Jūrās un ezeros var ieplūst arī ledāji, kas veido nogruntētas un uzpeldējušas ledus masas, tai skaitā šelfa ledājus.
Saistītie šķirkļi
Satura rādītājs
Izcelšanās raksturojums
Ledus jūrās, upēs, ezeros un citās ūdenstilpnēs var sākt veidoties, kad ūdens virsas temperatūra pazeminās un sasniedz sasalšanas temperatūru. Tā saldūdenim normālā atmosfēras spiedienā ir 0 °C. Ūdenim, kurā izšķīduši sāļi, sasalšanas temperatūra ir nedaudz zemāka par 0 °C, piemēram, jūras ūdens, kurā vidējais izšķīdušo sāļu daudzums ir 35 promiles, sasalšanas temperatūra ir -1,8 °C. Parasti, lai veidotos ledus kristāli, ūdens temperatūrai ir jāpazeminās vēl nedaudz zem sasalšanas temperatūras, veidojot pārdzesētu ūdeni. Ūdenstilpņu ledus veidošanās dinamiku galvenokārt ietekmē atmosfēras temperatūra, ūdens temperatūra ūdenstilpnē un tās termālā stratifikācija, ūdenstilpnes lielums, straumes ātrums un vējainība. Ūdenstilpņu ledus veidošanās ārpus polārajiem reģioniem lielākoties norisinās sezonāli, un pat Antarktikas jūras ledus vasarā gandrīz nokūst, tādējādi tas pārsvarā ir tikai vienu gadu vecs. Attiecīgi arī ledus biezums ir neliels un bieži nepārsniedz 1 metru. Turpretim Arktikā vairāk izplatīts daudzgadīgs jūras ledus, kurš bieži ir 3–4 m biezs. Arī sezonālais jūras ledus Arktikā var sasniegt 2 m biezumu, jo tas veidojas daudz tālāk uz ziemeļiem, nekā Antarktikas jūras ledus uz dienvidiem. Kopumā Antarktikas jūras ledus ir plānāks nekā Arktikā. Ūdenstilpņu ledus izplatība, tā struktūra, biezums un vecums ir nozīmīgi faktori saistībā ar Zemes enerģijas bilanci, jo ledum ir ievērojami atšķirīgāks albedo nekā ūdenim. Jūras ledum un tā izmaiņām ir būtiska saistība ar klimatu un tā mainību mūsdienās un pagātnē.
Ģeogrāfiskā atrašanās
Aptuveni pusi no upēm un sauszemes ūdenstilpnēm Ziemeļu puslodē katru gadu pārklāj ledus. Polārajos apgabalos pat eksistē ezeri, kurus lielāko daļu laika klāj ledus. Reizēm ezeri neaizsalst pat ļoti zemās temperatūrās, ja tajos saldūdens vietā atrodas sāļš ūdens, piemēram, sāļākajā Antarktīdas ezerā – Dona Huana dīķī (angliski Don Juan Pond), kas atrodas Raita ielejā. Jūras ledus galvenokārt ir koncentrēts Ziemeļu ledus un Dienvidu okeānu jūrās Arktikā un Antarktikā. Tā izplatībai raksturīga izteikta sezonāla mainība, īpaši Antarktikas reģionā, kur tikai ~15 % jūras ledus nenokūst vasarā, pārējais ledus aptuveni 15 miljonu km2 platībā katru gadu veidojas no jauna. Arktikā aptuveni 40 % jūras ledus vasarās nenokūst. Vidēji jūras ledus klātā platība pasaulē ir ~25 miljoni km2. Jūras ledus platība Arktikā vidēji mainās no 6,5 miljoniem km2 vasarā līdz 15,6 miljoniem km2 ziemā, savukārt Antarktikā attiecīgi no gandrīz tikai 2 līdz 18,8 miljoniem km2. Jūras ledus Antarktikā veidojas zemākos platuma grādos nekā Arktikā, respektīvi, tas veidojas nevis ap attiecīgo Zemes polu, bet ap Antarktīdas kontinentu, kurš vietām atrodas uz ziemeļiem pat no Dienvidu polārā loka. Turklāt jūras ledus veidošanos gar Antarktīdu neierobežo sauszeme virzienā uz ziemeļiem. Arktikā jūras ledus izplatību izteikti ierobežo piegulošie kontinenti un salas. Antarktikā jūras ledus minimālais apjoms vasarās ir salīdzinoši līdzīgas katru gadu, bet maksimālās apjoms ziemās ir daudzveidīgs. Arktikā jūras ledus galvenokārt koncentrējas virs 70 °N. Maksimālais un minimālais jūras ledus apjoms parasti tiek sasniegts attiecīgi martā un septembrī Arktikā un pretēji – Antarktikā.
