Kryosféra je termín zastřešující veškerou vodu v pevném skupenství (ledu), která se nachází na zemském povrchu. Komponenty kryosféry a jejich délka trvání je znázorněna na (obr. 1). Jednou z nejdůležitějších komponent jsou ledovce.

Ledovce

Ledovce jsou tekoucí tělesa ledu, která pokrývají zemskou souš. V současné tak činí z cca 10 % (Cuffey & Paterson, 2010), v dobách maximálního zalednění to byl ale zhruba trojnásobek. Vlivem klimatické změny ale dochází k rychlým změnám v celkovém objemu a rozloze ledovců. V období 2000–2019 činila ztráta hmoty ledovců okolo 270 Gt za rok (Hugonnet et al., 2021).

Vznik ledovců a bilance hmoty

Čerstvě napadaný sníh má velice nízkou hustotu (tab. 1). Postupnou kompakcí vlivem tlaku sněhové hmoty v nadloží a rekrystalizací se jeho hustota zvyšuje a mění se ve firn. Další kompakcí, zcelováním jednotlivých ledových krystalů do jednolité hmoty se firn mění v ledovcový led jehož hustota se pohybuje mezi 830 kg m⁻³ až 923 kg m⁻³ (tab.1; (Cuffey & Paterson, 2010)).

Ledovce mění svůj objem v závislosti na přísunu hmoty (ledu) – akumulaci, a jeho úbytku neboli ablaci. Přírůstky ledu jsou způsobené zejména sněhovými srážkami, které dopadají přímo na ledovec nebo jsou na něj dopraveny pomocí lavin či převáty větrem z okolí. Úbytek hmoty je způsoben táním ledu a následným odtokem tavných vod, odlamování ker (tzv. telení), větrnou erozí, ale i sublimací ledu (přímou přeměnou ledu ve vodní páru).

Na ledovci rozlišujeme z hlediska bilance dvě základní zóny: akumulační a ablační (Obr). Do akumulační zóny spadá ta část ledovce, která má pozitivní bilanci (přírůstky hmoty). Ablační zóna má zápornou bilanci, dochází zde k úbytku hmoty. Hranicí mezi akumulační a ablační zónou je tzv. čára rovnováhy (equilibrium line altitude). Pokud je celková bilance ledovce záporná, ledovec se zmenšuje a naopak. Bilance hmoty v ledovci se zpravidla určuje pro období mezi dvěma okamžiky, kdy ablace dosáhla svého maxima (konec léta 1 – konec léta 2).

Typy ledovců

Základní klasifikace ledovců na ty, které nejsou limitované reliéfem (např. Grónský ledový příkrov) a ty které jsou nějak omezené reliéfem jako je v případě údolních ledovců v Alpách.

Ledové příkrovy, čapky a šelfové ledovce

Ledový příkrov (“ice sheet”) neboli také ledový štít či kontinentální ledovec je nejrozsáhlejší ledovcové těleso. Jejich plocha musí přesahovat 50000 km². V současné době se ledové příkrovy nacházejí jen v Grónsku a Antarktidě. Ledová čapka (“ice cap”) je prakticky malou verzí ledového příkrovu. Jedná se o obrovské masy ledu, které zcela překrývají topografii. Ledový příkrov se skládá ze dvou základních částí. Ledové dómy jsou konvexní formy, ledové vyvýšeniny z nichž se led radiálně roztéká. Ledové proudy jsou části ledového příkrovu nebo ledové čapky, kde se led pohybuje významně rychleji než v okolních částech. Ve srovnání s celým ledovým příkrovem se jedná o relativně úzké oblasti, ale prostřednictvím těchto proudů je transportována převážná část ledové hmoty příkrovů.

Šelfový ledovec je část ledovce, která plave na hladině oceánu či moře.

Ledovce limitované topografií

Mezi ledovce, které jsou ovlivněné či řízené reliéfem řadíme Ledovcová pole a hlavně horské ledovce (“mountain glaciers”).

Ledovcová pole (“ice fields”) připomínají ledové čapky, avšak nemají kopulovitou topografii, takže tok ledu je řízen hlavně reliéfem v podloží.

Velkou skupinu tvoří horské ledovce. Svahové ledovce vznikají v mělkých depresích či strukturních stupních na příkrých svazích. Karový ledovec (“cirque (corrie) glacier”) je relativně malý ledovec, který vyplňuje kar. Kar je oválná deprese, která je otevřená jedním směrem a byla vytvořená erozivní činností ledovce. Když karový ledovec přeteče přes hranu karu do údolí, stává se z něj údolní ledovec (někdy sedodává alpského typu, angl. “valley glacier”). Ledovce vytékající až do podhůří, kde se mohou spojovat do jednoho velkého lemu se nazývají úpatní nebo piedmontní ledovce (“piedmont glaciers”).

