Surgeglaciärer: när glaciärer plötsligt accelererar
De flesta glaciärer rör sig med en hastighet av ett par meter till ett par hundra meter per år, beroende på storlek, lutning och klimat. Men en specifik kategori av glaciärer — surgeglaciärer — uppvisar ett dramatis undantag från detta mönster. Med oregelbundna mellanrum, normalt med ett intervall på tio till hundra år, förvandlas de från tröga, stabila isströmmar till rasande framryckningslöpare. Under en surgepisod kan frontens rörhastighet nå tio till hundra gånger normalfarten; den dagliga förflyttningen kan mätas i tiotal meter snarare än millimeter.
Fenomenet fascinerande glaciologer sedan det beskrevs i detalj av T.J. Hagen och andre norska glaciologer på Svalbard under 1960-talet, och det har sedan dess studerats intensivt på Spetsbergen, i Alaska, i Karakoram och i ett fåtal alpina miljöer. Surgeglaciärer utgör en liten andel av världens glaciärer — kanske fem till tio procent — men deras beteende kastar ljus över fundamentala frågor om isens instabilitet.
Vad utlöser en surge
En surge är resultatet av en instabilitet i balansen mellan isens massa och det subglaciala vattenlagret. Under normala förhållanden dräneras basalt smältvatten effektivt via Röthlisberger-kanaler och håller vattentrycket under ett gränsvärde. Isen rör sig med ett stabilt och relativt lågt flöde.
Under den kvilascende fasen — perioden mellan surger — ackumuleras is i reservoarzonen, normalt i glaciärens övre del, medan frontpartiet stagnerar och stagnerar ytterligare. Det subglaciala kanalsystemet kollapsar gradvis under låga flöden. Vattnet börjar istället fördela sig i ett utbrett, trycksatt lager under isen, av typen som Weertman-modellen beskriver. Det höga vattentrycket reducerar friktionen mot berggrunden och utlöser en positiv återkoppling: snabbare isrörelse genererar mer friktionsvärme, mer smältvatten, ytterligare tryckökning och ytterligare acceleration.
Surgen avslutas antingen när ackumulerat vatten töms snabbt ut i havet eller i perifera kanaler, eller när reservoarzonen tömts på sin istjocklek och balansen återställs. Termineringsmekanismen är ett aktivt forskningsområde.
Medvezhiy-glaciären, Pamir
Medvezhiy (ryska: "björn") i Tajikistans Pamirgebirge är en av de mest välstuderade surgeglaciärerna i världen. Med upprepade surgepisoder under 1900-talet — den senaste stora surgen inträffade 1989 — och regelbundna observationer av ryska och tjeckiska glaciologer är Medvezhiy ett referensobjekt i surge-litteraturen.
Under surgen 1963 rörde sig glaciärens front framåt med upp till 100 meter per dag under toppen, en hastighet som är svår att föreställa sig för ett isflöde. Rörelsen damade upp enorma mängder morängrus och skapade temporära sjöar bakom moränvallarna som riskerade att orsaka översvämningar nedström.
Variegated Glacier, Alaska
Variegated Glacier i Yakutatregionens kust-Alaska är föremål för ett av de mest detaljerade fältstudieprogrammen om surge-glaciärer som genomförts. Forskargruppen ledd av Charles Raymond och Will Harrison genomförde intensiva fältmätningar under 1980-talets surgeperiod, placerade ut mätpunkter längs hela glaciären och dokumenterade hur hastighetsprofilens deformation förändrades under surgecykeln.
Resultaten bekräftade den termiska surge-modellen delvis, men visade också att hydrologi-övergången från kanaliserat till distribuerat subglacialt flöde är den kritiska utlösande mekanismen snarare än enbart temperaturförhållanden vid isens bas.
Karakoramsurgeglaciärer
Karakoram-bergskedjan i Pakistan och Kina är hem till en ovanligt stor koncentration av surge-glaciärer relativt antalet glaciärer totalt. Baltoro-, Siachen- och Hisparglaciärerna uppvisar surge-beteende med varierande frekvens. Den kalla och extremt torra klimatregimen, kombinerat med den extraordinärt komplexa topografin med djupa dalgångar och höga toppar, skapar förhållanden som gynnar surge-instabilitet.
Hispar-glaciären, som flödar ihop med Biafo-glaciären till ett kombinerat system av 126 kilometers total längd — ett av de längsta glaciärsystemen utanför polartrakterna — surge-de senast under 1970-talet med dramatisk fromdels avancering.
Svalbards surge-landskap
Svalbard (Spetsbergen) är ett av världens tätaste surge-glaciärsregioner, med uppskattningsvis 13 procent av ögruppens glaciärer klassificerade som surge-typ. Kongsvegenbreen, Bertilbreen och Monacobreen är bland de välstuderade Svalbardsglaciärerna med kända surge-historiker.
Klimatets effekt på surge-frekvensen på Svalbard är ett aktivt forskningsområde: när glaciärerna sammanlagt tunnats ut och förlorat massa, förändras de termiska och hydrologiska förutsättningarna för surge. Preliminära data tyder på att surge-cykler förändras i längd och intensitet i samband med den snabba uppvärmningen som Arktis genomgår.
Termisk kontra hydrologisk surge-mekanism
Två principiellt olika mekanismer diskuteras för surge-utlösning, och det är möjligt att båda är relevanta för olika glaciärer. Den termiska mekanismen, först föreslagen av Weertman 1969, innebär att ett bälte av tempererad (smältpunktsnära) is expanderar neråt längs glaciären tills det når en tröskel där glidning plötsligt aktiveras. Termiska surger förknippas med glaciärer i kallt klimat, t.ex. på Svalbard.
Den hydrologiska mekanismen, bättre underbyggd av empiriska data från Alaskas temperade glaciärer, innebär att subglacialt vattenflöde övergår från effektivt till ineffektivt med högt tryck, drivet av geometriska instabiliteter i basalt flöde.
Nyare studier, bl.a. från glaciärer i Patagonia och Grönland, antyder att en hybrid av de två mekanismerna är vanligast — termiska förhållanden skapar förutsättningarna, men den akuta utlösningen sker via den hydrologiska mekanismen.
Surge-glaciärer och framtida havsnivå
Surge-beteende bidrar indirekt till havsytestigning. Under en surge transporteras stora ismassor från reservoarzonen till ablationszonen eller direkt till havet via kalvning. Om klimatuppvärmningen minskar ett glaciärs totala massa utan att ändra surge-parametrarna, kan den genomsnittliga massbortföringen per surge-cykel minska. Men om ökad ytavsmältning skapar mer smältvatten som infiltrerar basen och destabiliserar det hydrologiska systemet snabbare, kan surge-frekvensen öka.
Kopplingen är komplex och otillräckligt modellerad. Utforska surge-glaciärernas utbredning runt om i världen via kartan och se var aktiv forskning om surge-beteende bedrivs i dag.