Талые воды это: Недопустимое название — Викисловарь

Содержание

Как обычную водопроводную воду превратить в целебную — Российская газета

Весной, в период таяния снега, вода из водопроводного крана часто отдает хлоркой.

Причина понятна: весенние ручьи смывают в водоемы грязь.

Чтобы обеззаразить воду, поступающую в квартиры, ее особенно тщательно хлорируют. В итоге получается жидкость, в общем-то, безопасная, но невкусная и со странной структурой молекул, несвойственной живой природе. Но и ее можно превратить в «эликсир жизни», не потратив на это ни копейки. Плюсы у воды появляются «при минусе», то есть после ее замораживания.

Жидкие снежинки

В естественной среде молекулы воды объединяются в кольцо, образуя правильную звездочку-снежинку с шестью лучами. Структурированная таким образом вода хорошо снабжает клетки нашего тела кислородом, питательными и минеральными веществами. Ни водопроводная, ни дистиллированная, ни бутилированная вода правильной шестиконечной фигуры не образуют.

На Земле известно более десятка районов, чаще всего горных, где люди живут значительно дольше обычного, причем на здоровье не жалуются и выглядят много моложе своих лет.

По данным Всемирной организации здравоохранения, эти «оазисы» долголетия, при всем разнообразии условий проживания в них объединяет одно общее — вода, которую пьют жители этих мест.

Чистая, с «упорядоченными» молекулами вода ледниковых рек и озер или редких теперь уже подземных ключей. Такую воду испокон веку люди называли «живой». Не случайно среди горцев больше всего здоровых и бодрых долгожителей. Ученые связывают это с удивительными свойствами воды высокогорных источников, образованных таянием ледяных вершин. Талая вода характеризуется чрезвычайно высокой биологической активностью, омолаживающим, оздоравливающим и повышающим иммунитет действием.

Эликсир молодости

Многочисленные исследования биологической активности талой воды, проводимые у нас и за рубежом, показали:

— ее применение вдвое повышает яйценоскость кур и удои молока у коров;

— на 60% возрастает урожайность злаковых культур, а огурцов и редиса — аж в 2,5 раза.

Наблюдения велись и за больными людьми, которые на протяжении нескольких месяцев использовали талую воду для питья и приготовления пищи. Оказалось, что общее состояние больных заметно улучшалось, снижалось количество холестерина в крови, нормализовались давление и обменные процессы.

Талая вода издавна успешно использовалась в косметологии. Современные врачи тоже советуют протирать кожу кубиками льда, умываться, ополаскивать волосы и делать маски на ее основе.

Пристрастием к талой воде некоторые специалисты объясняют даже птичьи перелеты из благодатных южных широт в наши суровые условия. Якобы пернатые возвращаются на родину именно в период таяния снегов, потому что им нужна талая вода. Они пьют ее, купаются в ней, и это способствует появлению на свет здорового потомства.

Как приготовить талую воду?

Способов получения талой воды в домашних условиях несколько. Самый простой — налить воду в кастрюлю и поставить в морозилку на лист картона. Как замерзнет, вынуть и дать растаять при комнатной температуре.

Второй способ заключается в том, чтобы прогнать воду по полному кругу свойственных ей превращений. Сначала ее нагревают до 94-96 градусов — стадии «белого ключа», снимают с огня, быстро охлаждают под краном или в ванне с холодной водой, а потом замораживают в морозильной камере. При необходимости — оттаивают и используют по назначению.

Но самую чистую и полезную воду получают способом так называемого двойного очищения: от тяжелой воды и химических примесей. Для этого родниковую или отстоянную и прокипяченную водопроводную воду держат в морозильнике до образования тонкой корочки льда. Первой схватывается так называемая тяжелая вода, поэтому образовавшийся ледок выбрасывают, а оставшуюся воду снова выставляют на мороз, пока половина или 2/3 ее объема не превратятся в лед. Незамерзший остаток — концентрат солей и вредных примесей — сливают, а лед оттаивают при комнатной температуре и пьют. Это и есть целебная живая вода. Ее нужно пить сразу, как лед растает. На ней можно готовить пищу. Правда, при нагревании она теряет свои лечебные свойства, но остается гораздо чище воды, пропущенной через фильтр.

Важно

Независимо от того, каким способом вы будете получать талую воду, помните:

  •  для ее приготовления нельзя брать снег и лед с улицы, а также растапливать «шубу» на морозильнике;
  •  водопроводную воду перед замораживанием надо отстаивать;
  •  нельзя пользоваться металлической посудой;
  •  замораживать воду лучше в пластмассовой таре, предназначенной для хранения питьевой воды, а еще лучше — в эмалированной;
  •  воду, предназначенную для лечения, после оттаивания хранить не более 5-7 часов;
  •  не нагревать ее выше 37 градусов;
  •  к свежей талой воде лучше ничего не добавлять.

Кстати

— В 1933 году сотрудники Калифорнийского университета Г. Льюс и Р. Макдональд выделили из природной воды так называемую тяжелую воду. Узнав об этом открытии, академик Н. Зелинский написал: «Кто бы мог подумать, что в природе существует еще другая вода, о которой мы до прошлого года ничего не знали, вода, которую в весьма небольшом количестве мы ежедневно вводим в свой организм вместе с питьевой водой. Однако небольшие количества этой новой воды, потребляемой человеком в течение жизни, составляют уже порядок величины, с которым нельзя не считаться».

— Британские ученые заявили, что секрет долголетия британских монархов кроется в особом составе воды, бьющей из подземного ключа на территории их загородной резиденции Балморал. Исследования показали, что вода Балморала обладает свойствами, задерживающими процесс старения. Один из руководителей научных работ профессор Хью Мэтесон так и заявил: «Эту воду можно использовать для омоложения организма».

Действительно, королевская семья всегда использовала ее очень широко. Балморал был излюбленным местом проживания королевы матери, скончавшейся в возрасте 101 года. И ее дочь, нынешняя королева Елизавета II, проводит в шотландском замке каждое лето и скоро отпразднует свое 83-летие.

Талая вода: польза и способы приготовления

Сегодня мы поговорим о том, как сделать талую воду в домашних условиях. Ее рекомендуется употреблять для пития, поскольку в ней отсутствует такое вещество, как дейтерий, способный негативно повлиять на состояние организма. В частности, чтобы усвоить его, организму приходится тратить немало сил и энергии. Если же дейтерия в воде слишком много, то его влияние будет схоже с воздействием сильного яда.

Полезные свойства талой воды

Теперь рассмотрим более подробно, чем полезна талая вода. Регулярное питие такой воды благотворно воздействует на все клетки организма, препятствуя преждевременному старению и даже омолаживая их. Обусловлено это тем, что талая вода активизирует процесс обмена веществ, а это, в свою очередь, выводи разрушенные клетки, тем самым позволял расти новым.

В результате этого:

  • активизируются защитные процессы организма;
  • нейтрализуется и выводится холестерин;
  • улучшается мозговая деятельность;
  • повышается работоспособность.

Кстати. Доказано, что такая жидкость борется с аллергическими реакциями и проявлениями, многими заболеваниями кожного покрова.

К тому же она существенно улучшает самочувствие человека, даря ему энергию, делая более активным и бодрым, повышая настроение.

Мы отобрали для вас несколько простых рецептов, как получить талую воду в домашних условиях – ничего сложного в этом процессе нет. Да и много времени он не заберет. Важно использовать не воду с крана, а качественную питьевую воду. Система очистки воды установленная дома, поможет легко ее получить.

Рецепт первый

Самый простой метод, предполагающий следующую последовательность действий:

  • набрать воду в емкость;
  • на дно морозильной камеры положить кусок плотного картона;
  • на него поставить емкость;
  • подождать, пока вода замерзнет;
  • достать ее из камеры и подождать, пока лед растает.

Но такой способ не позволяет полностью удалить из воды все отрицательные добавки.

Рецепт второй

Если вы действительно хотите понять, как правильно делать талую воду, внимательно прочитайте этот метод. Итак, последовательность действий следующая:

  • повторить все шаги, описанные в первом рецепте, но до того момента, как в воде начнет появляться первый лед;
  • именно в нем собираются основные негативные добавки;
  • этот лед следует снять и выбросить;
  • остальная вода остается в морозилке практически до полного замерзания;
  • остатки жидкости сливаются;
  • полученный лед растапливается при комнатной температуре.

Так вы получите действительно чистую талую воду, которую следует использовать для пития. Есть и другие методы получения талой воды, но они более сложные и потребуют больше усилий.

Общие рекомендации по приготовлению

И есть еще несколько рекомендаций, как приготовить талую воду в домашних условиях:

  • нужно использовать очищенную воду, которую можно получить, используя, к примеру, фильтр обратного осмоса;
  • для замораживания не используйте металлическую посуду;
  • емкость необходимо плотно закрывать;
  • если используете стеклянную емкость, не наполняйте ее доверху, поскольку это приведет к ее разрыву;
  • полученную воду нужно пить сырой, без каких-либо добавок;
  • нагревание воды до температуры свыше 37 приведет к потере полезного эффекта.

Чтобы талая вода была максимально полезной, рекомендуется придерживаться определенной схемы ее употребления: трижды в день и обязательно до еды, но примерно час после пития нельзя кушать и пить другие напитки. Воду нужно пить, ориентируясь на массу тела – примерно пять миллилитров на каждый килограмм. Помните, что наиболее полезная для организма вода – выпитая сразу после размораживания, а в целом свои волшебные свойства она хранит не более шести часов.

Талая вода, польза и вред для организма: свойства, приготовление.

Что такое талая вода? Это высококачественная чистая вода с минимальным количеством тяжелой и дейтериевой воды. Благодаря этому она служит природным энергетиком, дающим человеку весомую подпитку энергии насыщая весь организм здоровьем и силой для противостояния различным заболеваниям.

Польза талой воды

Благодаря особенностям строения молекул эта вода оказывает позитивное влияние на организм человека любого возраста.

Общее оздоровление организма, лечение талой водой

Польза талой воды для организма выражается в следующем: ускорение обменных процессов, избавление от аллергии любого вида, удаление из организма токсинов и шлаков, укрепление иммунитета, улучшение пищеварения, повышение работоспособности, активизация памяти,улучшение сна.

Решение сосудистых проблем

При заболеваниях сосудов замечено положительное действие талой воды на: улучшение состава крови, нормализацию работы сердца, понижение количества холестерина, нейтрализацию неприятных ощущений при варикозе.

Благотворное воздействие при кожных заболеваниях

Терапевтические свойства талой воды проявляются при наличии аллергических кожных болезней: экземы, нейродермита, псориаза и др.Если назначенное лечение кожных заболеваний подкрепить свежей талой водой, то уже на третий или четвертый день происходит ослабление или полное устранение зуда. Снижаются раздражение и гипертермия. Ускоряется

переход патологического процесса в стационарную стадию и затем в регрессивную.

Польза талой воды для человека

Она помогает в борьбе организма со старением. Идет постоянный процесс смены клеток. С возрастом старые клетки мешают формированию новых. Талая вода, активизируя метаболизм, способствует быстрому уходу из организма мертвых клеток и замене их молодыми. Ускорение процессов обмена при употреблении талой воды служит хорошей базой для избавления от лишних килограммов. Для похудения талую воду полезно систематически выпивать по одному стакану перед каждой едой.

Существует ли вред

О вреде талой воды можно судить лишь при неправильном ее употреблении и нарушении технологии приготовления. Если соблюдать все рекомендации, то вода принесет одну пользу. Специалисты не советуют пить исключительно талую воду. Ее нужно постепенно вводить в рацион. Организм должен приспособиться к жидкости, в которой полностью отсутствуют примеси, добавки, минералы, соли.Лучше начинать со 100 мл в день. В дальнейшем рекомендуется выпивать талую воду не больше трети от всего объема жидкости. Остальную часть должна составлять фильтрованная или бутилированная вода.

Структура талой воды. Источником талой воды служит растаявший лед (после предварительной заморозки воды). Как раз в момент перехода воды в лед происходит изменение ее кристаллической структуры. На своем пути вода впитывает много информации, включая негативную. Для удаления «плохой» информации жидкость должна приобрести энергетическую чистоту и вернуть себе естественную структуру. Для этого и требуется технология заморозки воды и ее последующей разморозкой. В результате ее состав «обнуляется» с восстановлением первоначального состояния – энергетического, информационного и структурного.