Klasifikācija
Ledus veidojumi ūdenstilpnēs kopumā ir ļoti dinamiski un tiem ir daudz dažādu paveidu. Jūras ledu iedala divās galvenajās grupās – dreifējošs (pakledus) vai piestiprināts (malasledus) ledus. Dreifējošo jūras ledu veido dažāda lieluma peldoši ledus gabali un lauki, kurus iedala pēc to izmēra. Mazākos ledus gabalus sauc par birzumledu (<2 m), bet lielākus (2–20 m) par sīklūzu ledu. Ledus formas virs 20 m diametrā sauc par ledus laukiem. Malasledus var būt piestiprināts pie krasta, nogruntētiem aisbergiem vai pie jūras dibena. Polārajos apgabalos jūrās sastopami arī no ledāja atšķēlušies ledus blāķi, kurus sauc par aisbergiem, bet to atšķelšanās procesu – par kalvingu. Aisbergi netiek klasificēti kā jūras ledus veids. Nesasaluša ūdens apgabalus starp jūras ledus gabaliem un laukiem sauc par polinjām (no krievu valodas полынья, angļu polynya), bet latviešu valodā arī par lāsmeņiem. Jūras ledus, aisbergu un sniega sakopojumu, kas veido sablīvējumus, piemēram, fjordos, dēvē par ledus melanžu. Vēl viens jūras ledus veids rodas, jūras ūdenim piesalstot pie šelfa vai uzpeldējušu izvadledāju pamatnes.
Jūras ledus tiek klasificēts arī pēc tā veidošanās stadijām: sākotnējais ledus, plānledus, jaunledus, viengadīgais un daudzgadīgais ledus. Tikko izveidojies sākotnējais ledus (angļu new ice) neveido cietu ledus slāni, bet sastāv no atsevišķiem vai saistītiem ledus kristāliem – ledus adatām (angļu frazil ice), vizmām (angļu grease ice), sniega putras (angļu slush) un vižņiem (angļu shuga). Vēlāk veidojas līdz 10 cm bieza ledus garoza, kuru dēvē par plānledu (angļu nilas). Plānledu iedala tumšajā, gaišajā un ledus plēvē (angļu ice rind). Plānledus sakopojumi mēdz izveidot šķīvjledu. Pēc plānledus veidojas jaunais pelēkais un pelēkbaltais ledus (jaunledus), kura biezums ir no 10 līdz 30 cm. Pēc jaunledus veidojas viengadīgais ledus, kura vecums nepārsniedz vienu gadu, jo tas vasarā izkūst. Viengadīgais ledus parasti nepārsniedz 2 m biezumu. Par veco jeb daudzgadīgo jūras ledu dēvē ledu, kurš eksistē ilgāk par vienu kušanas sezonu, un tas tipiski ir 2–4 m biezs. Tikko izveidojies jūras ledus ir sāļš, jo tas satur sālsūdens ieslēgumus, savukārt daudzgadīgais ledus šādus ieslēgumus gandrīz nesatur.
Upēs vispirms veidojas peldoši ledus kristāli un to sakopojumi – vizmas un vižņi. Vizmas ir plāna virsas ledus plēve, kas veidojas lēnā ūdens plūsmā. Strauji tekošā (turbulentā) vai viļņojošā pārdzesētā ūdenī neveidojas virsas ledus, bet gan iekšledus kristālu sakopojumi, kuriem uzpeldot, veidojas vižņi. Vižņus rada gan iekšledus, gan ūdenī sakritušais sniegs, uzlauztas vizmas un virsledus gabali. Virsledus veidojumi ūdenstilpes malās tiek dēvēti par piesalām. Upēs, ezeros un jūrās, ja ūdens ir nemierīgs, var veidoties īpatnēji cirkulāri ledus veidojumi, kuru diametrs var sasniegt pat vairākus desmitus metru. Tos mēdz dēvēt par šķīvjledu vai arī par ledus diskiem, pannām vai pankūkām.
