnieżno-wodnej (slush).
Przeprowadzono również kartowanie zróżnicowania powierzchni lodowca w powiązaniu z kartowaniem 1 lycłrogra ficznym.
STREFY GLACJOHYDROLOGICZNE
Procesy i zjawiska glacjologiczne i hydrologiczne wykazują na obszarze lodowca Elizy zróżnicowanie przestrzenne. Jest 0:10 głównie wynikiem zróżnicowania warunków klimatycznych, uksztabowa-
T a b e l a
1
Wartości wybranyeh elementów meteorologicznych na lodowcu Elizy 1 Równinie KaffiSyra w okresie 21.07-5.09.1980
p a r a a a t У
Punkt
poaiaru
11-20.08
21-31.08
1.3
3.4
4,6
5,3
0,6
3,3
-0,2
2,3
1,9
3,9
1-10.08
21-31.07
1-5.09
21.07-5.09
średnia dobowa
S 1
К
Ъ
średnia maksymalna
Ж 1
к
4,7
6,0
2,4
4.4
6,0
6,8
1,7
4,1
1,0
3.3
3,2
5,1
л)
«
j
л
ś r e d n i a minimalna
E 1
К
1,5
3,7
-0,6
1,9
2,8
3,8
-0,8
-2,2
0,9
0,3
2,7
ś r e d n i a шяр!» dobowa
E 1
К
3.2
2.3
3,0
2,5
3,2
з.о
2,5
2,0
3,2
2,4
2,9
2,4
Et
E 2
К
46,1
28,3
15,2
29,3
18,0
10,0
224,8
137,7
78,8
10,6
6,8
4,0
5,5
3,4
1,3
316,3
194,2
109,3
rj
» '
3e2 .
4,8
-
Siany opadów ataosferycznych w aa
"
1
"
"
Objaśnienia'. E 1 - lodowiec Elizy 350 m n.p.m., E 2 - przedpole lodowca Elizy 20 m n.p.m.,
К - KaJfliiyra - 6 a п.р.в.
142
nia powierzchni lodowca i zawartości materiału morenowego w lodzie. Zróżnicowanie to stało się
podstawą wyróżnienia stref, które nazwano glaqohydrologicznymi, gdy z przy ich wydzielaniu uwzględniono zarówno kryteria glaqologiczne, jak i hydrologiczne. Głównjm kryterium glaqologicznym były
cechy morfologiczne powierzchni lodowca, natomiast kryterium hydrologicznym był sposób spływu
powierzchniowego i infiltracji wód lodowcowych Łączne uwzględnienie tych kryteriów wynika ze
współzależności procesów glacjologicznych i hydrologicznych wielokrotnie obserwowanej podczas
badań terenowych. Z jednej strony w wyniku topnienia śniegu i lodu powstaje duża ilość wód sbłacyjnych na lodowcu, z drugiej strony wody te wraz z opadami atmosferycznymi, poprzez różne formy ich spływu i infiltracji są istotnym czyraiMem kształtującym procesy glacjalne, w tym i ablację
powierzchniową.
Od strony glaq'ologicznej wyróżnione strefy nawiązują do klasyfikacji stref głacjalnych S. Baranowskiego (1977). Natomiast przyjęte w opracowaniu niniejszym kryteria nie iwiją charakteru genetycznego jak przy klasyfikacjach stref głacjalnych B. A. Sumskiego i E. N. Cyklina (1962), a także
V. 1. Michaleva (1968).
Granice wyróżnionych przez autorów stref glaqohydro'ogicznych zmieniają się w cesie trwania
sezonu letniego, który jest jedynym w ciągu roku sezonem ich pełnego występowania. Zasięg stref
w środku sezonu letniego (23.07.1980) i wjego końcu (1.09.1980) przedstawia rys. 1.
Na lodowcu Elizy wyróżniono pięć stref glaqohydrologicznych, w tym cztery w części ablacyjnęj i jedną w czyści akumulacyjną lodowca.