Свойства талой воды

Простая вода после замораживания и дальнейшего оттаивания изменяет размер своих молекул. Они становятся меньше и по структуре сходны с протоплазмой клеток организма человека. Это дает возможность им легко проникать через клеточные оболочки. Благодаря этому ускоряются химические реакции, поскольку почти все молекулы участвуют в обмене веществ. В результате упрощаются разнообразные взаимодействия между оттаявшей водой и остальными веществами, что экономит энергию организма на процесс усвоения. Другими словами, однородные молекулы талой жидкости находятся на одной частоте и перемещаются в резонансе, не мешая одна другой. В итоге энергии вырабатывается больше, чем во время хаотического движения молекул. Полезные свойства талой воды связаны с избавлением от дейтерия – тяжелого изотопа. Он в большом количестве входит в состав водопроводной воды. Дейтерий негативно воздействует на живую клетку организма, причиняя ей значительный вред.

По мнению ученых, даже небольшое количество удаленного дейтерия оздоровляет организм. В нем освобождаются резервы энергии, стимулируются все жизненные процессы. Ключевым свойством талой воды для человека становится ее чистота в любом смысле. Если иметь в виду лишь состав, то в нем отсутствуют: хлориды, соли, изотопные молекулы, в которых вместо атома водорода внедрен тяжелый изотоп  дейтерий, Употребление талой воды Даже один глоток этой замечательной жидкости производит тонизирующий эффект. При ежедневном приеме двух-трех стаканов талой воды организм получает заряд бодрости и улучшение самочувствия. Первую дозу лучше выпивать на голодный желудок за час до еды.  Расчет ежедневного количества употребляемой талой воды производится исходя из пропорции 5 мл воды на килограмм веса. Воду следует пить за полчаса до еды трижды в день. Длительный и регулярный ее прием поможет любому человеку сохранить здоровье и молодость.

Талую воду рекомендуется принимать непосредственно после размораживания с температурой не выше 10°С. Если хочется теплой воды, то температура нагрева не должна превышать 37°С. Высокий целебный эффект дают настои с отварами из лекарственных растений, приготовленные на талой воде. Она в несколько раз усиливает терапевтическое действие растений и снижает риск возможных аллергических реакций.

Талая вода в домашних условиях

Разберемся как приготовить талую воду в домашних условиях.
Набираем воду из-под крана и отстаиваем ее на протяжении нескольких часов. Или воспользуемся фильтрованной водой. В емкость из пищевого пластика заливаем около 1 литра воды. Так как 1 литр довольно удобно замораживать – занимает мало места в холодильнике и относительно недолго длится сама заморозка. Закрываем крышкой и ставим в морозильную камеру.

Через 1-2 часа (в зависимости от морозильной камеры) появится первая корка льда – ее удаляем, так как здесь содержится тяжелая вода — дейтерий . Оставшуюся воду снова замораживаем .

Когда в емкости появится снова лед заполняющий ее до двух третьих объема, незамерзшую воду сливаем . Это легкая вода, содержащая вредные химические соединения. А лед который остался в емкости растапливаем естественным путем при комнатной температуре без какого либо разогревания. Полученная талая вода и есть полезная для нашего организма вода.

Врач лабораторной диагностики ЦДЛ

Новополоцкой городской больницы

Манкевич В.Н

Полезная талая вода — Водовоз.RU

 Комментировать

Сама по себе талая вода не является лекарством. Но она способствует саморегуляции организма, улучшению обмена веществ и жизнедеятельности каждой клетки.

Заряд энергии

Талая вода похожа по молекулярной структуре на жидкость, содержащуюся в клетках организма. А значит, биологически активна и легко усваивается. В ней есть заряд энергии, бодрости, легкости, которых так не хватает в зимнее время.

Если вы будете ежедневно выпивать 1-2 стакана такой воды, то значительно улучшите самочувствие. Нормализуется деятельность сердца, сосудов головного и спинного мозга. Улучшатся состав крови и работа мышц. Талая вода особенно полезна в разгрузочные дни или при лечении голодом. Она способствует быстрому выведению токсинов.

Очистка замораживанием

Уникальные свойства вода приобретает в результате замораживания. От холода её структура меняется, и ещё некоторое время после оттаивания вода её «помнит». Зимой приготовить талую воду очень легко. Наливаете в эмалированную посуду или в большую пластиковую бутыль с отрезанным горлышком воду из-под крана и ставите на балкон. Затем оттаиваете и пьете сколько захочется.
Хотя водопроводная вода достаточно грязная, перед замораживанием её не следует кипятить. Замораживание — более эффективный способ очистки воды, чем кипячение. Обратите внимание на то, как будет замерзать вода. Сначала лед образуется по краям посуды — чистый и прозрачный. Это самая легкая вода.

Тяжелая вода с примесями замерзает дольше и собирается в центре. Вы легко отличите её по цвету льда — он будет беловато-пузырчатым. При размораживании чистый лед нужно отделить от грязного. Это можно сделать, промыв середину получившейся ледяной глыбы струей горячей воды. Талую воду лучше не заготавливать впрок, а пить сразу, в течение суток после оттаивания, пока она ещё «помнит» изменённую кристаллическую структуру. Готовить на ней тоже не рекомендуется — при кипячении талая вода теряет свои свойства. А вот лед, уже очищенный от примесей, можно раздробить на мелкие куски и хранить в морозильнике, оттаивая по мере надобности.

Двойной эффект

Вместо водопроводной можно замораживать родниковую воду или ту, что продается в бутылках. От неё будет ещё больше пользы, ведь она ещё и минерализованная. Но обязательно убедитесь в том, что вы купили минеральную, а не просто очищенную воду из-под крана. Сделать это несложно. Если на этикетке указаны местонахождение и номер скважины, её глубина, то это действительно природная минеральная вода. Причем чем глубже скважина, тем больше степень минерализации. При кипячении такая вода может помутнеть или даже дать осадок в виде белых хлопьев. И это ещё один способ отличить минеральную воду от питьевой.

Снег не лечит

Талый снег использовать для питья не рекомендуется: он, как и любые осадки, содержит много вредных примесей. Вы же не знаете, в каких местах собирала влагу та или иная туча. Растопите в ведерке даже самый свежий чистый снег, собранный за городом, — и вы заметите в воде чёрные точки — грязь, видимую даже глазом. Не говоря уже о микроскопических вредных примесях. Снег может быть очень чистым разве что в горах. Вода, идущая из-под земли, проходит через естественные фильтры — кремний, известняк, глины. Прежде чем попасть в краны, она тоже дополнительно очищается. Поэтому более безопасным будет всё-таки замораживание воды в домашних условиях.



Советуем также почитать

Какие продукты лучше есть с утра?

Каждому из нас важно начинать своё утро правильно, ведь от этого зависит то, как пройдёт день грядущий. Не стоит недооценивать силу завтрака и уделять ему мало внимания.

Подробнее
Какие продукты всегда должны быть в холодильнике?

Решение есть! Можно составить список продуктов, которые обязательно должны быть у Вас под рукой, чтобы всегда было чем угостить гостей или порадовать себя!

Подробнее
Какие продукты необходимо употреблять каждый день здоровому человеку, чтобы максимально восполнять запас всех нужных витаминов, макро и микроэлементов и т.
д.?

Давайте узнаем, что это за волшебные продукты, которые должны быть в ежедневном рационе питания каждого человека.

Подробнее

Написать комментарий:

Талая вода. Полезные свойства

Свойства талой воды известны с древнейших времен. В нашем современном мире ученые до сих пор изучают ее свойства. В старые добрые времена процесс получения талой воды выглядел очень просто: приносилась с улицы замерзшая вода и оттаивалась. В настоящее время получить чистую воду из оттаявшей проблематично. Такая вода будет насыщена пестицидами и тяжелыми металлами. Пить ее зачастую опасно для организма. Такую воду надо обязательно подвергать минерализации. Для этого в нее кладут 2 таблетки витамина С и 3 капли физраствора.

Важные свойства талой воды:

  • придает бодрость, свежесть, энергию, тонус;
  • улучшает работу кишечника;
  • обладает детоксикационными свойствами
  • снижает количество холестерина и сахара в крови;
  • способствует повышению иммунитета;
  • устраняет многие заболевания
  • обладает омолаживающим эффектом;
  • способствует более быстрому похудению;
  • снижает риск гипертонии и инсульта;
  • избавляет от простуды и вирусной инфекции;
  • способствует исчезновению кожных заболеваний

Талая вода — это не панацея от всех заболеваний. Она только побуждает внутренние резервы организма на борьбу с недугами.

Отрицательного воздействия эта вода не вызывает. Если приготовить ее неправильно, она не будет иметь никаких полезных свойств, так же как и обычная вода.

Вред здоровью наносят тяжелые металлы и органические вещества и бактерии, которые обитают в неочищенной воде. Если употреблять тяжелую воду, это может привести к заболеваниям и ухудшению общего самочувствия. Поэтому талую воду готовят, придерживаясь определенных правил.

Способ получения талой воды

В емкость наливают очищенную воду. Такую воду набирают из-под крана и прогоняют через фильтр. Потом помещают в морозильную камеру.

Через 50 минут с поверхности воды удаляют образовавшуюся пленку, так как в ней содержатся вредные примеси.

При употреблении талой воды нужно помнить, что ее активность падает через сутки после того, как оттаяла, и она становится обычной жидкостью.

Нагревать талую воду ни в коем случае нельзя, также как и размораживать ее при помощи горячей воды. Иначе такой полезный продукт потеряет все свои свойства.


Талая вода: правда и мифы о целебных свойствах | Правильное питание | Здоровье

Наш эксперт – врач-физиолог Алексей Новиков.

Обманываться рады

В Интернете – масса статей о пресловутом «эффекте талой воды» плюс рецептов ее приготовления. И даже объявления о продаже установок по ее… производству. Вода вообще удобный продукт для шарлатанства. Предложение в данном случае следует за спросом. Психологически мы готовы воспринимать талую воду как чудо и рады обманываться. «А шарлатаны извлекают максимум прибыли из этого не объясненного медициной феномена, – говорит наш эксперт. – С другой стороны, талая вода действительно может быть полезна при лечении тех же заболеваний желудочно-кишечного тракта».

В ожидании чуда

Зная наши психологические особенности, многочисленные производители обычной бутилированной питьевой воды пользуются этим, иначе не применяли бы нехитрые визуальные приемы, намекающие на экологическую чистоту своей продукции. Не было бы на этикетках горных вершин, покрытых вечными льдами «хрустальной чистоты», даже если само содержимое бутылок добыто в лучшем случае в районах Cреднерусской возвышенности.

«Современные шарлатаны от медицины используют те же приемы, – говорит наш эксперт. – Рассказывая, например, как в старину любили крестьяне принести в избу ведерко, полное снега или льда, дожидались, пока он растает, да пили потом. Дескать, чиста водица получилась. Интересно, сегодня в какую глушь надо забраться, чтобы найти чистый снег и лед и получить качественную талую воду?»

Употреблять в первые 30 минут…

Как бы ни было, у любой воды в результате замораживания меняется ее молекулярная структура. После оттаивания структура сохраняется, но крайне непродолжительное время. Грубо говоря, талой может считаться только та вода, которая имеет в своей структуре кристаллы льда.

Правда и то, что замораживание воды с последующим оттаиванием – достаточно эффективный способ очистки. Обратите внимание, как застывает вода. Сначала по краям сосуда появляется прозрачный лед. Даже на вид он чистый. Вода с примесями замерзает дольше, такой лед собирается в центре. При размораживании также быстрее появляется чистая вода.

«Именно эту «первую» растаявшую воду и корректно называть талой, – говорит наш эксперт. – Да, она обладает определенным биологическим воздействием. Так, замечено, что первые 50–70 г оттаявшей воды, выпитые в ближайшие после этого 30 минут, способствуют саморегуляции организма и улучшают обмен веществ. Как это работает? Талая вода быстро выводится организмом. Но она же и очищает его от так называемых шлаков.

Справедливости ради стоит сказать, что многочисленные парамедики к употреблению рекомендуют именно эту – «первую» – воду, пусть даже водопроводную и замороженную потом в холодильнике.

А что говорят ученые

Наука феноменом талой воды все-таки занималась. Причем своими наблюдениями о том, что активная вода обладает необъяснимым «уравнивающим» действием на организм, периодически делились не только врачи. Феномен пытались объяснить и физики, и химики. Чудо не чудо, но факт: и в советское время, и даже в 90-х – начале 2000‑х некоторые научные учреждения и клиники изучали свойст­ва воды, в том числе талой, в профилактике и лечении сердечно-сосудистых заболеваний, желудочно-кишечного тракта, в онкологии, косметологии. Причем иногда исследования давали неожиданные результаты. Например, в уважаемом научно-популярном издании утверждалось, что талая вода «улучшает обмен веществ и усиливает кровообращение, снижает количество холестерина в крови и успокаивает боли в сердце, повышает адаптационные возможности организма». По иронии судьбы очень активно проблемой занимались в Донецком НИИ гигиены труда и профзаболеваний. Правда, это было еще в далекие советские и первые постсоветские годы.