Ezeros izdala primāro un sekundāro ledu. Sekundārais ledus veidojas zem primārā ledus, gariem kolonveida ledus kristāliem augot virzienā uz leju. Virs primārā ledus var veidoties uzguldītais ledus, ja virs primārā ledus sasalst ūdens. Piemēram, pārdzesēts ūdens pa ledus plaisām var izplūst virs primārā ledus un sasalt. Periodu, kad ezeros, upēs un citās ūdenstilpēs izveidojas vienlaidus nekustīga ledus sega, sauc par ledstāvi.
Parādību kopuma attīstība un transformācija
Jūras ledus veidošanās un tā izplatības un biezuma ikgadējās atšķirības ir saistītas ne tikai ar atmosfēras un okeāna ūdens temperatūru, bet arī ar globāliem, reģionāliem un lokāliem procesiem atmosfērā un hidrosfērā un dažādām sauszemes, okeāna un atmosfēras mijiedarbībām. Tā kā jūras ledus ir izplatīts visapkārt Antarktikai daudz plašākā apgabalā nekā Arktikā, tam īpaši raksturīgas ir lielas atšķirības katru gadu. To nosaka ģeogrāfisko un klimatisko faktoru daudzveidība un atšķirības dažādos Dienvidu okeāna sektoros. Tādējādi ir sarežģīti izdarīt vispārinājumus par visu Antarktikas jūras ledu un tā izmaiņām kopumā. Viens no faktoriem ledus veidošanās un izplatības atšķirībām ir Antarktikas oscilācija (atmosfēras spiediena mainības režīms Dienvidu puslodē, kuru modulē zema spiediena zona ap Antarktiku saistībā ar rietumvējiem un Antarktikas cirkumpolāro jeb Rietumvēju straumi). Ledus veidošanos Dienvidu puslodē ietekmē arī El Ninjo parādība, kura veicina okeāna ūdens temperatūras paaugstināšanos. Jūras ledus veidošanās procesā Antarktikā liela nozīmē ir atmosfēras cirkulācijai un vējainībai, īpaši spēcīgajiem katabatiskajiem vējiem. To ietekmē aukstais gaiss pārvietojas prom no Antarktīdas. Tas gan pārvieto iepriekš izveidojušos jūras ledu, atsedzot tīra ūdens platības (polinjas), gan atdzesē virsējo ūdens slāni, tādējādi sekmējot jauna ledus veidošanos. Siltas ūdens straumes, kas veicina šelfa ledāju pamatnes kušanu, sekmē jūras ledus veidošanos, jo okeānā nokļūst auksts saldūdens, kas mazāka blīvuma dēļ paceļas virspusē un sasalst. Jūras ledum kopumā ir ļoti liela ietekme uz okeānu termohalīno cirkulāciju, jo tā veidošanās ir viens no būtiskākajiem faktoriem, lai rastos auksti un blīvi ūdeņi Antarktikā. Jūras ledus veidošanās ietekmē arī okeānu bioproduktivitāti, jo, ūdenim sasalstot, ledū veidojas sālsūdens kanāliņi ar lielu barības vielu koncentrāciju, kas sekmē mikroorganismu, īpaši aļģu, attīstību.
Ezeru aizsalšana ir saistīta ar to termālās (temperatūras) struktūras ikgadēju attīstību. Vasarā ezeros parasti veidojas virsējais siltā ūdens slānis (epilimnions), kuram ir mazāks blīvums nekā aukstākam ūdenim dziļāk ezerā. Rudenī ūdens temperatūra ezerā sāk izlīdzināties. Virsējam ūdens slānim atdziestot un pieaugot tā blīvumam, notiek tā grimšana un sajaukšanās ar dziļāk esošo ūdeni. Sasniedzot 4 °C temperatūru, tiek sasniegts lielākais ūdens blīvums. Ūdenim atdziestot vēl vairāk, tā blīvums atkal samazinās, tādējādi ziemā atkal veidojas stratificēta ezera ūdens termālā struktūra – aukstākais un mazāk blīvais ūdens atrodas ezera virsējā daļā. Tā temperatūrai sasniedzot sasalšanas punktu ap 0 °C, ezera virsējais ūdens slānis sasalst. Ezeros parasti sākotnēji veidojas plāns virsas ledus slānis. Lai tas veidotos, jānotiek ledus kristālu nukleācijai. Lai ūdenstilpnēs norisinātos heterogēna nukleācija (ledus kristāli veidojas pie citu daļiņu virsmas), ūdens virsējā slāņa temperatūrai būtu jāsamazinās pat vairākus grādus zem sasalšanas temperatūras. Tā kā šāda pārdzesēta ūdens