מרוצת קרחון

מרוצת קרחון (מאיסלנדית: Jökulhlaup) היא שיטפון עקב הימסות קרחון. במקור הביטוי התייחס לשיטפונות עקב התפרצות געשית מוואטניוקול, באיסלנד הנגרמים על ידי חימום גאותרמי ומדי פעם על ידי התפרצות תת-קרחונית, אבל כיום הוא משמש לתיאור כל שחרור גדול ופתאומי של מים מאגם תת-קרחוני או כזה המוזן על ידי קרחון. מקור מרוצות קרחון היא באגמים סגורים כאשר הם עולים בהרבה על גדותיהם ולכן ספיקת השיא שלהן יכולה להיות הרבה יותר גדולה מזה של שיטפון הנובע משולי האגם. השטף של מרוצת קרחון מהוואטניוקול בדרך כלל גם מטפס על פני תקופה של שבועות עם הזרם הגדול ביותר הקרוב לסוף, או שהוא מטפס הרבה יותר מהר במהלך שעות ספורות. דפוסים אלה משקפים כנראה את היתוך ערוץ הזרימה, וזרימה תחת המשטח העליון, בהתאמה. תהליכים דומים בקנה מידה גדול מאוד התרחש במהלך הפשרת הקרחונים בצפון אמריקה לאחר עידן הקרח האחרון (למשל מימת אגאסי), ויש להניח כי בזמנים מוקדמים יותר, הגם שהתיעוד הגאולוגי לא השתמר היטב. אופן ההיווצרות של מים מומסים תת-קרחוניים הוא אחד המפתחות להבנת הזרימה של מים מומסים תת-קרחוניים. מים מומסים עשויים להיווצר על פני שטח הקרחון, מתחת לקרחון או בשני המקומות. המסת פני השטח נוטה לגרום לאגירה על פני השטח. מים מומסים בתחתית הקרחון נגרמים כתוצאה משטף חום גאותרמי (קרי מחום כדור הכדור הארץ), אשר משתנה בהתאם למיקום, כמו גם מחימום כתוצאה מהחיכוך בין הקרח לבין השטח שמתחתיו. מי מומסים עשויים לזרום מעל הקרחון, מתחת לקרחון או כתהום באקוויפר מתחת לקרחון כתוצאה מתולכה ההידראולית של התשתית מתחת לקרחון. מים נאגרים בברכות או במשטח תת-קרחוני (אגמים) אם קצב הייצור עולה על שיעור האובדן לאקוויפר. ההשפעות של זרימות מים על קרחוניות ותת קרחוניות בקצה משטח הקרח הן שונות. זרימת על קרחוניות דומות לזרימת מים בכל הסביבות האחרות - מים זורמים מאזורים גבוהים יותר לאזורים נמוכים יותר בהשפעת הכבידה. זרימת תחת הקרחון שונה משמעותית, המים המיוצר על ידי התכה בבסיס הקרח או נמשכים מטה מפני השטח על ידי הכבידה, נאספים בבסיס הקרחון בברכות ואגמים המכוסים במאות מטרים של קרח. אם אין ניקוז מפני השטח של הקרח, המים המופשרים על גבי יזרמו כלפי מטה ויתאפסו בנקיקים בקרח, יחד עם המים המופשרים תחת הקרחון; שני המקורות יכולים ליצור אגם תת-קרחוני. העומד ההידראולי של המים שנאספו באגם תת-קרחוני יגדל ככל שהמים מתנקזים דרך הקרח עד שהלחץ יהיה מספיק גבוה כדי לפרוץ נתיב דרך הקרח או להציף את הקרח מעליו. אם מים מומסים מצטברים, השחרור הוא זמני תחת יריעות קרח יבשתי, כמו גם תחת קרחוני האלפים. המים הנאספים מסירים את הקרח שמעליהם, והמים נעים כלפי חוץ בשכבה דחוסה או אגם גדל תחת הקרח. אזורים בהם הקרח יוסר בקלות הרבה ביותר (אזורים כלומר עם יריעות קרח דקות מעליהם) מורמים ראשונים. לפיכך מים עשויים להעלות את בסיס שטח הקרחון אם הם נעים לעבר אזורים בהם הקרח שמעליו נמוך יותר. תהליך זה מתמשך עם התרכזות המים, עד אשר נוצר נתיב לשחרור המים. אם אין ערוץ הקיים מראש, המים משוחררים בתחילה כזרם רחב שיכול להיות בעל חזית זרימה בת עשרות קילומטרים רחבים בזרם קל. כשזרימה ממשיכה, היא נוטה לשחוק את הבסיס ואת הקרח שמעליו, ויוצרת עמק דמוי U כשהלחץ המופחת מאפשר לרוב הקרחון לחזור ולהישען ישירות על פני השטח מתחתיו כך שהזרימה הופכת מרחבה למנותבת. הכיוון של הערוץ מוגדר בעיקר על ידי העובי של הקרח שמעליו ולאחר מכן על ידי השיפוע של פני השטח מתחתיו, וישנם אזורים בהם הלחץ של הקרח מאלץ את המים לעלות למעלה לאזורי כיסוי קרח נמוך עד שהוא עולה לפני הקרח. לפיכך התצורה של עמקי ה-U השונים שנוצרו על ידי קרחונים ספציפיים מספקת מיפוי כללי של עובי הקרחון כאשר העמקים נוצרו, במיוחד אם התבליט בפני השטח המקוריים ובקרחון היה מוגבל. השחרור המהיר