«Врачи, работавшие в сфере курортологии и восстановительной медицины, отмечали, например, что у человека, который ежедневно выпивает 1–2 стакана талой воды, нормализуется деятельность сердца, сосудов головного и спинного мозга, улучшается состав крови и работа мышц, – рассказывает Алексей Новиков. – Рекомендовали ее прием людям, страдающим излишним весом: те же стакан-два и не «вместо еды», а вкупе с прописанной диетой и лечебными мероприятиями. При этом никто не считал талую воду «чудесным уникальным средством», как сегодня это пытаются представить целители».

Медики отмечали, что свежая талая вода способствует ускорению восстановительных процессов, повышает сопротивляемость организма инфекциям, снижает чувствительность слизистой оболочки, нормализует тонус бронхиальной мускулатуры. Но наблюдениями все и закончилось, до серьезных клинических подтверждений дело не дошло.

Нагревать не показано

«В итоге некоторые покупают, например, бытовые системы очистки воды, якобы дотягивающие ее по своим свойствам до талой, – говорит наш эксперт. – Или на околомедицинских форумах всерьез рассуждают, полезно ли готовить на этой самой талой воде… Но вода перестает быть талой, если ее нагрели. Другими словами, при температуре выше +37 °C ее биологическая активность полностью исчезает. Это, кстати, доказали не врачи, а физики».

Талая вода | Ледники | Процессы на поверхности Земли | OneGeology Kids | eXtra

Талая вода уносит прочь от ледника обломки горных пород , гравий, песок, ил. Продукты разрушения пород переносятся и накапливаются в реках и озерах.

Когда талая вода вытекает из ледника, скорость ее течения замедляется. Медленно текущая талая вода, переносящая обломочный материал, осаждает его на так называемых зандровых равнинах.

Эскеры (озы) и конусы выноса являются важным источником щебенки и песка. Эти материалы применяются при строительстве дорог и зданий.

Слои песка, ила и глины могут накапливаться в озере и вдали от ледникового тоннеля. Эти слои называются варвами – это годичный слой осадков. Геологи могут подсчитать количество таких слоев, чтобы выяснить, сколько лет существует это озеро.

Отложения в ледниковом озере (ил и глина), показаны фиолетовым цветом на геологической карте провинции Манитоба, Канада. Эти осадки образуют нижние слои наносов, формируя ровную поверхность.

Статическая карта


Многие тающие ледники образуют озера, которые называются прогляциальными озерами. Эти озера находятся перед ледником.

Потоки талой воды образуются в тоннелях подо льдом.

Обломки пород, гравийно-галечный материал, накапливающиеся в этих тоннелях, образуют длинные узкие гряды, которые называются эскерами (озами).

Песчаные и гравийно-галечные эскеры показаны длинными узкими красными линиями на геологической карте Манитобы, Канада.

Появление эскеров показывает, что ледник двигался поперек ландшафта.

Этот ледник движется с северо-востока на юго-запад.

Статическая карта


Большие конусы выноса гравия и песка могут накапливаться в озере у устья туннеля.

Иногда талая вода скапливается в подледниковых озерах, в полостях под ледником. Приледниковые и подледниковые озера могут разливаться, являясь причиной мощного наводнения, называемого ледниковым наводнением («jökulhlaups»), а огромные объемы талых вод и осадков могут формировать большие дренажные борозды.

Геологи считают, что комплекс долин и каналов в штате Вашингтон, США, образовался вследствие разлива ледникового озера Missoula.


каналов талой воды — AntarcticGlaciers.org

Что такое каналы талой воды?

Каждый год тают ледники. Каналы с талой водой представляют собой эрозионные объекты, врезанные в породу и отложения протекающей водой под или вблизи границ ледникового покрова 1,2 . Они могут прорезать большие желоба, а это значит, что они являются очень наглядными индикаторами расположения бывшей кромки льда.

Таким образом, каналы

талой воды можно использовать для определения местоположения границы льда и помощи в понимании характера отступления ледников 3 , особенно в местах, где морены ограничены.Они также могут дать ледниковым геологам представление о тепловом режиме ледников в прошлом. Обычно они образовывались в Великобритании во время оледенения позднего дриаса.

Различные виды каналов для талой воды

Подледниковые каналы талой воды

Поверхностная талая вода может течь по поверхности ледника и, возможно, проникать в его дно. Вода здесь может образовывать подледниковых каналов талой воды.

Надледниковый поток талой воды на леднике Менденхолл, Аляска.Источник: Gillfoto, Wikimedia Commons

Талая вода может течь под льдом ледника или по его краям. Там, где вода может достигать дна ледника, она может образовывать подледниковый канал с талой водой . Обычно они имеют волнистый длинный профиль и могут спускаться по склону под углом. У них может не быть текущих потоков, и они могут образовывать сложные системы, которые разделяются и снова встречаются 3 .

Талая вода распространяется к ложу ледника через трещины и мулины.

Эти подледниковые каналы талой воды можно также назвать каналами Най.Опять же, это эрозионные, подледниковые образования, которые врезаны в коренные породы и отложения под ледником. Эти характеристики могут варьироваться от нескольких десятков метров до тысяч метров в длину 1 .

Самые большие подледниковые каналы называются туннельными долинами . Туннельные долины могут достигать 100 км в длину.

Подледниковые каналы талой воды могут образовывать сети, подобные тем, которые сегодня образуются на земле. Поток управляется градиентами давления, а также высотой, поэтому эти каналы могут течь вверх и, следовательно, иметь волнистые длинные профили 1 , которые идут вверх и вниз.Каналы, как правило, избегают высоких точек на дне, поэтому в локальном масштабе они избегают выступов коренных пород и обычно образуются в топографических низких точках или узлах.

Подледниковые каналы талой воды связаны с влажными ледниками умеренного пояса, у дна которых есть лед при температуре таяния 2 . Таким образом, наличие подледниковых каналов талой воды может кое-что рассказать исследователям о тепловом режиме ледника в прошлом.

Приледниковые / боковые каналы талой воды

Однако, если поток не может достичь дна, возможно, потому, что ледник замерз до своего дна (политермические или ледники с холодным основанием), потоки могут течь по сторонам ледника и следовать за краем ледника (боковой кромкой) , или морда.Талая вода вынуждена обходить ледник –1.

В этом случае вода может прорезать каналов талой воды на краю льда. Это наиболее распространено для приполярных или политермических ледников с холодным основанием, где талая вода не может достичь подножия ледника, поскольку она замерзает до самого дна. Подледниковые каналы талых вод здесь не образуются 2 .

Каналы талой воды на краю льда могут отслеживать положение устья ледника. После того, как ледник исчез, каналы талой воды на границе льда остаются позади, часто образуя вложенные последовательности, которые выделяют бывшую границу льда (например,g., см. ниже геоморфологическую карту).

На карте ниже показаны каналы талой воды, которые образовались на высоком плато в горах Монадлиат в Шотландии во время оледенения позднего дриаса 4,5 . Эти каналы талой воды, образованные на краю льда, и там, где морены отсутствуют, можно использовать для отслеживания границы льда (выступ ледника).

Каналы с талой водой в горах Монадлиат. Большая часть ледяного поля здесь была реконструирована Bickerdike et al. (2018) с использованием каналов талой воды.Изображение предоставлено: 6

Ледовые каналы могут также располагаться в боковом положении, например, вдоль фланга долины (например, см. Схематический рисунок ниже). Пример бокового канала талой воды показан ниже на фотографии канала талой воды из Лунедейла на Пеннинах.

Формирование каналов талых вод в латеральном и подледниковом положениях. На верхнем рисунке изображен долинный ледник с боковыми каналами талой воды, образующимися на краю льда, и подледными каналами талой воды, образующимися на дне долины.На нижнем рисунке подробно показано формирование боковых каналов талой воды.

Вместо того, чтобы течь вниз по склону, боковые каналы талой воды параллельны современным контурам и могут образовывать серию каналов, параллельных друг другу 3 . Они располагаются по сторонам долины и могут образовывать сети. Боковые каналы талой воды могут заканчиваться внезапно или могут заканчиваться спускными желобами.

Боковой канал талой воды в Lunedale, Pennines. Изображение предоставлено Бетан Дэвис.

Боковые каналы талой воды могут образовываться в краевом или суб-краевом положении.Краевые каналы талой воды образуются между ледником и стороной долины, но субкраевые каналы образуются сразу под ледником, опять же в боковом положении 3 .

Боковые каналы талой воды помогли определить поверхность льда ледяного потока в Эдемской долине (Пеннинс, Великобритания) во время последних фаз последнего оледенения 7 . На рисунке ниже желтые каналы талой воды — это подледниковые каналы, которые образовались под ледником. Боковые каналы талой воды образовались на краю льда против стороны долины, причем синие каналы образовывались на поверхности льда, а красные каналы талой воды были субмаргинальными, образованными непосредственно подо льдом.

Ледяные, субкраинные и подледниковые каналы талой воды в Эдемской долине 7 .

Проледниковые каналы талой воды

Перед ледником вода стекает вниз по прогляциальным каналам талой воды . Каналы талой воды могут образовывать плетеный узор, прорезать и рассекать морены. Вот пример некоторых прогляциальных каналов талой воды, которые образовались на отложениях выноса перед ледниковым полем Северной Патагонии во время последнего ледникового максимума.

Каналы прогляциальных талых вод врезаются в поверхность отложений зандровых вод и рассекают моренные гряды (справа).

Каналы талых вод прогляциальных вод обычно образуются там, где в умеренных климатических условиях имеется большое количество талых вод. Талая вода стекает вниз по склону, от края льда 2 .

Талая вода здесь обычно содержит большой объем наносов, и они, как правило, разлагаются на сеть неглубоких каналов с донным дном, разделенных гравийными полосами. Все вместе они составляют равнину или сандар.

Ледниково-флювиальный вынос

Сводка

Каналы талой воды сильно различаются с точки зрения наличия талой воды, теплового режима ледников, а также местной геологии или наличия наносов. Они могут образовываться подледно, ледяно-краевыми или латеральными, или предледниковыми. Их можно использовать, чтобы понять положение бывшей границы льда и получить представление о тепловом режиме ледника.

Дополнительная литература


1. Бенн Д. И., Эванс Д. А. Ледники и оледенение.(Образование Ходдера).
2. Аткинс, К. Каналы талой воды BT — Энциклопедия снега, льда и ледников. в (ред. Сингх, В. П., Сингх, П. и Хариташья, У. К.) 735–737 (Springer, Нидерланды, 2011). DOI: 10.1007 / 978-90-481-2642-2_351
3. Гринвуд, С. Л., Кларк, К. Д. и Хьюз, А. Л. С. Формализация методологии инверсии для восстановления моделей отступления ледяного покрова от каналов с талой водой: приложения к британскому ледниковому покрову. J. Quat. Sci. 22. С. 637–645 (2007).
4. Бостон, К.М., Лукас, С. и Карр, С. Дж. Обзор оледенения позднего дриаса в горах Монадлиат. в Четвертичном периоде гор Монадлиат и Грейт-Глен: Полевой справочник (ред. Бостон, К. М., Лукас, С. и Мерритт, Дж. У.) 41–58 (Ассоциация четвертичных исследований, 2013).
5. Бостон, С. М., Лукас, С., Карр, С. Дж. Ледяное поле плато младшего дриаса в Монадлиате, Шотландия, и последствия для регионального палеоклимата. Quat. Sci. Ред. 108, 139–162 (2015).
6. Бикердайк, Х. Л., Эванс, Д. Дж. А., Стокс, К. Р. и Кофай, К. Ледниковая геоморфология стадиона Лох-Ломонд (младший дриас) в Великобритании: обзор. J. Quat. Sci. 33, 1–54 (2018).
7. Дэвис, Б. Дж. И др. Отступление динамичного ледяного потока в центральном секторе последнего Британо-Ирландского ледового щита. Quat. Sci. Ред. 225, 1–21 (2019).

5.9: Талая ледниковая вода — Geosciences LibreTexts

Талая ледниковая вода

Общие

Талая ледниковая вода — это жидкая вода, образующаяся при абляции ледников .Талая вода в большинстве ледников на сегодняшний день является самым важным продуктом абляции; это гораздо важнее испарения. Конечно, в ледниках, которые заканчиваются в океане, отел более важен.

Талая ледниковая вода имеет двоякое значение:

• Он тесно связан с движением ледникового льда, поскольку влияет как на ползучесть, так и на базальное скольжение.

