DOI: https://doi.org/10.1029/2024gl109154
تاريخ النشر: 2024-06-30
المؤلف: Jonathan L. Carrivick وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات وملاحظات الكريوسفير
نظرة عامة
تبحث الدراسة في فقدان الكتلة الكبير للأنهار الجليدية في جبال الأنديز، مقدمة سياق زمني على مدى قرن لتراجعها. من خلال رسم خرائط لأكثر من 5,500 نهر جليدي خلال العصر الجليدي الصغير (LIA) وتحليل التغيرات حتى عام 2000، تكشف الدراسة عن تقليص إجمالي في المساحة بنسبة 25%، مما يترجم إلى متوسط فقدان قدره 36.5 كم² سنويًا (0.11% سنويًا). ومن الجدير بالذكر أن الأنهار الجليدية في جبال الأنديز الاستوائية (بيرو وبوليفيا) شهدت أكبر انخفاض، مع فقدان وسطي قدره 56% من مساحتها خلال العصر الجليدي الصغير ومعدل تراجع سريع قدره 0.16% سنويًا. تشير النتائج إلى أن فقدان مساحة الأنهار الجليدية قد تسارع بعد عام 2000، مع ظهور بعض المناطق بمعدلات تتجاوز 0.4% سنويًا، ويعزى ذلك إلى التغيرات المناخية الإقليمية والعوامل المحلية التي تؤثر على أوقات استجابة الأنهار الجليدية.
تؤكد الدراسة على أهمية فهم ديناميات الأنهار الجليدية فيما يتعلق بتغير المناخ، مشددة على أن الأنهار الجليدية الذائبة تكشف عن مناظر طبيعية غير مستقرة، مما يمكن أن يؤثر بشكل كبير على موارد المياه والأنظمة البيئية. يقترح المؤلفون أنه يجب إعادة تقييم استراتيجيات الحفظ وإدارة البيئة في ضوء هذه التغيرات، خاصة مع توسع المناطق القريبة من الأنهار الجليدية. تعتبر البيانات التي تم جمعها بمثابة قاعدة بيانات حيوية لنمذجة تطور الأنهار الجليدية في المستقبل، مما يعزز دقة التوقعات بشأن استجابة الأنهار الجليدية لتغير المناخ بعد عام 2100.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على النقص السريع وتراجع الأنهار الجليدية والقبعات الجليدية (GICs) في أمريكا الجنوبية، وخاصة في المناطق الاستوائية من فنزويلا وكولومبيا والإكوادور، التي اختفت إلى حد كبير منذ العصر الجليدي الصغير (LIA) من حوالي 1400 إلى 1850. تتفاقم هذه الظاهرة بسبب تغير المناخ، الذي يتميز بارتفاع درجات الحرارة الجوية وتغير أنماط الهطول، مما يؤدي إلى انكماش وتخفيف وتجزئة الأنهار الجليدية في جبال الأنديز. يشكل فقدان هذه الأنهار الجليدية تهديدات كبيرة لتوافر المياه وجودتها في المناطق السفلى، خاصة خلال مواسم الجفاف، مما يستلزم فهمًا شاملاً للتغيرات الزمنية والمكانية في GIC من أجل إدارة فعالة للبيئة والموارد.
تؤكد الورقة على التباين في التغيرات في GIC عبر جبال الأنديز، المتأثرة بظروف مناخية متنوعة وأنواع مختلفة من الأنهار الجليدية، بما في ذلك حقول الجليد والأنهار الجليدية الجبلية. فجوة حاسمة في فهم هذه التغيرات هي نقص البيانات طويلة الأجل على مدى قرن، مع بعض الاستثناءات الملحوظة لباتاغونيا وبعض المناطق الاستوائية. يعد إنشاء سياق تاريخي أمرًا أساسيًا لتقييم وتيرة تراجع الأنهار الجليدية الحالية ولإجراء توقعات مستقبلية بشأن امتدادات الأنهار الجليدية وإنتاج المياه العذبة، مع التركيز بشكل خاص على عام 2100. تهدف الدراسة إلى تقييم امتدادات الأنهار الجليدية خلال العصر الجليدي الصغير والتغيرات اللاحقة، مما يوفر أساسًا للبحوث المستقبلية واستراتيجيات إدارة الموارد.