S t r e f a L Położona jest najniżej w części ablacyjnej lodowca i pokrywa się z obszarem najintensywniejszej ablacji. Jej saarfsść jest stosunkowo niewielka w porównaniu z pozostałymi strefami,
maksymalnie osiąga 500 m (po opadach deszczu). Powierzchnia lodu w tej strefie jest ogólnie wyrównana (poza wałami lodowo-rrorerowymi o wysokości do ok. 1 m) i odznacza się chropowatością wynikającą г występowania licznych zagłębień (do kfflcu cm). Są one wynikiem wytapiania się drobnego materiału skalnego zawartego w dużą ilości w łodzie. Powoduje to ciemne zabarwienie powierzani lodu, szczególnie w czasie i po opadach deszczu. Charakt erystyczne są tutaj drobne spękania lodu,
przebiegające w różnych kierunkach, prawdopodobnie jako efekt naprężeń.
W strefie tej występują następujące formy spływu powierzchniowego wód lodowcowych: 1) dezorganizowany, 2) zorganizowany w ciekach: a) lokalnych, b) tranzytowych.
Spływ niczorganizowany wykorzystuje sieć drobnych zagłębień i spękań o zróżnicowanych kierunkach przebiegu. Stąd woda spływa bezpośrednio do krawędzi lodowca lub do koryt cieków lokalnych i tranzytowych. Inicjowanie cieków lokalnych odbywa się przede wszystkim na liniach spękań.
Pewną rolę odgrywają też w tym względzie wspmniane pozytywne formy lodowo-morenowe. Gromadzenie wody w niewielkich lokalnych zagłębieniach umożliwia następnie jej spływw postaci coraz wyraźniejszych cieków o przebiegu zgodnym z ogólnym nachyleniem partii czołową lodowca.
Szerokość i głębokość koryt tych ciekówjest uzależniona od ich długości, przeważają ciekio szerokości do 10 a n Głębokości koryt wykazują też zależność od tempa ablacji.
W odróżnieniu od cieków lokalnych, koryta cieków tranzytowych niosących znaczne ilości wody
ze stref wyżej położonych, są głębokie i kręte. W pobliżu krawędzi czoła lodowca głębokość koryt
tych ciekav stopniowo zrnniąsza się.
W okresach ochłodzeń (temperatura powietrza poniżą 0°C) spływ nie zorganizowany, a następnie cieki lokalne, przestają funkąonować, czynne są tylko cieki tranzytowe zasilane przez wody zretenqowane w strefe papki śnieżno-wodnej i wypływy inglaąalne.
143
S t г e f а П. Dolna granica tg strefy jest dość stabilna natomiast górna ulega systematycznemu ртеsuwaniu w czasie sezonu letniego i w końcu tego sezonu obejmuje ok. 2/3 ablacyjnej części lodowca,
stając się strefą o największym zasięgu. Jest to strefa o zdecydowanie mniejszej ilości drobnego materiału skalnego, w porównaniu ze strefą pierwszą, w dodatku nierównomiernierozmieszczonego.Wpływa to na nierównomierną ablację i powstanie deniwelacji rzędu 0,5 m, szczególnie w okresach pogody
słoneczną. Powierzchnia lodowca w tej strefie wyrównuje się w czasie opadów atmosferycznych, któle w bezcmd letnim 1980 r. występowały bardzo często. Zapewne w sezonie bardziej słonecznym deniwelacje ircgą się zwiększyć i wtedy odpowiadałyby rozmiarom deniwelacji w strefie serakową wg
S. Baranowskiego (1977).
Charakterystyczne dla tej strefy jest występowanie kriokonitów, których gęstość maleje wgórę
strefy. Jest to wynik: l) stopniowego odsłaniania się powierzchni lodowca spod pokrywy śnieżnej,
2) stopniowego zmniejszania się ilości materiału eolicznego na lodowcu jako skutek jego osłonięcia
przez łańcuchy górskie.