• Талая вода может переносить огромное количество ледниковых отложений и откладывать этот материал рядом с ледником или вдали от него.

В то время как активность самого ледникового льда максимальна вблизи линии равновесия, активность талой воды увеличивается до максимума на краю ледника.

Талая ледниковая вода в изобилии присутствует на поверхности всех ледников умеренного пояса ниже линии снега. Даже во время сезона таяния поверхностные талые воды редко встречаются выше линии снега, потому что вода легко погружается в тающий снег. Опускание снега, однако, поверхностные потоки талой воды во время сезона таяния являются обычным явлением.Талая вода присутствует на полярных ледниках только локально и временно, потому что вскоре вновь замерзает.

Обычно потоки талой воды на поверхности ледника погружаются в тело ледника еще до того, как достигают конечной точки; помните, что жидкая вода более плотная, чем лед, поэтому талая вода пытается найти путь вниз в ледник. Это немного похоже на заливку воды в кастрюлю с полусвязанными кубиками льда. Вы знаете, что в конечном итоге происходит: кубики льда плавают в воде.В реальном смысле талая вода ледника имеет тенденцию пробиваться под ледник, заставляя ледник плавать в своей собственной талой воде. Единственное, что мешает настоящему леднику стать похожим на полусоединенные кубики льда, плавающие в вашей кастрюле, — это то, что баланс между производством и отводом талой воды способствует отводу над производством.

Талая вода классифицируется в зависимости от того, где она находится в леднике: надледниковая талая вода (на вершине ледника), талая вода на леднике (внутри ледника) и подледниковая талая вода (под ледником).Таким же образом источники талой воды можно рассматривать как поверхностные, внутренние и базальные. На большинстве ледников поверхностные источники намного превышают внутренние или базальные источники на один или даже два порядка. Поверхностные источники сильно зависят от сезона, но внутренние и базальные источники в значительной степени не зависят от времени года.

Наземные источники:

• Основной источник — абляция во время летнего сезона таяния. Это резко обрывается вверх по леднику — прямо противоположно нормальным речным водоразделам.

• Другой источник — осадки в зоне абляции, в основном в теплое время года. В узком техническом смысле это не талая вода, но она неотличима от настоящей талой воды и всегда рассматривается одинаково.

Внутренние и базовые источники:

• Если лед у подножия ледника достигает точки плавления под давлением, геотермальное тепло растапливает лед, а не уносится вверх. В зависимости от местного значения теплового потока это составляет один или два сантиметра толщины льда в год.Непосредственно наблюдаются пленки талой воды у подножия ледников.

Нагрев трением как за счет внутренней деформации, так и за счет базального скольжения вызывает таяние, если лед достигает точки плавления под давлением. Обычно это составляет от 0,5 до 5 см льда в год.

• Некоторое количество талой воды образуется в результате плавления за счет тепла, выделяемого трением самого потока талой воды . Количества не важны, но этот эффект кажется важным при создании и поддержании межледниковых и подледниковых дренажных каналов.

Поток подземных вод из реголита и коренных пород под ледником имеет локальное значение.

Дренажные трассы

Мы наблюдаем поверхностный сток в виде надледниковых каналов, но мы также видим, как эти поверхностные потоки талой воды погружаются в трещины и вертикальные трубчатые отверстия, называемые moulins . И мы видим важные потоки талой воды, выходящие из-под ледника на конечной остановке. Таким образом, должны быть важные межледниковые и подледниковые маршруты талых вод, а также надледниковые маршруты.

Легко провести случайные исследования отвода талых поверхностных вод, но подробных исследований мало. А подледниковые и особенно англяциальные потоки изучать сложно по понятным причинам. Но есть несколько довольно надежных теоретических подходов, которые в целом согласуются с тем, что известно об англяциальном и подледниковом дренаже и его осадочных последствиях.

Поверхностные потоки образуются везде, где образуется больше талой воды, чем может локально поглощаться ледником или удерживаться в виде поровой воды в фирне или снеге на поверхности ледника.Каналы ручья варьируются по размеру от крошечных ручьев до больших каналов шириной и глубиной в несколько метров. Ручьи могут врезаться или не врезаться в долины на поверхности ледника; это зависит от относительной скорости опускания каналов и межканальной абляции.

Потоки талой воды на поверхности ледника и льда имеют сильную тенденцию образовывать меандры, похожие на ручьи, текущие по суше. Извилистость по льду понятна не лучше, чем извилина по осадку, но, по-видимому, существует какая-то нестабильность, которая включает в себя преимущественное таяние в определенных точках и меньшее таяние или даже повторное замерзание в других точках.Однако во многих других случаях русло каналов определяется линиями структурной слабости льда.

Надледниковые потоки также имеют тенденцию формировать дендритные сети потоков , как и системы потоков на суше. Но есть несколько важных отличий:

• Сеть плотная и рифленая ; Когда лед движется и деформируется, трудно разрезать крупные стволы ручьев.

• Схема дренажа показывает сильно субпараллельную структуру из-за относительно крутого наклона ледника.

• Плотность дренажа уменьшает верхний ледник , потому что производство талой воды снижается над ледником.

• Структура русла очень изменчива : она выглядит по-разному каждый год в зависимости от развития новых межледниковых дренажных каналов. Помните, что вся поверхность ледника движется вниз по склону, но зоны общего растяжения и сжатия ледника, вызванные подледниковой топографией коренных пород, которые, как правило, контролируют маршруты оттока воды, остаются в одном месте.Мулены развиваются, используются в течение нескольких сезонов, а затем заброшены, поскольку их место занимают новые с ледникового покрова.

Динамика течения талой воды под поверхностью

Вот несколько основных наблюдений за течением талой воды в ледниковом и подледниковом периоде:

• В самой верхней зоне ледника вода течет приблизительно вертикально вниз по трещинам и мулинам свободным потоком. Эти вертикальные водостоки имеют определенный уровень воды, который можно довольно легко измерить.(Однако постарайтесь не попасть в одну из них.) Этот уровень воды меняется со временем, от часов до дней, в зависимости от температуры воздуха, солнечного света и количества осадков.

• Как правило, изменения уровня воды от мулена к мулену коррелируют по всему леднику, что предполагает наличие взаимосвязанного уровня грунтовых вод внутри ледника.

• Уровень грунтовых вод может варьироваться от прямо у поверхности ледника , во время максимального производства талой воды в начале сезона таяния, когда не так много легко используемых проходов, до очень глубоких (возможно, все путь к подножию ледника) в конце сезона таяния, когда проходы полностью развиты, но приток талой воды снизился.

• Наблюдений за формой дренажных каналов под муленами было немного. Считается, что эти дренажные каналы не вертикальные, с большой горизонтальной составляющей их ориентации. Одно свидетельство: круглые межледниковые туннели, видимые на поверхности только что отколившихся айсбергов вокруг ледникового щита Гренландии. (Круглый туннель — это форма равновесия, если вода течет по замкнутому каналу во льду, потому что приблизительная изотропия поликристаллического льда обычно является хорошим предположением, если лед находится далеко от основания ледника, где происходит сдвиг из-за внутренней деформации. самый сильный.)

Время прохождения : краситель вводится в точках погружения и отслеживается там, где выходят подледниковые потоки. Скорость передвижения составляет примерно 1-2 км в час, но есть большой разброс. Это означает, что общее время в пути по обычным долинным ледникам составляет от одного до нескольких дней. Но скорости должны увеличиваться ниже по течению в рамках данной дренажной системы: поток в больших ледяных туннелях на нижнем конце сети, вероятно, очень высок, много метров в секунду . Великолепные фонтаны, образовавшиеся там, где такие подледниковые туннели выходят под воду в ледниковых озерах, — хорошее тому доказательство.

• Что известно о потоках в больших подледниковых туннелях? Часто поток, выходящий из туннелей, имеет свободную поверхность, но эта свободная поверхность обычно имеет наклон вверх по отношению к крыше в восходящем направлении, поэтому разумно предположить, что только на небольшом расстоянии вверх по леднику поток является потоком по замкнутому каналу, без свободного поверхность. И ручьи, которые берут начало под ледниковыми озерами, явно текут до самого конца. Однако в периоды низкого расхода ближе к концу сезона плавления большинство или все трубопроводы имеют в себе свободные поверхности.

• Любой ледниковый туннель ниже нескольких десятков метров, где лед может течь пластически, имеет тенденцию полностью закрываться притоком льда, если он не поддерживается каким-либо другим способом. Есть два способа удержания туннеля в открытом состоянии: давление воды, равное гидростатическому давлению в самом льду, или плавление стен туннеля текущей водой. На рис. 5-27 показан график периода полураспада для закрытия вертикального ледяного туннеля в зависимости от давления покрывающих пород для льда в точке его плавления под давлением.

Рисунок 5-27. Время полураспада для закрытия вертикального ледового туннеля в зависимости от давления покрывающих пород для льда при его точке плавления под давлением.

• Поликристаллический ледниковый лед при температуре его плавления под давлением известен как из наблюдений, так и теоретически как проницаемый для потока воды. На линейных границах из трех зерен (рис. 5-28) есть прожилки или крошечные проходы, которые встречаются по четыре в точках соединения с четырьмя зернами. Эти переходы обычно имеют четырехгранную форму. Это можно наблюдать при тщательной микроскопической работе со льдом, и это также может быть оправдано с точки зрения аргументов поверхностной энергии.Угол соединения двух ледяных зерен и жидкой воды составляет около 20 ° (Рисунок 5-29). Поэтому вода всегда может просачиваться через теплый ледник, независимо от состояния больших проходов.

Рисунок 5-28 (слева). Схема водных проходов на трехзеренных линейных границах в ледниковом льду.

Рисунок 5-29 (справа). Угол соединения двух ледяных зерен и жидкой воды составляет около 20 °.

Основная идея о гидравлике потока талой воды внутри ледника заключается в том, что существует обратная связь между давлением воды и давлением льда, которое контролирует размер проточных туннелей .Чтобы понять природу этих корректировок, посмотрите на упрощенный туннель (рис. 5-30), который проходит вертикально от поверхности до основания ледника, а затем горизонтально до конечной точки. Уровень грунтовых вод — свободная поверхность воды в вертикальной части туннеля — показан у поверхности ледника.

Если туннель слишком большой, он может нести больший расход, чем поступает с поверхности ледника, и уровень воды в вертикальном туннеле падает. Это снижает давление воды дальше в туннеле до значения, меньшего, чем давление льда вокруг стен туннеля, поэтому туннель закрывается, тем самым сужая поток через туннель и вызывая повышение уровня воды до тех пор, пока давление воды не возрастет. до давления льда, стабилизирующего диаметр туннеля.

Рисунок 5-30. Упрощенный водный тоннель через ледник.

Аналогичным образом, если туннель слишком мал для данного сброса талой воды, уровень грунтовых вод в вертикальной части туннеля поднимается, таким образом увеличивая давление воды до значения, превышающего давление льда на стене туннеля, поэтому туннель открывается на радиальный отток ледяной стенки, приводящий к усилению разгрузки и падению уровня грунтовых вод. Таким образом, диаметр туннеля снова стабилизируется на значении, при котором давление воды равно давлению льда на стенки туннеля.

В соответствии с вышеизложенным аргументом обычно предполагается, что в установившемся режиме (постоянный расход, определенный уровень воды, определенный диаметр туннеля) давление воды равно давлению льда в каждом поперечном сечении туннеля. Но здесь должно быть одно существенное исправление. Вытекание талой воды через туннель имеет тенденцию к расплавлению стенок туннеля за счет двух эффектов: (1) тепла, генерируемого трением в потоке, и (2) тепла, уносимого с поверхности талой водой, температура которой немного выше точки замерзания.Таким образом, в состоянии равновесия ледяные стенки туннеля должны течь внутрь к центру туннеля с конечной скоростью, чтобы уравновесить эту скорость таяния стенок. Описанная выше регулировка изменена таким образом, что давление воды немного превышает давление льда.

Хороший аргумент в пользу другого важного следствия этого эффекта плавления стен: проходы большего размера растут за счет проходов меньшего размера. Причина? (1) больше тепла по сравнению с площадью стенки создается за счет вязкого трения в больших проходах, чем в меньших проходах; и (2) больше тепла по сравнению с площадью стены переносится выше замерзшей воды с поверхности в больших проходах, чем в меньших проходах.

Следствием этого является то, что из-за такого дифференцированного роста более крупных проходов трехмерная сеть проходов в леднике имеет тенденцию со временем становиться дендритной, с притоками, соединяющимися во все более крупные магистральные проходы. Это в целом согласуется с немногочисленными наблюдениями за характером внутренних проходов талой воды в ледниках.