veidošanās parasti netiek novērota, visticamāk ledus veidošanās ezeros aizsākas, norisinoties nukleācijai pie ledus kristāliem (tam ir nepieciešams tikai nedaudz pārdzesēts ūdens), kas ūdenstilpnē nokļūst no atmosfēras. Kad ir izveidojies šis sākotnējais ledus, turpmāka ledus veidošanās var norisināties ļoti ātri. Ideālos bezvēja un aukstas temperatūras apstākļos ledus kristāli var sasniegt ievērojamu biezumu (pat ap 1 m) un veidot gandrīz caurspīdīgu ledu. Savukārt vēja darbības ietekmē veidojas virsējais ledus slānis no maziem ledus kristāliem. Stiprs vējš var traucēt stabilas ledus segas veidošanos, bet tas var radīt izteiksmīgus peldošu ledus masu sakopojumus. Vēja iedarbības rezultātā ezeru un jūru, arī upju krastos ledus sablīvēšanās un torosēšanās rezultātā var veidoties ledus krāvumi, kurus sauc arī par torosiem. Savukārt peldošu ledus gabalu sastrēgumus jūrās vai lielos ezeros, kas veidojas, mijiedarbojoties peldoša ledus masām jūras straumju vai vēja iedarbībā, sauc par spiediena grēdām. Nogruntētus ledus gabalu sablīvējumus jūrās sauc par dibenkrautņiem (angļu grounded ice hummocks).
Upēs, īpaši ledus iešanas laikā, var veidoties ledus sastrēgumi pašā upē, kas rada plūdu riskus un apdraud infrastruktūru. Upju ledus veidošanās kopumā ir komplicētākā nekā ezeros, jo upēs ir lielāks ūdens plūsmas ātrums un turbulence. Līdzīgi kā ezeros, arī upēs ledus kristāli sāk veidoties ap atmosfēras izcelsmes ledus daļiņām, kad ūdens temperatūra sasniedz sasalšanas punktu un nokrītas pavisam nedaudz zem tā, veidojoties pārdzesētam ūdenim.
Izpētes metodes
Jūru un ūdenstilpņu ledus izplatība un biezums mūsdienās tiek pētīts, galvenokārt izmantojot attālās izpētes datus, kas tiek iegūti no satelītu sensoriem. Satelītattēli sniedz pamatinformāciju par ledus platības izmaiņām. Plaši izmanto arī aktīvos satelītu sensorus, kas raida un uztver elektromagnētisko starojumu. Piemēram, Nacionālā aeronautikas un kosmosa administrācijas (National Aeronautics and Space Administration, NASA) ICEsat-2 un Eiropas Kosmosa aģentūras (European Space Agency) CryoSat-2 satelītu misijas satelītos attiecīgi tiek izmantoti lāzera altimetri un sintezētās apertūras interferometriskie radara altimetri, kas ļauj noteikt jūras ledus biezumu. Informācija no satelītiem ļauj noteikt jūras ledus izplatību kopš 1979. gada, kad sāka izmantot datus no Nimbus-7 satelīta. Nozīmīgākais instruments ledus pētījumiem šajā satelītā bija skenējošais daudzkanālu mikroviļnu radiometrs. Arī vēlākos satelītos izmantoja dažādus radiometrus. Atšķirībā no redzamās gaismas, mikroviļņu starojumu, kuru emitē ledus virsma, praktiski neaiztur mākoņu sega. Tādējādi mikroviļņu sensorus var izmantot gan lielas mākoņainības gadījumā, gan polārājā naktī. Jūras ledu monitorē, izmantojot arī lidmašīnas, piemēram, viena no nozīmīgākajām misijām kopš 2009. gada ir bijusi operācija IceBridge. Vēsturiski nozīmīga informācija par jūras ledus izplatību iegūstama no novērojumiem un mērījumiem, kas veikti no kuģiem. Ledus izplatību pagātnē var aprēķināt arī netieši, piemēram, analizējot noteiktus organiskus savienojumus no dziļjūras nogulumu serdeņiem, ko rada fitoplanktons vai citi organismi. Ūdens temperatūras, dziļuma, elektriskās vadītspējas un citi mērījumi, kas ir nozīmīgi okeanogrāfijā un arī sniedz zināšanas par ledus veidošanās īpatnībām, tiek veikti ar sensoriem, kas tiek fiksēti pie jūras gultnes, ielaisti ūdenī no kuģiem vai piestiprināti pie peldošiem pludiņiem vai pat jūras dzīvniekiem, piemēram, jūras ziloņiem.