Spływ wód w tej strefie ma charakter bardziej zorganizowany niż w strefie I. Jest to strefa w którą formuje się największa, w porównaniu z pozostałymi strefami, liczba cieków supraglacjalnych. Biorą one początek w zagłębieniach po kriokonitach, a w szczególności w niewielkich obniżeniach powstających w wyniku połączenia się sąsiadujących kriokonitów. W miejscach tych tworzą się małe
zbiorniki wody stojącej. Odpływ tej wody odbywa się najczęściej pod powierzchnią lodu (w obszarze nasycenia) do niżą położonych podobnych obniżeń, które dają początek sieci cieków. Eroqa
wodna doprowadza do powstania okruchów lodowych, które unoszone przez wodę w ciekach tworzą liczne, swoiste zatory, niespotykane w innych strefach
Niezorganizowany nich wody w tej strefie wykazuje związek z charakterem powierzchni lodu,
zmieniającego się w zależności od warunków meteorologicznych. W okresach pogody bezdeszczową
woda ablacyjna przenika z powierzchni lodu porowatego do warstwy nasycenia, która najczęściej znaj
dowała się kilkanaście on pod powierzchnią lodu. W warstwie tej następowało iniąowanie spływu
zorganizowanego. W okresach pogody deszczową i wyrównania powierzchni lodu przeważał spływ
powierzchniowy niezorganizowany. Przez strefę tę przepływa kilka cieków tranzytowych z wyżej
położonych, stref,
v
S t r e f a Ш. Jest to strefa występowania płatów śniegu ifirnu na lodzie szklistym, zwartym.
Płaty te są pozostałością po papce śnieżno-wod nej. Zachowały się one na lokalnych wyniesieniach,
z których nie spłynęły wraz z wodą. W procesie ablacji następuje stopniowe zanikanie płatów śnież
nych, a następnie tworzenie się drobnych zagłębień kriokonitowych. W ten sposób powstaje struktura powierzchniową warstwy lodu, charakterystyczna dla strefy П.
W strefie tej nie zaobserwowano powierzchniowego niezorganizowanego spływu wód, poza okre
sami występowania opadów deszczu. Tę najbardzią suchą ze wszystkich stref przecinają cieki stipraglacjalne zasilane wodami ze strefy papki śnieżno-wodnej. Suchość tą strefy wynika zapewne z prze
nikania wody powstałą w procesie ablaq'i w głąb lodowca. № tym etapie badań trudno określić
stan skupienia i rodzaj ruchu tej wódy we wnętrzu lodowca.
S t r e f a IV. Jest to strefa występowania śniegu nasyconego wodą, tj. papki śnieżno-wodnej
(slush). Miąższość papki wzrasta wkierunku polafirnowego, a ponadto w lokalnych obniżeniach,
gdzie osiąga maksymalnie 1 m. W ciągu sezonu ablacji, strefa papki śnieżno-vrodną przesuwa się od
czoła lodowca aż do polafirnowego, wykazuje więc pod tym względem największą dynamikę w porównaniu z pozostałymi strefami. Prędkość przesuwania się tą strefy jest uzależniona od warunków
pogodowych i ukształtowania powierzchni lodowca. Z partii czołową papka śnieżno-wodna ustępuje
144
Tab. 2. Zmiany udziału stref glacjohydro logicznych w powierzchni
lodowca Elizy w okresie badań (21 lipiec - 1 wrzesień 1980 r.)
1 wrzesień
km2
%
Strefa
21 l i p i e c
km 2
%
1
II
III
rv
V
1,30
3,28
2,28
3,83
3,40
9,2
23,3
16,2
27,2
24,1
1,30
7,40
1,03
1,07
3,29
9,2
52,5
7,3
7,6
.23,4
14,09
100,0
14,09
100,0
Razem
stosunkowo szybko. Najdłużej, tj. do końca sezonu ablacji, utrzymuje się na płaskiej, środkową części lodowca. Spostrzeżenie to odbiega od poglądu wyrażonego przez S. Baranowskiego (1977) w odniesieniu do lodowców spitsbergeńskich, że całkowity zanik papki śnieżno-wodną następuje już w
środku sezonu letniego.
Strefa papki śnieżno-wodną stanowi obszar formowania się głównych tranzytowych cieków supraglacjalnych, których długość wzrasta w miarę przesuwania się strefy w górę lodowca. Mąscami
źródłowymi tych cieków są lokalne obniżenia, do których w sposób dezorganizowany spływa woda
z warstwy nasycenią papki śnieżno-wodną.
Strefa papki śnieżno-wodną ma największą zdolność do retencjonowania wody deszczowej i ablacyjną w porównaniu z pozostałymi strefami ablacyjnej części lodowca.