РАСШИРЕННАЯ ТЕМА: ГИДРАВЛИКА ПОТОКА ТЯНЕЙ ВОДЫ В ЛЕДНИКАХ

1. Вертикальный, а затем и горизонтальный проход на Рисунке 5-30, который использовался для иллюстрации вышеупомянутых точек, явно нереалистичен. Какое направление течения талой воды во льду? Этот вопрос, в свою очередь, приводит к тому, что в первую очередь заставляет воду течь внутри ледника. Ответ на этот последний вопрос: пространственные градиенты разницы между фактическим давлением воды и гидростатическим давлением (т. Е. Давлением, которое было бы измерено в данной точке, если бы вода не двигалась).

2. На рисунке 5-31 показан этот эффект в упрощенном виде. Гидростатическое давление постоянно на всем горизонтальном участке прохода, но вода течет из верхнего бака в нижний из-за градиента давления воды, вызванного разницей в уровне воды между двумя баками.Если это вас не убеждает, просто примите во внимание, что состояние потока в горизонтальном сегменте будет точно таким же, если вы увеличите уровень воды в обоих резервуарах на одно и то же расстояние по вертикали, тем самым изменив гидростатическое давление, но не градиент давления. .

Рисунок 5-31. Течение воды в горизонтальном проходе из-за градиента давления воды.

3. Теперь посмотрим на ситуацию на реальном леднике. Подумайте о давлении воды и давлении льда в точке P внутри ледника (рис. 5-32). H — это высота поверхности льда над произвольной точкой отсчета, а z — высота точки P над той же точкой отсчета. Давление льда \ (p_ {i} \) в точке P составляет

\ (p_ {i} = \ rho _ {i} g (H-z) \) (14)

и давление воды p w в той же точке примерно

\ (p_ {w} = p_ {i} \) (15)

в соответствии с рассуждениями, указанными в пунктах 9.3.2–9.3.4. (Забудьте о небольшом эффекте таяния настенного льда.)

Рисунок 5-32. Эскиз определения для анализа влияния давления воды и давления льда в точке ледника.

4. Вода имеет тенденцию перемещаться по сети каналов в направлении градиента потенциала \ (\ Phi \), который может быть представлен как семейство плавно изогнутых поверхностей, обладающих тем свойством, что направление наиболее быстрого уменьшения в воде давление везде нормально к поверхностям. Это просто обобщение идеи о том, что в одномерной ситуации, такой как прямая круглая труба, вода движется в направлении уменьшения давления.(Это похоже на функцию гравитационного потенциала, которая описывает направление падения тел во всех точках вблизи поверхности Земли, что является направлением наиболее быстрого увеличения или уменьшения потенциальной энергии по мере того, как вы перемещаете тело вверх или вниз под действием силы тяжести. поле Земли.)

5. Потенциал можно представить уравнением, например

.

\ (\ Phi = \ Phi _ {o} + p_ {w} + \ rho _ {w} gz \) (16)

, где первый член справа — это просто произвольная аддитивная константа, второй член — это фактическое давление воды, а третий член — это гидростатическое давление, которое будет создаваться столбиком неподвижной воды выше заданной точки.

6. Подставляя уравнения 14 и 15 в уравнение 16, чтобы избавиться от p w и p i и игнорировать произвольную константу \ (\ Phi _ {o} \),

\ (\ Phi = p_ {i} + \ rho _ {w} gz
= \ rho _ {i} g (Гц) + \ rho _ {w} gz
= \ rho _ {i} gH + (\ rho _ {w} — \ rho _ {i}) gz \) (17)

(Помните, что направление дренажа будет перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям.)

7. Угол наклона \ (\ alpha \) этих эквипотенциальных поверхностей можно найти с помощью Рисунка 5-33:

\ (tan \ alpha = \ frac {\ frac {\ partial \ Phi} {\ partial x}} {\ frac {\ partial \ Phi} {\ partial z}} \) (18)

или, решая для угла

\ (\ alpha = arctan \ frac {\ frac {\ partial \ Phi} {\ Phi x}} {\ frac {\ partial \ Phi} {\ partial z}} \) (19)

Рисунок 5-33.Поток воды в леднике в ответ на градиент потенциала.

Учитывая, что \ (\ rho _ {i} = 0,9 \ rho_ {w} \), результат в уравнении 19 говорит нам, что ледниковые туннели спускаются вниз примерно в 11 раз круче, чем поверхность ледника!

8. Что же тогда происходит, когда проходы достигают подножия ледника? Подледниковые туннели должны следовать за местом наискорейшего спуска компонента потенциальной функции \ (\ Phi \), локально параллельно ложу ледника.(Просто представьте себе кривые, лежащие на дне ледника, которые образованы пересечениями эквипотенциальной поверхности с дном, а затем выберите направления по дну, перпендикулярные этим кривым пересечения.) На горизонтальном дне ледника это находится в том же направлении, что и уклон поверхности. Но если дно ледника неровное, туннели могут пересекать водоразделы коренных пород. Могут быть даже подледниковые озера, где есть «впадины» в эквипотенциальных поверхностях (то есть, где направления, нормальные к эквипотенциальным поверхностям, локально падают под более пологим углом, чем дно ледника).

границ | Паттерны в микробных сообществах, экспортированных из талой воды арктических и субарктических ледников

Введение

ледниковые потоки талой воды соединяют дискретные среды обитания криосферы с пресноводными и морскими экосистемами ниже по течению в Северном полушарии (например, Hood et al., 2009; O’Neel et al., 2015; Milner et al., 2017). Помимо экспорта пресной воды, ледники и ледяные щиты также субсидируют микробную продуктивность и дыхание за счет последующей доставки твердых частиц и растворенных материалов, таких как углерод (Bhatia et al., 2013а; Лоусон и др., 2014; Kohler et al., 2017), макро- и микронутриенты (Bhatia et al., 2013b; Hawkings et al., 2015; Dubnick et al., 2017a) и другие продукты выветривания (Hawkings et al., 2017; Hatton et al. ., 2019а; Стахник и др., 2019). Несмотря на то, что в последнее время был достигнут прогресс в определении факторов, которые контролируют величину этих биогеохимических потоков, важные ключи к образованию растворенных веществ и работе подледниковой дренажной системы могут быть обнаружены посредством исследования более качественных характеристик этого экспорта.Например, прошлые работы успешно показали, что химические сигнатуры растворенного органического вещества (Hood et al., 2009; Lawson et al., 2014; Dubnick et al., 2017b) и элементарных изотопов (Kohler et al., 2017; Hatton et al., al., 2019b) связаны с гидрологическими и литологическими характеристиками ледниковой среды.

Одним из потенциально полезных, но недостаточно используемых инструментов для исследования гидрологических и биогеохимических процессов выветривания являются различные микробные клетки, собираемые и выносимые талыми водами из ледниковой экосистемы.Например, подледные микробы обнаруживаются на пересечении ледника и подстилающей породы и функционально разнообразны, поскольку, как было показано, они используют множество метаболических путей, действующих в широком спектре окислительно-восстановительных условий (Boyd et al., 2010, 2011, стр. 2014; Stibal et al., 2012a, c; Hamilton et al., 2013; Dieser et al., 2014), что может позволить им влиять на множество реакций выветривания и биогеохимических преобразований (Sharp et al., 1999; Mitchell et al. др., 2013; Montross et al., 2013; Lamarche-Gagnon et al., 2019). Тем не менее, из-за их физической недоступности эти места обитания, как известно, трудно исследовать, и большая часть наших знаний об этих местообитаниях в настоящее время основана на дискретных выборках, взятых из окраинных районов (например, Boyd et al., 2011; árský et al., 2018 ). С другой стороны, надледниковые (поверхностный лед) микробные сообщества, к которым сравнительно легко получить доступ, могут включать все три области жизни (Anesio et al., 2017) и включать оксигенные, фототрофные и углеродные таксоны, в частности цианобактерии. играя неотъемлемую роль в формировании матрицы криоконита, обнаруженного во впадинах на поверхности ледника (Langford et al., 2010; Кук и др., 2016; Гокул и др., 2019).

Талая вода, образующаяся на поверхности ледников, собирается в надледниковые потоки и озера, которые в конечном итоге стекают в мулины и трещины, чтобы попасть в подледниковую гидрологическую систему (Irvine-Fynn et al., 2011; Hotaling et al., 2017b). В подледниковой среде воды могут направляться через дренажные системы с меньшим временем пребывания / канализационные дренажные системы (аналогичные подледниковым «руслам реки») или через распределенную систему с более длительным временем пребывания, которая может быть более похожа на насыщенные отложения рек (Tranter и другие., 1996; Хаббард и Ниенов, 1997; Ирвин-Финн и др., 2011). Независимо от пути, талая вода увлекает мусор и микробные клетки по маршруту и удаляется с оконечности ледника, образуя прогляциальные потоки. Таким образом, обширная информация о физических / химических характеристиках и путях дренажа данной дренажной сети может быть получена путем анализа клеток, взвешенных в талой воде. Учитывая недавние достижения в области технологий секвенирования и биоинформатики, эти данные имеют большой потенциал для дополнения традиционных физических и химических ключей к выводам гидрологических моделей и биогеохимических процессов среди разнообразных ледниковых местообитаний.

Физические характеристики (размер и форма) и географическое положение ледников (широта, высота и внешний вид) способствуют различиям в сезонных моделях таяния и связанных с ними гидрологических «водопроводах», обеспечивая различные уровни воздействия талой воды на подледниковые среды обитания (Tranter et al., 1996; Wadham et al., 2010). Сами подледниковые среды, вероятно, неоднородны внутри систем (Graly et al., 2014), а также в пространстве и времени из-за различий в гидрологическом режиме (Tranter et al., 2005), лежащая в основе литология (Mitchell et al., 2013) и запасы органического вещества (Stibal et al., 2012c), все из которых могут определять возможные пути метаболизма и источники энергии для микробов. Точно так же микробы, населяющие надледниковую систему, также могут различаться пространственно из-за различий в расселении, климатических условиях и аллохтонных поступлениях (Stibal et al., 2012b; Cameron et al., 2016). Следовательно, регионально специфические сообщества могут происходить из ледниковых рек Арктики и субарктики.

В то время как временные (Sheik et al., 2015; Dubnick et al., 2017a) и водосборные (Hauptmann et al., 2016; Cameron et al., 2017; árský et al., 2018) исследования экспорта клеток были ранее проводившиеся из ограниченного числа ледниковых потоков, в настоящее время нет исследований, которые бы сравнивали основные географические регионы. Таким образом, в этой работе мы задаем два основных вопроса: (1) Как соотносятся экспортированные ассоциации талых вод между разрозненными, высокоширотными регионами, и (2) может ли комбинация физических и химических характеристик использоваться для объяснения структуры экспортированных ассоциаций и обеспечения ключи к их происхождению? Чтобы проверить эти вопросы, мы собрали и проанализировали образцы талой воды из ледников в шести основных (суб) арктических регионах, различающихся климатом, размером ледников и литологией коренных пород.Мы предположили, что отдельные географические регионы должны экспортировать уникальные микробные сообщества из-за коллективных различий в широте, климате и геологии. Кроме того, мы предсказали, что физико-химические переменные, обычно используемые для вывода гидрологических закономерностей, будут полезны для прогнозирования вероятных источников микробных клеток в над- и подледниковой среде.