الطرق
في هذه الدراسة، سعى المؤلفون إلى إنشاء منهجية متسقة لتحليل تغيرات الأنهار الجليدية عبر جبال الأنديز، مع معالجة قيود الدراسات السابقة المحددة بالمنطقة. قاموا بتمديد حدود الأنهار الجليدية من عام 2000 إلى قمم الأنهار الجليدية والعلامات الجليدية للعصر الجليدي الصغير (LIA)، باستخدام سير العمل المعتمدة وجمع حوالي 540 تاريخًا منشورًا من حوالي 160 نهرًا جليديًا، إلى جانب بيانات جديدة عن قياس الطحالب من بيرو وبوليفيا للتأريخ النسبي. شمل عملية رسم الخرائط تحديد الأدلة الجيومورفولوجية لتقدم الأنهار الجليدية خلال العصر الجليدي الصغير وتمت باستخدام صور الأقمار الصناعية عالية الدقة ونماذج الارتفاع الرقمية (DEMs). ركز الباحثون على الأنهار الجليدية التي تزيد مساحتها عن 1 كم²، مما أدى في النهاية إلى رسم خرائط لـ 5,501 من حدود الأنهار الجليدية للعصر الجليدي الصغير، والتي تمثل حوالي 20% من العدد الإجمالي للأنهار الجليدية في عام 2000 وحوالي 70% من إجمالي مساحة الأنهار الجليدية في 73 منطقة فرعية.
لتحليل التغيرات في امتداد الأنهار الجليدية، قام المؤلفون بحساب الحد الأدنى والوسيط لارتفاعات الأنهار الجليدية بين العصر الجليدي الصغير وعام 2000، بدلاً من إعادة بناء ارتفاعات خط التوازن بسبب نقص بيانات توازن الكتلة. قدروا توقيت تقدم الأنهار الجليدية خلال العصر الجليدي الصغير باستخدام منحنيات نمو الطحالب المحلية وطرق التأريخ المختلفة، مع تعيين تواريخ محددة لجبال الأنديز الاستوائية (1660)، جبال الأنديز الوسطى (1790)، وباتاغونيا (1870). تم ملاحظة حساسية معدلات فقدان المساحة للتواريخ المختارة للعصر الجليدي الصغير، مع احتمالية تباين تصل إلى 15% اعتمادًا على التوقيت. تؤكد الدراسة على أهمية تحليل التغيرات الوسيطة عبر مجموعات كبيرة من الأنهار الجليدية لتحديد الأنماط المكانية والاتجاهات الزمنية، بدلاً من التركيز على تحليلات الأنهار الجليدية الفردية.
النتائج
تقدم الدراسة تحليلًا شاملاً لتغيرات مساحة الأنهار الجليدية عبر جبال الأنديز، كاشفة عن تقليص كبير بنسبة 25% في مساحة الأنهار الجليدية من العصر الجليدي الصغير (LIA) حتى عام 2000، مع مساحة إجمالية مرسومة قدرها 31,938 كم² مقارنة بـ 23,917 كم² في عام 2000. تم حساب متوسط معدل فقدان مساحة الأنهار الجليدية بـ 36.5 كم² سنويًا، مما يعادل انخفاضًا إجماليًا قدره 0.11% سنويًا. يختلف هذا المعدل إقليميًا، حيث شهدت جبال الأنديز الاستوائية فقدانًا قدره 0.16% سنويًا، بينما كانت جبال الأنديز الوسطى عند 0.12% سنويًا، وباتاغونيا بمعدل أعلى قدره 0.28% سنويًا.