S t r e f a V. Jest to strefa fimowo-lodowa. Miąższość firnu rośnie w kierunku plateau Lovenskiolda i w odległości 200 m od linii wieloletniego śniegu wynosi ok. 2 m. W profilu pionowym firnu
o średniej gęstości 0,5 g/cm3 Występują liczne, nieciągłe, o średnio niewielkią i zróżnicowaną miąższości, warstwy lodowe. Są one efektem zamarzania infiltrującą wgłąb firnu wody deszczową i ablacyjnej, a także rezultatem krótkich okresów topnienia powierzdiniową warstwyfirnu. Strefa ta
pozbawiona jest powierzchniową sieci wodną.
ZMIANY POWIERZCHNI STREF GLACJOHYDROLOGICZNYCH
Z porównania udziału w powierzdmi lodowca Elizy poszczególnych stref glacjohydrologicznych
na początku okresu badań i w jego końcu (tab. 2) wynika, że zmiany udziału tych stref są różnokierunkowe, a mianowicie:
— strefy Ш i IV uległy znacznemu zmniąszeniu,
— strefa II powiększyła się ponad dwukrotnie,
— strefy I i Vokazały się najbardzią stabilne pod względem zajmowaną powierzclini.
Obserwacje terenowe przeprowadzone na sąsiednich lodowcach w rąonie Kaffioyry wykazały, że
nie wszystkie wyróżnione strefy glaąohydrologiczne są na nidi reprezentowane. Wynika to przede
wszystkim z mniąszych rozmiarów tydi lodowców i różnic w ukształtowaniu ich powierzclini w porównaniu z lodowcem Elizy.
LITERATURA
Baranowski S., 1977, Subpolarne lodowce Spitsbergenu na tle klimatu tego regionu, Acta Univ. Wratisl.
410, Wrocław.
Michalev V. I., 1968, Glyatsiologischeskaya zonalnost' na Spitsbergenie, Mater. glyatsiol. issled., Khronika, obsuzhd., Vyp. 14.
Sumski B. A., Cykin E. N., 1962, К voprosu o glyatsiologicheskoy zonalnosti, Mater, glyatsiol. issled.,
Khronika, obsuzhd., Vyp. 5.
SUMMARY
The stucfy has been made on the basis of complex field investigation (meteorological, glaciological
and hydrological) carricd out in the summer season of 1980 on Elise glacier. It is the largest glacier
(length ca 8 km, width up to 2,2 km) surrounding seaside Kaffióyra Plain from East. The weather conditions occuring during the field investigation on the Elise glacier in comparison with Kaffióyra are
shown in table 1.
Glaciological processes and phenomena strictly connected with each other, show on Elise glacier
areal differentiation dependet on climate conditions, configuration of the glacier surface and contents
of the rocky material in the glacier ice. On the basis of this differentiation there has been made an attempt of the division of the glacier into 5 glaciohydrological zones. The main glaciological cryterium
was the morphological features of the glacier surface, and hydrological criterium was the way of discharge and infiltration of glacial waters. The boundaries of significal zones, as well as their surfaces,
vary during summer season, which is the only season of their full occurrence in a year (Fig. 1, Tab. 2).
There have been distinguished five glaciohydrological zones, four in ablation part and one in accumulation part of the glacier.
Zone I - of an intensive ablation with two forms of surface discharge of glacial waters: unorganized and organized in local and transit streams.
Zone II - irregular ablation with occurrence of croconites and predominant organized surface
water discharge; it is here, where most of supraglacial streams are formed.
Zone III - occurrence of snow patches and firn on ice, water discharge, except for periods of rainy
weather, takes place only in streams.
Zone IV - occurrence of slush,of the biggest capability of the water retention: the longest transit
streams are formed in this zone.
Zone V - firn ice without surface water net.
Field observation made on the neighbouring glaciers in the Kaffióyra region showed that not all
of the distinguished here glaciohydrological zones exist on them. It is mainly a result of the smaller
sizes of thqse glaciers and differences in their surface configuration in comparison with Elise glacier.
Rys. 1. Strefy glacjohydrologiczne lodowca Elizy: A - stan z dnia 23 lipca 1980 г., В - stan z dnia
1 września 1980 r. 1 - granice pomiędzy strefami, 2 - strefa 1 , 3 - strefa II, 4 - strefa III, 5 strefa IV, 6 - strefa V, 7 - dział wodny, 8 - ważniejsze cieki supra- i proglacjalne oraz jeziora,
9 - studnie lodowcowe czynne, 10 - studnie lodowcowe nieczynne, 11 - utwory morenowe,
12 - masywy górskie.
146
Rys. 1.