Материалы и методы

Учебные площадки

За лето 2015–2017 гг. Было отобрано

проб талой воды с 24 ледников в шести различных арктических и субарктических регионах (рис. 1).Полный список их характеристик приведен в Таблице 1. Все участки отбирались как можно ближе к окончанию ледника (большинство в пределах ~ 10 м), за исключениями, указанными ниже. Вкратце, четыре потока были взяты из долины Куаннерсуит, расположенной в центральной части Кекертарсуака (остров Диско), на западе Гренландии, истощающей ледники 6, 10, 11 и 13. Долина Куаннерсуит состоит в основном из базальтового ландшафта, и здесь берут начало многочисленные ледниковые потоки. от самой большой ледяной шапки острова, Сермерсуака, вместе с несколькими ледниками долин и цирков (árský et al., 2018). Исландия была вторым базальтовым местонахождением, и были опробованы четыре участка: Солхеймайёкюдль (выход в Мирдальсйёкюдль), Скафтафелльсйёкюдль (южный выход в Ватнайёкюдль), Эйябаккайёкюдль (северный выход в Ватнайёкюдль) и Калдалунсйёкюдль (выход в Альдалёнсйёкюдль, 2000 г.) ; Tweed et al., 2005). Затем были опробованы шесть населенных пунктов на Шпицбергене. Два ледника, Нансенбреен и Сефстрёмбрин, расположены в Ис-фьорде, в то время как Эббабрин расположен в Петуниабукте, а Мидтр-Ловенбрин возле Ню-Олесунна, Конгсфьорден (Hagen et al., 1993). Наконец, около Лонгиербюена были отобраны пробы с ледников Лонгйирбрин и Фоксфонна с холодным основанием. Были отобраны пробы трех ледников материковой Норвегии, включая Стиггедалсбреен, Бёвербреен и Аустердалсбреен, все из которых расположены на гнейсовых породах (Mateos-Rivera et al., 2016). Стиггедалсбреен и Бёвербреен расположены в альпийском регионе Йотунхеймен, а Аустердалсбреен — это выходной ледник ледяной шапки Йостедалсбреен (Andreassen et al., 2012). Были отобраны пробы с четырех выходных ледников ледникового поля Джуно в прибрежной части юго-востока Аляски; Герберт, Игл, Лимон и Менденхолл (Худ и Бернер, 2009).Пробы Лемон-Крик и Игл-Ривер были отобраны в нескольких километрах ниже по течению из-за недоступности, а пробы талой воды Герберта и Менденхолла были отобраны у основания ледника. Все четыре ледника подстилаются фельзитовой магматической интрузивной коренной породой. Наконец, были отобраны пробы трех выходных ледников Гренландского ледникового щита (GrIS), все из которых истощают коренные породы докембрийского щита, состоящие из архейских гнейсов и гранитов (Henriksen et al., 2009). Образцы с ледника Леверетт были отобраны в нескольких метрах от его портала (Kohler et al., 2017), а с ледника Рассела были отобраны образцы в нескольких сотнях метров от его последнего контакта с ледником, выше по течению от слияния с рекой Леверетт.Наконец, пробы из Qinnguata Kuussua, которая истощает большие ледники Ørkendalen и Isorlersuup к югу от ледника Leverett, была взята непосредственно вверх по течению от его слияния с Akuliarusiarsuup Kuua, чтобы сформировать «реку Уотсон» около города Kangerlussuaq (Cameron et al., 2017).

Рис. 1. Карта шести исследуемых регионов с подробными вставками для каждого, показывающими расположение каждого взятого ледникового потока. Против часовой стрелки от верхнего левого угла: (A) юго-восток Аляски (красные квадраты), (B) Qeqertarsuaq (остров Диско, синие перевернутые треугольники), (C) Гренландский ледяной покров (золотые круги), (D) Исландия (зеленые треугольники), (E) Норвегия (бирюзовые ромбы) и (F) Шпицберген (фиолетовые звездочки).Масштабная линейка на каждой панели представляет 25 км. Фоновые изображения взяты с Landsat / Copernicus и Геологической службы США, взяты через Google и скомпилированы с помощью QGIS.

Таблица 1. Физические характеристики потоков талой воды.

Отбор проб

В каждом потоке с помощью стерильного шприца из тальвега водяного столба были взяты три повторных микробиологических пробы (за исключением Foxfonna, где была взята только одна повторность). Вода пропускалась через фильтры Sterivex (0.22 мкм; Millipore, Биллерика, Массачусетс, США) до тех пор, пока они не засорятся, объем составляет от 50 до 600 мл, в большинстве случаев — не менее 300 мл (Таблица 1). Фильтры промывали водой, заполняли буфером для сохранения нуклеиновых кислот (LifeGuard, MO BIO, Карлсбад, Калифорния, США) и быстро замораживали при -20 ° C. Учитывая, что время суток может иметь сильное влияние на гидрологию ледниковых систем (вода с более длительным временем пребывания может непропорционально высвобождаться при низких расходах), отбор проб из ручья был предпринят, чтобы примерно соответствовать суточным пикам стока, если это возможно.

Химический анализ

Физические и гидрохимические характеристики были проведены одновременно со сбором микробных клеток, как описано ранее (árský et al., 2018). Вкратце, проводимость и pH были измерены in situ в каждом потоке с помощью цифрового измерителя pH и проводимости Multi 3430 (WTW, Weilheim, Германия) или измерителя pH / проводимости низкого диапазона Hanna Combo (Hanna Instruments, США). Широта / долгота и высота были измерены с помощью портативного GPS, а оценки площади ледников были получены из литературы (Таблица 1).Пробы талой воды для анализа питательных веществ и растворенного органического углерода (DOC) собирали непосредственно из потока с помощью стерильного шприца. Образцы питательных веществ фильтровали через шприцевые фильтры из полиэфирсульфона GD / XP с размером пор 0,45 мкм (Whatman) в промытые кислотой флаконы из полиэтилена высокой плотности Nalgene объемом 30 мл и немедленно замораживали при -20 ° C. Концентрации питательных веществ определяли с использованием анализатора потока нитратов LaChat QuikChem 8500 (NO 3 ; QuikChem Methods 10-107-04-1-B; LOD = 1 мкг L -1 = 71 нМ), аммоний (NH 4 + ; 10−107−06−1 − Q; LOD = 8 мкг л –1 = 571 нМ) и растворимый реактивный фосфор (SRP; 31-115-01-1-I; LOD = 1 мкг L –1 = 32 нМ).Образцы DOC фильтровали через шприцевые фильтры Whatman Puradisc AQUA (ацетат целлюлозы, 0,45 мкм) в промытые кислотой бутылки из полиэтилена высокой плотности Nalgene объемом 30 мл и замораживали. Концентрации DOC определяли с использованием анализатора Shimadzu TOC-L (Shimadzu, Киото, Япония) с катализатором высокой чувствительности (LOD для DOC = 20 мкг L –1 = 1,7 мкМ).

Растворенные основные ионы (F + , Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl , SO 4 2– и HCO 3 ) и растворенный диоксид кремния (DSi) отбирали путем взятия талой воды из тальвега с помощью чистой бутылки Nalgene емкостью 1 л, которую трижды ополаскивали струей воды.Воду фильтровали в течение 24 часов через 47-миллиметровую фильтрующую мембрану из нитрата целлюлозы 0,45 мкм (Whatman), установленную на чистой фильтровальной башне Nalgene. Образцы хранили в 30 мл бутылях из HDPE Nalgene в холодильнике (~ 4 ° C). Основные ионы анализировали ионной хроматографией на капиллярной системе Thermo Scientific Dionex ICS5000 +, как описано Hawkings et al. (2015), с HCO 3 , оцененным по дефициту заряда (Tranter et al., 2002), и DSi, измеренным с помощью анализатора закачки потока LaChat QuikChem 8500 (QuikChem Method 31-114-27-1-D) как описанный Hawkings et al.(2017). Предварительно взвешенные фильтры использовались для определения общего содержания взвешенных твердых частиц (TSS) после сушки фильтров в печи при 50 ° C в течение ночи, повторного взвешивания, вычитания веса фильтра и нормализации по объему прошедшей воды (измеренному с помощью мерного цилиндра). и обычно ∼300–500 мл). См. Árský et al. (2018) для дальнейших примечаний по аналитической точности и точности.

Химические индексы

На основе наших геохимических данных мы рассчитали два индекса, которые ранее использовались при интерпретации закономерностей выветривания и гидрологии (например,г., Дубник и др., 2017б). Массовая доля сульфата (SMF) определяется как концентрация сульфата (SO 4 2–), деленная на сумму сульфата и бикарбоната (HCO 3 -; Brown et al., 1996; Tranter et al. ., 2002). Высокие значения SMF (например,> 0,5) указывают на то, что большая часть протонов возникает в результате окисления сульфида по сравнению с реакциями карбонизации, и, таким образом, является показателем влияния карбонизации по сравнению с окислением сульфида в качестве источников протонов / HCO 3 (Wadham et al., 2004). В дополнение к этому мы также рассчитали соотношение двухвалентных / одновалентных (DiMo) основных катионов: Ca 2+ + Mg 2+ / Na + + K + . Это соотношение является грубым приближением степени растворения карбоната по сравнению с растворением силиката (Wadham et al., 2010). Более высокие значения DiMo, вероятно, в большей степени связаны с карбонатным выветриванием и канальной дренажной системой, тогда как более низкие значения могут быть пропорционально высокими в вкладе распределенной дренажной системы (Wadham et al., 2010; Dubnick et al., 2017b). Все значения были преобразованы в мкэкв. Л –1 перед расчетом.

Экстракция, количественное определение и секвенирование нуклеиновых кислот

ДНК

из образцов взвешенного осадка была извлечена, амплифицирована и секвенирована так же, как и в работе árský et al. (2018). Вкратце, ДНК экстрагировали с использованием набора для выделения ДНК PowerWater Sterivex (MO BIO) в соответствии с протоколом производителя. Выделенную ДНК количественно определяли с использованием флуорометра Qubit и набора для анализа dsDNA HS Assay Kit (Invitrogen, Карлсбад, Калифорния, США).Образцы матричной ДНК были отправлены в лабораторию Mr. DNA (Shallowater, TX, США), где праймеры 515f / 806r области V4 гена 16S рРНК (Caporaso et al., 2011) со штрих-кодом на прямом праймере были использованы в 28 циклах ПЦР. с использованием набора HotStarTaq Plus Master Mix (Qiagen, Hilden, Германия) с начальной стадией плавления 94 ° C в течение 3 минут, с последующими 28 циклами 94 ° C в течение 30 секунд, 53 ° C в течение 40 секунд и 72 ° C за 1 мин. После амплификации продукты ПЦР проверяли в 2% агарозном геле, и образцы объединяли в эквимолярных пропорциях.Объединенные образцы очищали с использованием калиброванных шариков Ampure XP. Секвенирование выполняли на платформе Illumina MiSeq в соответствии с рекомендациями производителя. Набор данных с проверкой качества доступен в базе данных MG-RAST (Meyer et al., 2008) под номером доступа MGP92375, а репрезентативным последовательностям выбранных OTU были присвоены номера доступа MN880326-MN880375 в GenBank.

Биоинформатический анализ

Данные последовательности были проанализированы с помощью конвейера SEED v2.0.4 (Větrovský et al., 2018). Парные концы были соединены с помощью fastq-join (Aronesty, 2011), и все последовательности с несоответствиями в тегах были удалены из набора данных. Были обнаружены химеры, и нехимерные последовательности были сгруппированы в операционные таксономические единицы (OTU) с использованием UPARSE, реализованного в USEARCH 8.1.1861 (Edgar, 2013), с порогом сходства 97%. Консенсус от каждой OTU был построен на основе сопоставления MAFFT (Katoh and Standley, 2013), основанного на наиболее распространенных нуклеотидах в каждой позиции. Синглтоны, хлоропласты и митохондрии были удалены, а OTU идентифицированы как очевидные контаминанты ПЦР (т.(например, патогены человека и симбионты, организмы, совершенно несовместимые с окружающей средой ледника, и известные контаминанты наборов для выделения ДНК) были удалены. Результирующие чтения варьировались от 22 336 до 113 601 на образец (среднее значение = 64 233), а набор данных был сужен до самого низкого числа (22 336). 50 наиболее распространенных OTU были идентифицированы против SILVA nr. 132 в Mothur (Schloss et al., 2009), их предполагаемый метаболизм и экологические роли были оценены с помощью алгоритмов megaBLAST и BLASTn по базе данных GenBank nt / nr.Характеристики описываемых видов были приняты для ОТЕ, показывающих сходство последовательностей> 97% с этими видами. Наконец, для расчета невзвешенных и взвешенных расстояний UniFrac с помощью RAxML (Stamatakis, 2014) было создано филогенетическое дерево, которое включало 1371 OTU с наибольшей численностью. Результирующий новый набор данных был разрежен до минимального количества чтений (21 518) и использовался во всех анализах ординации.

Статистический анализ

Чтобы визуализировать различия в переменных окружающей среды между регионами, мы выполнили анализ основных компонентов (PCA) с физическими и гидрологическими переменными, предположительно имеющими микробиологическое значение, с использованием пакета ggbiplot (Vu, 2011) в R.Распределения переменных исследовались путем построения гистограмм, и при необходимости были преобразованы log 10 для создания нормального распределения.