בנפח גבוה הוא תהליך שוחק מאוד, כפי שמעידה פסולת הנמצאת בעמקים ובפתחם, שנוטה להיות אבנים וסלעים גסים. סביבה שוחקת זו עקבית עם יצירה של עמקים שעומקם מעל 400 מטר ורוחבם 2.5 ק"מ, כפי שנצפו באנטארקטיקה. פיוטרובסקי פתח מודל מפורט של התהליך האנליטי, הצופה מחזור כדלקמן: מים מומסים כתוצאה מחימום גאותרמי מלמטה. מי מופשרים מפני שטח אינם משמעותיים ויהיו מינימליים במרבית הקרחונים מכיוון שראיות מצביעות על כך שהמים עיליים לא יכולים לחדור יותר מ-100 מטרים לתוך קרחון. מים מופשרים מתנקזים תחילה דרך האקוויפרים התת-קרחוני. כאשר התולכה ההידראולית של התשתית איננה מספיקה, המים התת-קרחוניים המומסים מצטברים באגנים. מספיק מים מצטברים כדי לפתוח את חסימת הקרח בעמק שנוצרה לאחר הזרימה האחרונה. המים העודפים זורמים דרך העמק זרימה טורבולנטית השוחקת הן את העמק והן את הקרח. ככל שרמת המים יורדת, הלחץ יורד עד שהעמק שוב נסגר על ידי הקרח והזרימה נפסקת. בעוד מרוצות קרחון היו מקושרות במקור עם הואטניוקול, הרי כבר דווחו בטווח רחב של מקומות, כולל אנטארקטיקה בהווה, ויש ראיות לכך שהם התרחשו גם במעטה הקרח לורנטייד (אנ')‏ ומעטה הקרח הסקנדינבי בתקופת הקרח האחרונה. קרחון מירדלסיוקוטל (Mýrdalsjökull) נתון למרוצות קרחון כאשר הר הגעש קטלה (Katla) השוכן מתחתיו מתפרץ, בערך כל 40–80 שנים. מעריכים כי בהתפרצות ב-1755 ספיקת שיא הייתה כ-200,000-400,000 מ"ק לשנייה, בדומה לספיקה של נהר האמזונאס ואף כפול ממנו. הר געש גרימסווטן גורם למרוצות קרחון תכופות וגדולות מואטניוקול. ההתפרצות ב-1996 גרמה לזרימת שיא של 50,000 מ"ק לשנייה ונמשכה מספר ימים. הר געש אייאפיאטלאייקוטל (השוכן מתחת לקרחון באותו שם) גורם גם הוא למרוצות קרחון. ההתפרצות ב-2010 גרמה למרוצת קרחון עם זרימת שיא של כ 2,000-3,000 מ"ק לשנייה. ביולי 1994, נוקז אגם חסום על ידי משטח קרח דרך מנהרה תת-קרחונית מתחת לקרחון גודארד (Goddard), בהרי החוף שבקולומביה הבריטית, וכתוצאה נוצרה מרוצת קרחון. פרץ השיטפון של 100–300 מ"ק לשנייה זרם 11 ק"מ דרך Farrow Creek והסתיים באגם Chilko, תוך שהוא גורם לשחיקה משמעותית כך שסכר הקרח לא השתקם. מרוצות קרחון דומות בקולומביה הבריטית מסוכמות בטבלה שלהלן כשמעטה הקרח לורנטיד (Laurentide) נסוג מההיקף המרבי שלו לפני כ-13000–21000 שנים, התרחשו שתי העתקות משמעותיות של הזרימה במזרח צפון אמריקה. למרות שיש עדיין ויכוחים רבים בין הגאולוגים היכן אירועים אלו התרחשו, סביר להניח שהם התקיימו כאשר מעטה הקרח נסוג מהרי האדירונדאק (Adirondac) ושפלת סנט לורנס (St. Lawrence). ראשית, האגם הקרחוני אירוקווי (Iroquois) התנקז לאוקיינוס האטלנטי באופן קטסטרופלי בעמק ההדסון, כשסכר מעטה הקרח הנסוג התמוטט והוקם מחדש עצמו בשלוש מרוצות קרחון. העדויות לעוצמת המים במורד עמק ההדסון כוללת משקעים עמוקים חרותים בעמק, משקעים גדולים במדף היבשתי, ובולדרים קרחוניים בקוטר של יותר מ-2 מטר בקצוות. מאוחר יותר, כאשר שפלת סנט לורנס נמסה, האגם הקרחוני קנדונה (Candona) נשפך לצפון האוקיינוס האטלנטי, לאחר מכן הניקוז התבצע באמצעות ים צמפליין (Champlain) ועמק סנט לורנס. מאמינים כי הפשרה זו בצפון האוקיינוס האטלנטי על ידי מרוצת קרחון לפני כ-13,350 שנים הומרצה על ידי ירידה במסוע הימי והתקופה הקרה הקצרה שבתוך ה-Allerød של חצי הכדור הצפוני לבסוף, ימת אגאסי הייתה ימת קרח עצומה במרכז של צפון אמריקה. שהוזנה על ידי נגר קרחונים בסוף תקופת הקרח האחרונה, שטחה היה גדול יותר משטחם של כל האגמים הגדולים המודרניים במשולב והיא הכילה יותר מים מאשר כל האגמים בעולם כיום. הימה נוקזה בסדרה של אירועים בין לפני כ-13,000-8400 שנה. Beaney, C. L. and Shaw, J., (2000). The subglacial geomorphology of southeast Alberta: evidence for subglacial meltwater