Typy ledovců podle teploty báze

Velice důležitým faktorem, který ovlivňuje pohyb ledovce a jeho schopnost modelovat své podloží, je teplota báze ledovce (rozhraní ledovec–podloží). Ledovec s chladnou bází má na kontaktu s podložím takovou teplotu, při které led netaje. Ledovec je přimrzlý k podloží. Důsledkem toho takový ledovec nemodeluje své podloží. Ledovec s teplou bází je naopak na kontaktu roztáté. Nachází se tam množství tavné vody. Ledovce s teplou bází intenzivně modelují své podloží. Polytermální ledovce jsou na pomezí předešlých dvou typů. Jedná se většinou o rozsáhlejší ledovce, kde se střídají oblasti s chladnou a teplou bází.

Pohyb ledovců

Působením tíhové síly je v ledovci vyvoláváno smykové napětí, které uvádí ledovce do pohybu. Rozlišujeme dva základní mechanismy. První mechanismus, kterým se pohybují všechny ledovce je vnitřní (plastická) deformace nazývaná ledovcový kríp (“ice creep”). Druhý mechanismus je bazální klouzání (smýkání). Ledovce s teplou bází se dominantně pohybují bazálním smýkáním, vnitřní deformací samotného ledu jerealizován jen zlomek celkového pohybu. U ledovců se studenou bází to je naopak. Bazální klouzání je téměř nulové a ledovcová masa se pohybuje vnitřní deformací ledu.

Rychlost deformace ledu („strain rate“, $\dot{\epsilon}$) je dána experimentálně odvozenou Glenovou rovnicí:

kde $\dot{\epsilon}$ je rychlost deformace, $A$ je koeficient, který s teplotou roste, $\tau$ je střižné (smykové) napětí a $n$ je experimentálně zjištěný exponent, pro led platí, že $n \approx 3$

Jak je patrné z rovnice (jelikož $n > 1$), tak i malé změny smykového napětí vedou k velkým změnám v úrovni deformace.

Průměrná rychlost pohybu ledovce je v rozmezí 3 m až 300 m za rok. Rychlost pohybu se mění v prostoru a čase. Největší rychlost pohybu ledovce je na jeho povrchu a směrem dolů klesá (Obr. ). V podélném profilu se rychlost mění v závislosti na akumulaci a ablaci.

Glaciální procesy

Erozní činnost ledovců

Celkem rozlišujeme čtyři mechanismy glaciální eroze. Deterze jeohlazování skalního podloží. Exarace rýhování skalního podloží. Tímto procesem vznikají striace. Podle striací skalního podloží lze určit směr pohybu ledovce. Detrakce je proces odlamování Čtvrtý mechanismus plucking je spojený s účinky mrazového zvětrávání a tlaku ledovce.Jedná se o vytrhování kusů horniny z podloží.

Glaciální transport a akumulace

Ledovcové tvary

Tvary ledovcové eroze

Ledovce svou abrazní činností vytvářejí na skalách hladké plochy – ledovcové ohlazy. Materiál transportovaný na bázi ledovce obrušuje a škrábe podloží. Tímto obrušováním vznikají rýhy, které nazýváme ledovcové striace.

Výstupy skalního podloží ledovec přemodelovává v oblík, což jsou v podélném profilu asymetrické pahorky. Svah ukloněný proti pohybu ledovce je mírný, hladký a nese stopy po obrušování (striace). Svah po směru pohybu je naopak strmý a s různými výstupky, které vznikly vytrháváním kusů hornin.

V uzávěrách údolí, pramenných oblastech říčních údolí vznikají ledovcovou erozí kary (cirque). Tvar karu by se dal připodobnit křeslu. Vysoké a strmé stěny karu navazují na prohloubené konkávní dno karu. Od údolí je kar oddělen karovým stupněm.

Ústupem zadních stěn karů z více stran vznikají ostré horské štíty taktéž známé jako karlingy, ârety nebo (matter)horn podle typického horského štítu Matterhorn (Obr. 4) ve Švýcarských alpách.

Trog je ledovcové údolí. Jeho příčný profil má tvar písmene “U”. V podélném profilu trogů jsou patrné stupně, které mohou například souviset se strukturní predispozicí či změnou litologie. Ledovcová údolí mající dno pod hladinou moře se nazývají fjordy.

Visutá údolí jsou boční údolí trogu. Menší ledovce nemají takový erozivní účinek aby údolí prohloubily na úroveň hlavního trogu. Na těchto stupních pak po odlednění bývají vodopády.

Nunataky jsou izolované skály ze všech stran obklopené ledovcem.

Tvary ledovcové akumulace

Glaciální sediment se nazývá till. Je tvořen nevytříděným materiál (obsahuje různé frakce). Till obshuje různě opracovaný materiál – jak ostrohranné, tak i zaoblené klasty. Na klastech jsou patrné ohlazy a striace. Till je nevrstevnatý a litologicky heterogenní.