Чтобы установить различия в структуре сообществ между регионами, индексы разнообразия (#OTUs, Chao1 и Shannon) были рассчитаны для каждой выборки с использованием полного разреженного набора данных и сравнены с использованием критерия честных значительных различий Тьюки (TukeyHSD). Затем мы создали неограниченные ординации (анализ основных координат; PCoA) для оценки изменчивости между выборками и участками, используя как невзвешенные (на основе присутствия / отсутствия), так и взвешенные (на основе численности) расстояния UniFrac на нефильтрованном, непреобразованном подвыборке данных.Значимость географического региона в структуре сообщества была проверена с помощью пермутационного многомерного дисперсионного анализа (PERMANOVA) с использованием функции adonis () в пакете vegan (Oksanen et al., 2018). За этим последовал тест на однородность дисперсии (то есть, чтобы увидеть, имеют ли региональные группы статистически схожие / несходные дисперсии), проведенный с помощью функции betadisper () в vegan . Наконец, для визуализации различий в распределении особенно влиятельных OTU на тепловой карте были нанесены 50 лучших OTU по численности (усредненные по сайту и логарифм 10 + 1 с преобразованием).Дендрограмма была построена с помощью функции heatmap.2 () в пакете gplots (Warnes et al., 2019) с использованием метода «средней» кластеризации и евклидова расстояния. Значимые кластеры были идентифицированы с помощью функции simprof () в пакете clustertsig (Whitaker and Christman, 2014) с идентичными методами кластеризации и расстояния, описанными выше, и с преобразованием = «identity» и альфа = 0,000001.

Затем были созданы модели анализа избыточности на основе расстояний (dbRDA) как для взвешенных, так и для невзвешенных наборов данных UniFrac, чтобы найти наиболее экономную комбинацию переменных окружающей среды для объяснения изменчивости структуры скоплений на всех участках.Для Quinnguata Kuusua было присвоено такое же значение TSS, что и для реки Леверетт, учитывая схожесть размеров водосбора и географическую близость. Другие участки / образцы, по которым данные об окружающей среде отсутствовали и не могли быть надежно заменены из других источников, были исключены из анализа (например, Foxfonna и Midtre Lovénbreen; Таблица 2). Случаи, когда концентрации растворенных веществ ниже уровня обнаружения (например, DOC, таблица 2) были заменены на половину значения предела обнаружения. Модели-кандидаты были построены путем включения только переменных среды с коэффициентами инфляции дисперсии меньше или равными 5, чтобы избежать включения избыточных, коллинеарных параметров (SMF и DiMo были положительно коррелированы с SO 4 2– и отрицательно коррелировали с SRP, а также потому, что из предполагаемой большей биологической значимости последних переменных, первые были исключены из анализа).К ним относятся log 10 -преобразованная высота ледника, площадь, широта, pH, DSi, DIN, Cl , DOC, TSS, SRP и SO 4 2–. Затем наилучшая комбинация переменных для каждого из невзвешенных и взвешенных наборов данных была выделена путем обратного выбора с использованием функции ordistep () в vegan . Значимость полной модели, а также отдельных условий оценивалась с помощью функции anova () . Для оценки взаимосвязи между переменными среды и отдельными OTU были рассчитаны коэффициенты корреляции Пирсона между теми же переменными среды, включенными в модели-кандидаты dbRDA, и 50 верхними OTU с использованием функции cor () в R.Тепловые карты и дендрограммы были впоследствии созданы с использованием функции heatmap.2 () , а значимые кластеры рассчитывались, как описано выше.

Таблица 2. Гидрохимические характеристики талой воды, включая концентрации питательных веществ, основные катионы и анионы, растворенный органический углерод (DOC), массовую долю сульфата (SMF) и соотношение двухвалентных: одновалентных (DiMo).

Если не указано иное, значимость была обозначена как α = 0,05, скорректированная (прил. R Сообщается 2 значений, и вся статистика и цифры были сгенерированы с использованием статистической среды R (R Core Team, 2017), в основном с использованием функций, доступных в пакете phyloseq (McMurdie and Holmes, 2013).

Результаты

Различия в характеристиках ледников и талых вод

Наблюдались региональные различия в измеренных физических и химических характеристиках талой ледниковой воды (рис. 2, полное резюме см. В таблицах 1, 2).Пробы ледников из Норвегии и Кекертарсуака отбирались на самых высоких отметках, а пробы из GrIS имели самые большие площади водосбора и концентрации TSS. Исландия и Кекертарсуак, являющиеся базальтовыми местонахождениями, сгруппированы вместе в ППТ, в то время как другие регионы не показали существенного перекрытия (рис. 2). Эти потоки имели одни из самых высоких концентраций SRP и DSi и самые низкие отношения DiMo (что указывает на преобладание силикатного над карбонатным выветриванием). Потоки талой воды со Свальбарда показали сравнительно высокую проводимость, а также самые высокие значения DiMo и концентрации SO 4 2– и DOC.Значения SMF были самыми высокими на двух участках в Норвегии (Бёвербрин и Аустердалсбреен) и на двух участках Шпицберген (Эббабрин и Лонгйирбрин). Исландия, наряду с выходными ледниками GrIS, также имела самые высокие значения pH, в то время как ледники Аляски и Норвегии имели очень низкие измеренные значения pH (6,1-7,5 для Норвегии; Таблица 1).

Рис. 2. Анализ основных компонентов (PCA), показывающий различия в выбранных переменных окружающей среды по регионам. Участки Аляски показаны красными квадратами, Гренландский ледяной щит (GrIS) — золотыми кругами, Исландия — зелеными треугольниками, Норвегия — бирюзовыми ромбами, Кекертарсуак — синими перевернутыми треугольниками и Шпицберген — фиолетовыми звездочками.Участки, на которых отсутствуют экологические данные, исключаются (например, Foxfonna и Midtre Lovénbreen, см. Таблицы 1, 2). Вероятности эллипса установлены на 0,8.

Конструкция комплекса талой воды

В сообществах ручьев преобладали бактерии домена, и все ручьи экспортировали значительно менее 1% архей по относительной численности. Всего на основе полного разреженного набора данных было идентифицировано 404 заказа из 58 уникальных типов. Во всех образцах преобладали типы Proteobacteria, средняя относительная численность которых составляла 50.4% и колеблется от 13,3 до 67,2% (дополнительный рисунок S1). За протеобактериями в изобилии следили Bacteroidetes (среднее значение = 16,2, диапазон = 2,38–26,5%) и актинобактерии (среднее значение = 9,86%, диапазон = 3,38–45,4%). На нескольких участках также была заметная доля ацидобактерий (среднее значение = 3,06%, диапазон = 0,10–9,58%) и веррукомикробии (среднее значение = 4,86%, диапазон = 0,049–20,9%), численность которых была самой высокой на участках Гренландии (Qeqertarsuaq и GrIS). . Цианобактерии в среднем составляли 1,10% по всем образцам и варьировались от 0 до 10.2%. Что касается порядков, наиболее распространенными были Betaproteobacteriales (т.е. Betaproteobacteria) (среднее значение = 33,6%, диапазон = 4,97-50,6%), за ними следуют Sphingobacteriales (среднее значение = 4,93%, диапазон = 0,31-11,3%), Chitinophagales (среднее значение = 4,54%, диапазон = 0,09–24,9%) и Micrococcales (среднее значение = 4,01%, диапазон 0,40–10,9%). Cytophagales (среднее значение = 3,93%, диапазон = 0,27–15,3%) и Verrucomicrobiales (среднее значение = 3,18%, диапазон = 0,02–20,4%), кроме того, составили значительную часть нескольких образцов.

Всего в полном наборе разреженных данных наблюдалось 16 986 ОТЕ.Из них 150 наблюдались на всех участках, а 1313 наблюдались во всех шести регионах. Напротив, 6 637 OTU присутствовали только в одном месте, а 8 056 наблюдались только в одном регионе. Аляска имела самые уникальные OTU с 3239 (~ 32% от общего разнообразия), за ней следуют Норвегия с 1116, Исландия с 1076, Кекертарсуак с 994, Шпицберген с 934 и GrIS с 697 (~ 16% от общего разнообразия). . Расчетные показатели альфа-разнообразия показали сильную изменчивость между регионами (рисунок 3), и различия были значительными среди всех наблюдаемых OTU богатств (ANOVA, F = 13.63, p << 0,01), Chao1 ( F = 17,33, p << 0,01) и разнообразие Шеннона ( F = 8,82, p << 0,01). В частности, потоки Аляски имели значительно большее количество наблюдаемых OTU и значения Chao1, чем все другие регионы (TukeyHSD, p <0,01 для всех сравнений), за исключением Норвегии в случае наблюдаемых OTU ( p = 0,11). Точно так же регионы Исландии, Норвегии и Кекертарсуака имели значительно большее количество наблюдаемых OTU и значения Chao1 по сравнению со Свальбардом ( p <0.03 для всех сравнений). С другой стороны, разнообразие Шеннона было более сходным между регионами, за исключением Гренландского ледникового щита, который имел значительно более низкие значения, и все регионы имели значительно более высокие значения в сравнении ( p <0,05 для всех). По сравнению с широтой, наблюдаемое богатство OTU (корректировка R 2 = 0,42, F = 51,89, p << 0,01), Chao1 (корректировка R 2 = 0,45, F = 57.38, p << 0,01) и разнообразие Шеннона (Adj. R 2 = 0,06, F = 5,06, p = 0,03) — все они значимо и отрицательно коррелировали.

Рис. 3. Коробчатые диаграммы, сравнивающие наблюдаемое количество OTU, Chao1 и разнообразие Шеннона между основными (суб) арктическими регионами. Набор данных был уменьшен до 22 336 считываний, а регионы ( x — ось) упорядочены по возрастанию широты.

Анализ основных координат (PCoA) был проведен для оценки взаимосвязей между сообществами в географических регионах.Когда были применены невзвешенные расстояния UniFrac (т. Е. OTU получают равный вес), 29,6% вариабельности объяснялись объединением осей 1 и 2 (Рисунок 4). Участки GrIS и подмножество выборок на Шпицбергене были сгруппированы отдельно от других регионов, в то время как образцы Норвегии, Исландии, Аляски и Кекертарсуака сформировали перекрывающийся кластер. При тестировании с помощью PERMANOVA географические регионы были значимыми в объяснении изменчивости сообществ ( R 2 = 0,36, псевдо F = 7.18, p <0,01), хотя дисперсии значительно различались по регионам (псевдо F = 15,81, p <0,01). Когда использовались взвешенные расстояния UniFrac (т. Е. С учетом численности), оси 1 и 2 вместе объясняли 50,0% изменчивости (Рисунок 4). Все регионы сгруппированы близко друг к другу: Кекертарсуак, GrIS и подмножество стоянок Аляски ориентировано больше на верхнюю часть рисунка, а подмножество стоянок на Свальбарде - вниз. Применение теста PERMANOVA показало, что эти региональные группировки также существенно различались ( R 2 = 0.47, псевдо F = 11,51, p <0,01), хотя регионы снова значительно различались по своей дисперсии (псевдо F = 7,55, p <0,01).

Рис. 4. Анализ основных координат (PCoA), показывающий различия между географическими регионами на невзвешенных расстояниях (вверху) и взвешенных (внизу) UniFrac. Участки Аляски показаны красными квадратами, Гренландский ледяной щит (GrIS) — золотыми кругами, Исландия — зелеными треугольниками, Норвегия — бирюзовыми ромбами, Кекертарсуак — синими перевернутыми треугольниками и Шпицберген — фиолетовыми звездочками.Цветными кружками обозначены 95% доверительные интервалы региональных категорий.

Чтобы получить представление о влиятельных моделях движения таксонов в анализе PCoA, были определены 50 лучших OTU по численности и усреднены по участкам (полную таксономическую и экологическую информацию см. В дополнительной таблице S1). Внутри сайтов 50 лучших OTU в совокупности представляют от 40 до 76% от общего числа чтений в полном наборе разреженных данных (среднее значение и медиана = 54%). Когда средние значения были нанесены на тепловую карту (рис. 5), несколько ледников из одного региона сформировали значительные группы, но никакие ледники из разных регионов не сгруппировались вместе.Всего было сформировано 13 значимых кластеров, причем один Нансенбрин сформировал кластер a. Кластер b образован памятниками Кекертарсуак (ледник 6, 10, 11 и 13), а кластер c — норвежскими объектами (Аустердалсбреен, Бёвербрин и Стиггедалсбреен). Два из исландских памятников, Калдалонсьёкюдль и Эйябаккайёкюдль, образовали кластер d. Ледники Сефстрёмбрин и Рассел образовали свои собственные кластеры, кластеры e и f соответственно. Леверетт и Циннгуата Куусуа из GrIS сформировали кластер g, а Игл и Лимон из Аляски сформировали кластер h.Остальные исландские участки, Sólheimajökull и Skaftafellsjökull, сгруппированы отдельно (кластеры i и j, соответственно). Ледники Герберта и Менденхолла на Аляске вместе образовали кластер k, а только Мидтр-Ловенбрин образовал кластер l. Наконец, оставшиеся памятники Свальбарда, Foxfonna, Ebbabreen и Longyearbreen, образовали кластер m.