erosion. Can. J. Earth Sci., 37:51-61. Björnsson, H., (2002). Subglacial lakes and jökulhlaups in Iceland. Global and Planetary Change, 35:255–271. Alley, R.B., Dupont, T.K., Parizek, B.R., Anandakrishnan, S., Lawson, D.E., Larson, G.J. and Evenson, E.B., (2005). Outburst flooding and the initiation of ice-stream surges in response to climatic cooling: A hypothesis. Geomorphology, 75: 76-89. Erlingsson, U., (1994). The ‘Captured Ice Shelf’ hypothesis and its applicability to the Weichselian glaciation. Geogr. Ann., 76A (1–2): 1–12. Erlingsson, U., (2008). A jökulhlaup from a Laurentian captured ice shelf to the Gulf of Mexico could have caused the Bølling warming. Geogr. Ann., 90 A (2): 125- 140. Alexei N. Rudoy (2002). Glacier-dammed lakes and geological work of glacial superfloods in the Late Pleistocene, Southern Siberia, Altai Mountains Piotrowski, Jan A. (1997). "Subglacial hydrology in north-western Germany During the Last Glaciation: Groundwater Flow, Tunnel Valleys, and Hydrological Cycles". Quaternary Science Reviews. 16 (2): 169–185. Bibcode:1997QSRv...16..169P. doi:10.1016/S0277-3791(96)00046-7. Shaw, J., (1983). Drumlin formation related to inverted melt-water erosional marks. J. Glaciol., 29:461–479. Shaw, J; A. Pugin; R.R. Young (15 בדצמבר 2008). "A meltwater origin for Antarctic shelf bedforms with special attention to megalineations". Geomorphology. 102 (3–4): 364–375. Bibcode:2008Geomo.102..364S. doi:10.1016/j.geomorph.2008.04.005. {{cite journal}}: (עזרה) Smellie, John L. (במאי 2008). "Basaltic subglacial sheet-like sequences: Evidence for two types with different implications for the inferred thickness of associated ice". Earth-Science Reviews. 88 (1–2): 60–88. Bibcode:2008ESRv...88...60S. doi:10.1016/j.earscirev.2008.01.004. {{cite journal}}: (עזרה) Smellie, John L.; J.S. Johnson; W.C. McIntosh; R. Esser; M.T. Gudmundsson; M.J. Hambrey; B. van Wyk de Vries (7 באפריל 2008A). "Six million years of glacial history recorded in volcanic lithofacies of the James Ross Island Volcanic Group, Antarctic Peninsula". Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 260 (1–2): 122–148. doi:10.1016/j.palaeo.2007.08.011. {{cite journal}}: (עזרה) מדיה וקבצים בנושא מרוצת קרחון בוויקישיתוף Video of a jökulhlaup at Eyjafjallajokull volcano, Iceland 14 April 2010 (Blog of Prof Dave Petley, University of Durham) Björnsson 2002 Shaw 2008 Smellie 2008A Piotrowski 1997 Smellie 2008 Wingham 2006 ניתן לדמות זאת למיטת מים - המים נעים מתחת לקרח כשם שהם נעים מתחת למשקל במיטת מים Shaw 1983 Beaney and Shaw 2000 Alley et al. 2005 Erlingsson 2008 Erlingsson 1994 The Reykjavik Grapevine Clague, John J.; Stephen G. Evans (במאי 1997). "The 1994 jökulhlaup at Farrow Creek, British Columbia, Canada". Geomorphology. Published by Elsevier Science B.V. 19 (1–2): 77–87. Bibcode:1997Geomo..19...77C. doi:10.1016/S0169-555X(96)00052-9. {{cite journal}}: (עזרה) Donnelly, Jeffrey P.; Neal W. Driscoll; Elazar Uchupi; Lloyd D. Keigwin; William C. Schwab; E. Robert Thieler; Stephen A. Swift (בפברואר 2005). "Catastrophic meltwater discharge down the Hudson Valley: A potential trigger for the Intra-Allerød cold period". Geology. 33 (2): 89–92. Bibcode:2005Geo....33...89D. doi:10.1130/G21043.1. {{cite journal}}: (עזרה)