Геологи смоделировали деформацию земной коры в ответ на истончение ледников

Ученые рассчитали скорость гляциоизостатических движений земной коры, которые произошли в результате деградации ледникового покрова Земли в XXI веке, при этом впервые учтена горизонтальная составляющая движений для удаленных от ледников регионов. Таяние Гренландского ледникового щита провоцирует поднятие на севере евразийского и североамериканского континентов со скоростью 1,0-0,4 миллиметра в год. Средние скорости горизонтальных движений изменяются от 0,3 миллиметров в год на севере Канады до 0,05 миллиметров в год на юге США и Европы. Исследование опубликовано в Geophysical Research Letters.

С начала века темпы деградации ледникового покрова Земли резко выросли: потери льда из щитов на полюсах и горных ледников увеличились на 57 процентов. Такая масштабная дегляциация планеты не только ускоряет рост уровня Мирового океана, но и вызывает деформацию земной коры. Ледниковый покров вдавливает литосферу в подстилающую вязкую астеносферу, и при таянии льда земная кора стремится восстановить равновесное состояние. Возникает процесс гляциоизостазии, когда вертикальные и горизонтальные движения земной коры компенсируют ледниковую нагрузку. Яркий пример гляциоизостазии — воздымание Фенноскандии после деградации плейстоценового Скандинавского ледникового щита. В настоящее время север Ботнического залива поднимается со скоростью один сантиметр в год.

Развитие глобальных навигационных спутниковых систем позволило измерять вертикальные движения коры как вблизи современных ледниковых щитов, так и на удалении от них. Однако горизонтальная составляющая гляциоизостатических движений редко учитывалась, несмотря на то, что она может превышать скорость воздымания в периферийных регионах.

Исследователи из Австралии и Соединенных Штатов под руководством Софи Кулсон (Sophie Coulson) из Гарвардского университета смоделировали скорости деформации земной коры, возникающие в результате изменения массы льда на планете. Геологи учли как вертикальные, так и горизонтальные движения. Расчеты деформаций опирались на сферически симметричную модель Земли, а упругая и плотностная структуры планеты были заданы предварительной эталонной моделью Земли (PREM). Также были использованы данные спутниковой альтиметрии аппарата ICESat, который предоставил данные мониторинга баланса массы Антарктического, Гренландского ледниковых щитов и горных ледников в период с 2003 по 2013 год.

По результатам подсчетов истончение Гренландского ледникового щита провоцирует воздымание на юге одноименного острова со скоростью три миллиметра в год. На удалении от ледникового щита вертикальные скорости падают с 0,4-1,0 (Исландия, Баффинова Земля) до 0,0-0,4 (северная Европа, континентальная Канада) миллиметров в год. Тангенциальные движения земной коры протекают в северном направлении. На евразийском континенте максимальные значения горизонтальных скоростей составляют 0,2 миллиметров в год в Норвегии, которые снижаются до 0,05 миллиметров в год в южной Европе. При перемещении с северо-востока Канады на запад США скорость тангенциальных движений падает с 0,3 до 0,05 миллиметров в год.

Истончение арктических ледников приводит к повсеместным горизонтальным движениям в высоких широтах со скоростью до 0,15 миллиметров в год. Величина деформаций земной коры из-за изменения массы Антарктического ледникового щита меньше той, которая вызвана таянием Гренландии: потери массы льда на западе Антарктики были частично компенсированы приростом в ее восточной части в исследуемый период. Скорости вертикальных поднятий достигают максимальных значений один миллиметр в год на Антарктическом полуострове и снижаются до 0,02 миллиметров в год на Фолклендских островах.

Гляциоизостатические деформации земной коры для пяти локаций. Цветные линии показывают индивидуальный вклад Гренландского (зеленый), Антарктического (голубой) ледниковых щитов и горных ледников (оранжевый) и их сумму (черный)

Горизонтальные и вертикальные скорости движения земной коры наиболее высокие в местах, близких к областям потери массы льда. Это иллюстрируют расчеты для Норильска, где большие темпы деформации в период с 2003 по 2013 год исследователи объясняют быстрой деградацией ледников на Шпицбергене и островах российской Арктики. Проанализировав скорости гляциоизостатических движений в районе Лондона и Бостона авторы также пришли к выводу, что эти два участка демонстрируют чувствительность к таянию Гренландского ледникового щита, хотя и расположены от него на большом удалении. Ученые заключили, что рассчитанные скорости горизонтальных и вертикальных движений земной коры могут дополнить спутниковые геодезические измерения.