Klimata un cilvēku darbības ietekme
Ledus veidojumi ūdenstilpnēs ir cieši saistīti ar klimata pārmaiņām un notiekošajiem procesiem atmosfērā, hidrosfērā un litosfērā, un līdz ar to arī ar cilvēka (antropogēno) darbību. Klimata pārmaiņas mūsdienas izraisa arī jūru un citu ūdenstilpju ledus platību izmaiņas, galvenokārt samazināšanos, bet komplekso un daudzveidīgo ietekmju dēļ jūras ledus apjoms Antarktikā ir ļoti mainīgs, tas mēdz pat palielināties, tādējādi globālo klimata pārmaiņu ietekmi novērtēt tur ir sarežģīti. Antarktikas jūras ledus platība ir nedaudz pieaugusi kopumā (izņemot Antarktīdas pussalas rietumu un dienvidu daļas) vismaz kopš 1979. gada, kad kļuva pieejami dati no satelītiem. Šo pieaugumu gan pārtrauca strauja gada vidējās ledus platības samazināšanās kopš 2015. gada, kas krietni pārsniedza jūras ledus samazināšanos Arktikā. Iespējamie iemesli šim ledus samazinājumam pēc gandrīz 40 gadus ilgā pieauguma varētu būt daudzi, bet kopumā tas norāda uz savstarpēji saistītu globālo klimata sistēmu un to, ka Antarktika nav nemaz tik norobežots reģions. Procesi tropos un vidējos platuma grādos okeānos un atmosfērā daudzējādi ietekmē arī Antarktiku. Pēdējā desmitgadē ir palielinājusies arī Antarktikas jūras ledus platības izmaiņu amplitūda – tiek reģistrēta gan mazākā, gan lielākā ledus izplatība. Pēdējos gados Antarktikas jūras ledus platība kopumā atkal pieaug. Jūras ledus izmaiņu Antarktikā saistība ar globālo klimata pasiltināšanos nav skaidra.
Turpretim Arktikā pēdējos gadu desmitos norisinās izteikta jūras ledus samazināšanās, kas nenoliedzami saistīta ar straujo atmosfēras temperatūras kāpumu. Kopš 20. gs. 70. gadu beigām Arktikas jūras ledus izplatība ir sarukusi praktiski visos mēnešos un reģionos, īpaši tas raksturīgs 21. gadsimtā. Ledus, kurš saglabājas vairāk nekā vienu gadu, mūsdienās kļūst aizvien plānāks un trauslāks. Ja 1985. gadā ilggadīgais ledus aizņēma vismaz vienu trešdaļu no Ziemeļu ledus okeāna, tad 2020. gada martā tie bija mazāk nekā 5 %. Vidējā minimālā Arktikas jūras ledus platība saruka no 6,85 miljoniem km2 1979.–1992. gadā, līdz 6,13 miljoniem km2 1993.–2006. gadā un tikai 4,44 miljoniem km2 2007.–2020. gadā.
Uz jautājumu, vai tiešām Arktikas jūras ledus samazināšanās ir cilvēka izraisītu klimata pārmaiņu rezultāts, palīdz atbildēt ne tikai 21. gs. sākuma desmitgadēs novērotās straujās izmaiņas, bet arī paleoklimatisko liecību dati (nogulumu un ledus serdeņi, koku gredzeni, biomarķieri no jūras organismu čaulām), kas, piemēram, norāda uz vairākiem periodiem pēdējos 1450 gados, kad jūras ledus Arktikā samazinājās un pieauga, bet mūsdienu samazinājums ir nepieredzēts, un tas ir krietni ārpus dabiskās mainības diapazona visā šajā periodā. Jūras ledus pilnīga izzušana Arktikas vasarā lielākajā daļā modeļu tiek paredzēta 21. gadsimtā, turklāt visreālistiskākie zinātnieku modelēšanas rezultāti paredz ledus izzušanu (respektīvi, ledus platību vismaz zem viena miljona kvadrātkilometra) jau starp 2044. un 2067. gadu, kad ledus varētu saglabāties tikai Grenlandes un Kanādas arhipelāga ziemeļos. Jūras ledus platību samazināšanās būtiski ietekmēs arī Arktikas klimatu, veicinot vēl straujāku Arktikas sasilšanu.