تشير التحليلات الفرعية إلى أن كورديليرا بلانكا (بيرو) وكورديليرا برينسيبال (شيلي) تظهران أعلى معدلات فقدان مساحة الأنهار الجليدية، متجاوزة 1 كم² سنويًا. ومن الجدير بالذكر أن حقل الجليد الجنوبي في باتاغونيا (SPI) يظهر خسائر كبيرة، حيث فقد الجانب الشرقي 15.3 كم² سنويًا. كما تسلط الدراسة الضوء على أن كورديليرا أوروبامبا قد شهدت أكثر من 70% من فقدان مساحة الأنهار الجليدية خلال العصر الجليدي الصغير بحلول عام 2000، بينما تجاوزت العديد من المناطق في بيرو وبوليفيا 50% من الفقدان. علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن العقود الأخيرة شهدت تسارعًا في معدلات فقدان مساحة الأنهار الجليدية، خاصة في جبال الأنديز الاستوائية، التي يُبلغ عن أنها خمس إلى عشر مرات أعلى من تلك التي لوحظت في باتاغونيا.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التباين الكبير بين المناطق في تغيرات مساحة الأنهار الجليدية عبر جبال الأنديز، مشددًا على العوامل المناخية التي تؤثر على تطور الأنهار الجليدية. ومن الجدير بالذكر أن مناطق مثل حقل الجليد الشمالي في باتاغونيا (NPI) وحقل الجليد الجنوبي في باتاغونيا (SPI) ومجموعة متنوعة من السلاسل الجبلية الأنديزية تظهر فقدانًا كبيرًا في مساحة الأنهار الجليدية، مدفوعًا بشكل أساسي بحجم النهر الجليدي الأولي والظروف المناخية. تحدد الدراسة أن الهطول هو عامل مهيمن في المناطق الاستوائية الخارجية وجبال الأنديز الوسطى شبه الجافة، بينما تلعب درجة حرارة الهواء دورًا حاسمًا في باتاغونيا. يتم ملاحظة أعلى فقدان نسبي لمساحة الأنهار الجليدية في جبال الأنديز الاستوائية الأكثر رطوبة، مع فقدان وسطي قدره 56% منذ العصر الجليدي الصغير (LIA)، ويعزى ذلك إلى حساسية هذه الأنهار الجليدية لارتفاع درجات الحرارة التي تؤثر على مرحلة الهطول ومعدلات الذوبان.
تكشف النتائج أيضًا أن العوامل المورفوتوبوغرافية المحلية تؤثر بشكل كبير على تغيرات مساحة الأنهار الجليدية، حيث تظهر الأنهار الجليدية المخرج من NPI وSPI فقدانًا نسبيًا أقل مقارنةً بأخرى من الأنهار الجليدية الأنديزية. قد يكون هذا الاختلاف بسبب توزيع سمك الجليد الفريد ومعدلات التراكم. تناقش الدراسة أيضًا آثار فقدان مساحة الأنهار الجليدية على موارد المياه والموائل النهرية، مشددة على الطبيعة الديناميكية للمناظر الطبيعية القريبة من الأنهار الجليدية والحاجة إلى استراتيجيات إدارة بيئية معدلة في المناطق المحمية مع تقدم عملية إزالة الجليد. بشكل عام، تقدم البحث تقييمًا شاملاً لتغيرات الأنهار الجليدية، مما يوفر بيانات أساسية حيوية لنمذجة المناخ المستقبلية وجهود الحفظ.
DOI: https://doi.org/10.1029/2024gl109154
Publication Date: 2024-06-30
Author(s): Jonathan L. Carrivick et al.
Primary Topic: Cryospheric studies and observations
Overview
The research investigates the significant mass loss of Andean glaciers, providing a centennial-scale context for their retreat. By mapping over 5,500 glaciers during the Little Ice Age (LIA) and analyzing changes up to the year 2000, the study reveals an overall area reduction of 25%, translating to an average loss of 36.5 km² per year (0.11% per year). Notably, glaciers in the Tropical Andes (Peru and Bolivia) experienced the most substantial depletion, with a median loss of 56% of their LIA area and a rapid decline rate of 0.16% per year. The findings indicate that glacier area loss has accelerated post-2000, with some regions exhibiting rates exceeding 0.4% per year, attributed to regional climate variations and local factors affecting glacier response times.
The study emphasizes the importance of understanding glacier dynamics in relation to climate change, highlighting that the melting glaciers expose unstable proglacial landscapes, which can significantly impact water resources and ecological systems. The authors propose that conservation and environmental management strategies should be reassessed in light of these changes, particularly as proglacial areas expand. The data collected serves as a crucial baseline for future numerical modeling of glacier evolution, enhancing the accuracy of projections regarding glacier responses to climate change beyond 2100.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the rapid depletion and retreat of glaciers and ice caps (GICs) in South America, particularly in the equatorial regions of Venezuela, Colombia, and Ecuador, which have largely vanished since the Little Ice Age (LIA) from approximately 1400 to 1850. This phenomenon is exacerbated by climate change, characterized by atmospheric warming and altered precipitation patterns, leading to shrinking, thinning, and fragmentation of Andean GICs. The loss of these glaciers poses significant threats to downstream water availability and quality, especially during dry seasons, necessitating a comprehensive understanding of the spatio-temporal variability in GIC changes for effective environmental and resource management.