Akumulační formy tvořené tillem se označují jako morény. Morény jsou důležitým indikátorem dynamiky ledovce, jeho maximálního rozsahu apod. Rozlišujeme několik základních druhů morén. Čelní morény jsou valy, které vznikají před čelem ledovce. Omezují nejzazší místo, kam se ledovec dostal. Boční morény jsou akumulace po bocích ledovce. Při spojení dvou ledovců dochází i ke splynutí jejich bočních morén, vzniká tak střední moréna. Ústupové morény jsou drobnější morény mezi čelnímorénou a zbytkem ledovce případně karem. Vyznačují místa, kde došlo ke krátkodobé stabilizaci ustupujícího ledovce. Svrchní moréna pokrývá ledovec. Malá vrstva svrchní morény snižuje albedo a může způsobit intenzivnější tání ledovce. Pokud je ale svrchní moréna mocnější, tak může naopak působit jako izolant. Materiál v těle ledovce označujeme jako vnitřní morénu. V podloží ledovce se nachází spodní moréna.

Drumlin může na první pohled připomínat oblík. Je tvořen ale sedimenty a jeho podélný profil je opačný. Strmý svah je proti pohybu ledovce a mírný svah po směru pohybu.

Táním tzv. mrtvého ledu (ledových čoček) vznikají sníženiny, které mohou být vyplněné vodou. Označují se jako kotlíkové jámy a v případně zaplnění vodou kotlíková jezera (kettle lakes).

Fluvioglaciální tvary reliéfu

Sandry jsou ploché výplavové kužely vzniklé rozplavováním čelních morén a glaciálně transportovaných jemných sedimentů. Sandry jsou tedy tvořené zejména písčitým materiálem.

Glacifluviální kužely jsou obdobou sandrů, ale jsou tvořeny štěrkovým materiálem, který je transportován divočícími toky.

Eskery (ózy). Jsou protáhnuté valy vytvořené akumulací sedimentů v subglaciálních tocích. Fluvioglaciální materiál je tříděný.

Kamy jsou nepravidelné pahorky glacifluviálního materiálu na povrchu spodní morény. Vznikají sesedáním sedimentů supraglaciálních (tekoucích po povrchu ledovce) toků po deglaciaci. V okrajových partiích ledovce, podél údolních svahů se mohou tvořit kamové terasy.

Kontrolní a klíčové otázky, na které bychom měli znát odpověď

• Jakým způsobem ledovce nabírají hmotu?
• Co je to tzv. čára rovnováhy a jak její posun ovlivňuje ledovec?
• Jaký je rozdíl mezi ledovci, které nejsou ovlivněné reliéfem v podloží a těmi, které naopak ovlivněné jsou?
• Jakým způsobem ovlivňuje teplota báze ledovce jeho pohyb a erozní schopnosti?
• Jak lze z podoby oblíku a drumlinu poznat směr pohybu ledovce?

Další klíčové pojmy k zapamatování

• firn
• ablace
• čára rovnováhy
• ledový proud
• šelfový ledovec
• kontinentální ledovec
• kar trog
• oblík
• nunatak
• striace
• moréna
• till
• kotlíková jezera
• sandr
• esker

Zdroje

1. Lemke, P., Ren, J., Alley, R. B., Allison, I., Carrasco, J., Flato, G., Fujii, Y., Kaser, G., Mote, P., Thomas, R. H., Zhang, T., Box, J., Bromwich, D., Brown, R., Cogley, J. G., Comiso, J., Dyurgerov, M., Fitzharris, B., Hagen, J. O., … Zhang, T. (2007). Observations: Changes in Snow, Ice and Frozen Ground. In S. D. Solomon, D. Qin, M. Manning, M. Chen, M. Marquis, K. B. Averyt, M. Tignor, & H. L. Miller (Eds.), Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (p. 48). Cambridge University Press.
2. Cuffey, K., & Paterson, W. S. B. (2010). The Physics of Glaciers (4th ed). Butterworth-Heinemann/Elsevier.
3. Hugonnet, R., McNabb, R., Berthier, E., Menounos, B., Nuth, C., Girod, L., Farinotti, D., Huss, M., Dussaillant, I., Brun, F., & Kääb, A. (2021). Accelerated Global Glacier Mass Loss in the Early Twenty-First Century. Nature, 592(7856), 726–731. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03436-z
4. Summerfield, M. A. (1999). Global Geomorphology: An Introduction to the Study of Landforms ([8.] repr). Addison Wesley Longman.
5. Bierman, P. R., & Montgomery, D. R. (2014). Key Concepts in Geomorphology. W.H. Freeman and Company Publishers : A Macmillan Higher Education Company.