The paper underscores the variability in GIC changes across the Andes, influenced by diverse climatological conditions and various glacier types, including icefields and mountain glaciers. A critical gap in understanding these changes is the lack of long-term, centennial-scale data, with few exceptions noted for Patagonia and certain tropical regions. Establishing a historical context is essential for assessing the current pace of glacier retreat and for making future projections regarding glacier extents and freshwater yield, particularly looking towards the year 2100. The study aims to evaluate glacier extents during the LIA and the subsequent changes, providing a foundation for future research and resource management strategies.
Methods
In this study, the authors aimed to establish a consistent methodology for analyzing glacier changes across the Andes, addressing the limitations of previous region-specific studies. They extended glacier outlines from the year 2000 to the Little Ice Age (LIA) moraine crests and trimlines, utilizing established workflows and compiling approximately 540 published dates from around 160 moraines, alongside new lichenometry data from Peru and Bolivia for relative dating. The mapping process involved identifying geomorphological evidence of LIA glacier advances and was conducted using high-resolution satellite imagery and Digital Elevation Models (DEMs). The researchers focused on glaciers larger than 1 km², ultimately mapping 5,501 LIA glacier outlines, which represent about 20% of the total number of glaciers in 2000 and approximately 70% of the total glacier area in 73 sub-regions.
To analyze changes in glacier extent, the authors calculated the minimum and median elevations of glaciers between the LIA and the year 2000, rather than reconstructing equilibrium-line altitudes due to a lack of mass balance data. They estimated the timing of glacier advances during the LIA using local lichen growth curves and various dating methods, assigning specific dates for the Tropical Andes (1660), Central Andes (1790), and Patagonia (1870). The sensitivity of area loss rates to the chosen LIA dates was noted, with potential variations of up to 15% depending on the timing. The study emphasizes the importance of analyzing median changes across large groups of glaciers to identify spatial patterns and temporal trends, rather than focusing on individual glacier analyses.
Results
The study presents a comprehensive analysis of glacier area changes across the Andes, revealing a significant reduction of 25% in glacier area from the Little Ice Age (LIA) to the year 2000, with a total mapped area of 31,938 km² compared to 23,917 km² in 2000. The mean rate of glacier area loss is calculated at 36.5 km² per year, equating to an overall decline of 0.11% per year. This rate varies regionally, with the Tropical Andes experiencing a loss of 0.16% per year, the Central Andes at 0.12% per year, and Patagonia at a higher rate of 0.28% per year.
Sub-regional analysis indicates that the Cordillera Blanca (Peru) and Cordillera Principal (Chile) exhibit the highest rates of glacier area loss, exceeding 1 km² per year. Notably, the Southern Patagonian Icefield (SPI) shows substantial losses, with the eastern side losing 15.3 km² per year. The study also highlights that the Cordillera Urubamba has experienced over 70% of its LIA glacier area loss by 2000, while many regions in Peru and Bolivia have surpassed 50% loss. Furthermore, the findings suggest that recent decades have seen accelerated glacier area loss rates, particularly in the Tropical Andes, which are reported to be five to ten times higher than those observed in Patagonia.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant inter-regional variability in glacierized area changes across the Andes, emphasizing the climatic factors influencing glacier evolution. Notably, regions such as the Northern Patagonian Icefield (NPI), Southern Patagonian Icefield (SPI), and various Andean ranges exhibit substantial glacier area loss, primarily driven by initial glacier size and climatic conditions. The study identifies that precipitation is a dominant factor in the Outer Tropics and semi-arid Central Andes, while air temperature plays a crucial role in Patagonia. The highest proportional glacier area loss is observed in the wetter tropical Andes, with a median loss of 56% since the Little Ice Age (LIA), attributed to the sensitivity of these glaciers to temperature increases affecting precipitation phase and melt rates.
The findings also reveal that local morphotopographic factors significantly influence glacier area changes, with outlet glaciers of the NPI and SPI showing lower proportional area loss compared to other Andean glaciers. This discrepancy may be due to their unique ice thickness distribution and accumulation rates. The study further discusses the implications of glacier area loss on water resources and riverine habitats, highlighting the dynamic nature of proglacial landscapes and the need for revised environmental management strategies in protected areas as deglaciation progresses. Overall, the research provides a comprehensive assessment of glacier changes, offering critical baseline data for future climate modeling and conservation efforts.