Рис. 5. Тепловая карта , показывающая логарифм 10 + 1-преобразованная численность 50 верхних OTU, усредненная по участку ручья ледника для полного набора разреженных данных.Более высокие значения обозначаются большей интенсивностью оттенка. Надписи участков окрашены по регионам: участки Аляски обозначены красным, Гренландский ледяной щит (GrIS) — золотым, Исландия — зеленым, Норвегия — бирюзовым, Кекертарсуак — синим, а Шпицберген — фиолетовым. Боковая полоса столбца указывает на 13 значимых кластеров сайтов.

В частности, три OTU были многочисленны на всех участках, наиболее распространенными из которых были Polaromonas sp. (Рисунок 5 и дополнительная таблица S1). В среднем Polaromonas sp.приходилось 15% всех прочтений, в пределах от 3 до 28% по выборкам. Затем последовали Methylophilus sp. со средней относительной численностью 6% (от 1 до 15%) и Nitrotoga sp. с 4% (в диапазоне <1-23%). Однако при более низкой численности региональные микробные сообщества стали более отчетливыми. Например, на участках в Гренландии (GrIS и Qeqertarsuaq) была более высокая численность Verrucomicrobium Luteolibacter sp., А на GrIS и в более крупных реках Аляски (Eagle Glacier и Lemon Glacier) была высокая численность Pseudarcicella sp., которая была низкой на всех остальных участках. Участки Свальбарда (а также ледник Менденхолл, ледник Герберта и некоторые другие) имели высокое содержание окислителей серы Sulfuricurvum sp. из филума Epsilonbacteraeota (т. е. Epsilonproteobacteria) и Thiobacillus sp. из филума Proteobacteria (рисунок 5 и дополнительная таблица S1). Наконец, на участках GrIS также было повышенное количество Planktophila sp.

Корреляция с переменными окружающей среды

Мы построили модели dbRDA для определения физических и химических переменных, которые лучше всего объясняют изменчивость экспортируемой структуры микробного сообщества на разных участках (рис. 6).Для невзвешенного набора данных UniFrac наиболее экономичная модель включала высоту ( F, = 2,78, p = 0,01), Cl ( F = 1,55, p = 0,06), DOC ( F = 1,81, p = 0,03), SO 4 2– ( F = 3,84, p <0,01), площадь ледника ( F = 3,04, p <0,01) и широта ( F = 3,48, p <0,01). Объяснение оси y 13.0% изменчивости в наборе данных, и было обусловлено в основном высотой и широтой по направлению к дну и площадью ледника к вершине, что наиболее тесно связано с образцами GrIS. Ось x объясняет 18,0% изменчивости и в основном определяется SO 4 2– и широтой вправо, что в основном соответствует образцам Свальбарда, а также высотой и концентрациями Cl слева. , переписывается с Аляской, Норвегией, Исландией и Кекертарсуаком.Полная модель объяснила 31,0% изменчивости и была значимой с помощью ANOVA ( F = 2,75, p <0,01).

Рис. 6. Анализ избыточности на основе расстояния (dbRDA), показывающий наиболее экономную комбинацию независимых переменных для объяснения структуры совокупности для невзвешенных наборов данных (вверху) и взвешенных (внизу) UniFrac. Сайты с отсутствующими метаданными были исключены (например, Foxfonna и Midtre Lovénbreen, см. Таблицы 1, 2).Участки Аляски показаны красными квадратами, Гренландский ледяной щит (GrIS) — золотыми кругами, Исландия — зелеными треугольниками, Норвегия — бирюзовыми ромбами, Кекертарсуак — синими перевернутыми треугольниками и Шпицберген — фиолетовыми звездочками.

Для взвешенного набора данных UniFrac (рисунок 6) наиболее экономичная модель включала DOC ( F = 3,46, p <0,01), площадь ледника ( F = 3,73, p <0,01), SO 4 2– ( F = 3.20, p = 0,01), Cl ( F = 3,42, p <0,01) и широта ( F = 6,20, p <0,01). Ось y объяснила 11,2% изменчивости и была в основном обусловлена ​​DOC и областью ледника к вершине, будучи наиболее тесно связанной с образцами GrIS. Ось x объяснила 29,2% изменчивости и была обусловлена ​​главным образом широтой вправо и Cl , SO 4 2– и областью ледника слева.Образцы Шпицбергена и Кекертарсуака были наиболее сильно ориентированы вправо, в то время как образцы GrIS и Аляски были ориентированы влево. Полная модель объяснила 40,4% вариабельности и была значимой с помощью ANOVA ( F = 4,00, p <0,01).

Затем численность 50 верхних OTU сравнивалась с соответствующими гидрохимическими характеристиками, чтобы определить возможные движущие силы для общих таксонов (Рисунок 7). Основываясь на этих отношениях, дендрограмма строк разбивает 50 верхних OTU на девять значимых кластеров.Кластер 1 включал Achromobacter sp., Caulobacter sp. И Pseudarcicella sp., Которые положительно коррелировали с широтой, Cl и SO 4 2– и отрицательно коррелировали с SRP и DS. . Кластер 2 образовали Sulfuricurvum sp. один, а кластер 3 включал четыре ОТЕ ( Ferrunginibacter , Gemmatimonas sp., Acidimicrobinae и Actinobacteria ). Оба кластера 2 и 3 положительно коррелировали с DOC, но отрицательно коррелировали с TSS, широтой, высотой и SRP.Кластер 4 включал несколько наиболее распространенных OTU, таких как Polaromonas sp., Rhodoferax sp. И Nitrotoga sp., И был (в основном) положительно коррелирован с pH, площадью ледника, TSS и SRP. Кластер 5 содержал некоторые из оставшихся обильных ОТЕ, таких как Luteolibacter sp., Thiobacillus sp. И Glaciibacter sp., И были отрицательно связаны с широтой, высотой и SRP, но положительно коррелировали с DOC, pH. , и площадь ледника.Кластер 6 отрицательно коррелировал с концентрациями DOC и SO 4 2–, но положительно коррелировал с SRP и высотой. Кластеры 7 и 9, первый из которых содержал обыкновенную Methylophilus sp., Имели отрицательную корреляцию с pH и Cl в целом. Однако кластер 9 был положительно коррелирован с TSS, SO 4 2– и широтой, тогда как кластер 7 показал противоположные отношения. Наконец, кластер 8 показал положительные отношения с SRP, широтой и высотой, но показал смешанные отношения с остальными переменными (рис. 7).

Рис. 7. Тепловая карта, показывающая взаимосвязь между переменными среды (включены только те, у которых коэффициент инфляции дисперсии меньше или равен 5) и 50 верхними OTU. Сайты с отсутствующими метаданными были исключены (например, Foxfonna и Midtre Lovénbreen, см. Таблицы 1, 2). Холодные цвета указывают на высокие значения коэффициента корреляции Пирсона, а теплые цвета указывают на низкие значения. Боковая полоса строки указывает на девять значимых кластеров OTU.

Обсуждение

Поскольку скорость таяния ледников продолжает расти в северном полушарии (Zemp et al., 2019), необходимо более полное понимание последствий дегляциации. Одним из наиболее заметных из ожидаемых эффектов будет изменение производства талой воды (например, Milner et al., 2017; Huss and Hock, 2018), наряду с соответствующими изменениями в гидрологических путях (например, талая вода образуется в глубине суши и в большей степени. возвышений, усиливая связь между надледниковыми и подледными средами обитания), которые в конечном итоге имеют наибольшее значение для определения количества и характера потоков растворенных веществ и твердых частиц.Тем не менее, хотя физические и химические изменения, сопровождающие дегляциацию, можно сравнительно легко предсказать, биологические последствия для ледниковых экосистем гораздо менее интуитивно понятны (Fell et al., 2017; Hotaling et al., 2017a), и обобщения по своей сути сделать трудно. из-за различий в размере ледников, высоте над уровнем моря, коренной породе, тепловом режиме, растительности и характере осадков (например, Carnahan et al., 2019). Изучая микробные сообщества, переносимые потоками талой воды ледников, можно изучить микробные процессы, происходящие во всей ледниковой системе, и оценить изменения в структуре и экспорте с течением времени.

Конструкция сборки

В этом исследовании мы выполнили географически широкий обзор ледниковых потоков со всей Арктики и субарктики, чтобы выяснить, связан ли состав микробных сообществ с различиями в географическом положении и / или физическими и химическими характеристиками талой воды. Мы обнаружили, что сообщества талых вод имеют такую ​​же грубую структуру, о которой сообщалось в других ледниковых потоках (с учетом обновлений в базе данных Silva), в которых преобладают типы Proteobacteria и Bacteroidetes (Sheik et al., 2015; Cameron et al., 2017; Dubnick et al., 2017a). Интересно, что мы обнаружили, что все потоки талой воды ледников экспортируют небольшое подмножество одних и тех же OTU с высокой относительной численностью. Вид Polaromonas был наиболее многочисленным OTU, обнаруженным на всех участках в этом исследовании, и принадлежит к роду, демонстрирующему повсеместное глобальное распространение по всей криосфере (Darcy et al., 2011). В то время как экологическая роль Polaromonas spp. до сих пор окончательно не решены, их считают универсалистами, способными использовать широкий спектр углеродных субстратов и пережить негостеприимные периоды (возможно, включая расселение на большие расстояния) в состоянии покоя (Darcy et al., 2011; Franzetti et al., 2013). К другим многочисленным ОТЕ относятся метилотрофный Methylophilus sp. и окисляющий азот Nitrotoga sp., оба из которых представляют собой роды, обычно извлекаемые из холодных сред во всем мире (Achberger et al., 2016; Goordial et al., 2016; Boddicker and Mosier, 2018).

Тем не менее, сообщества также были уникальными в региональном масштабе, причем до трети всех OTU из данного региона были эксклюзивными для этого региона. Большинство этих уникальных ОТЕ были обнаружены в редкой биосфере (с показателем менее ∼0.Относительная численность 1%; Lynch and Neufeld, 2015), который помогает объяснить различия, наблюдаемые между невзвешенным и взвешенным анализами UniFrac. Интересно, что три региона с наибольшим количеством уникальных OTU (Аляска, Норвегия и Исландия) плотно сгруппированы вместе в невзвешенной ординации UniFrac (которая более чувствительна к различиям в OTU с низкой численностью), в то время как регионы с меньшим количеством уникальных OTU ( в частности, на Шпицбергене и в ГРИС) наблюдается меньшее совпадение с другими регионами и больший разброс между участками.Однако, когда были нанесены взвешенные расстояния UniFrac (с учетом численности OTU), было гораздо большее перекрытие между регионами, отражающее высокую относительную численность нескольких вышеупомянутых OTU, которые были общими для всех участков. Когда была создана дендрограмма для сравнения взаимосвязей между сайтами и 50 топ-50 OTU, «высокогорные» сайты из Кекертарсуака, Исландии и Норвегии были в основном ориентированы вправо. На этих участках было относительно небольшое относительное содержание окислителей серы Thiobacillus и Sulfuricurvum , особенно по сравнению с участками Свальбарда, где концентрации SO 4 2– обычно высоки (Yde et al., 2008). Между тем, более крупные реки, отобранные с Аляски (ледник Лимон и ледник Игл), и GrIS сгруппированы слева, выделяясь относительно высокой численностью Pseudarcicella sp. и Planktophila sp. Поскольку как Pseudarcicella (например, Cruaud et al., 2019), так и Planktophila (Lee and Eom, 2016) являются относительно распространенными пресноводными родами, их повышенная относительная численность потенциально является индикатором бокового поступления пресной воды между источником ледника и отобранными пробами. места.

Кроме того, регионы различались по величине экспортируемого разнообразия, а альфа-разнообразие уменьшалось с увеличением широты. Эта закономерность — хорошо известное явление для макроорганизмов (т. Е. Градиент широтного разнообразия, например, Pianka, 1966; Rohde, 1992; Hillebrand, 2004), а в последнее время наблюдалась для микроорганизмов в других биомах, таких как океана (Fuhrman et al., 2008; Raes et al., 2018). Как утверждают другие системы, эта закономерность может зависеть от геологического возраста, большей продуктивности (либо от большего количества календарных дней с солнечной радиацией, либо потенциально более значительных потоков аллохтонного органического углерода, переносимого к поверхности ледника) или более высокой средней температуры воздуха, которая может усилить надледниковую метаболическую активность.Однако градиент широтного разнообразия получил неоднозначную поддержку в сообществах наземных почвенных бактерий (Fierer, Jackson, 2006; Chu et al., 2010), и для подтверждения этой закономерности и определения ее движущих сил в ледниковой среде потребуется дополнительная работа. Важно отметить, что большинство таксонов, идентифицированных в этом исследовании, не являются эндемичными (дополнительная таблица S1), а являются бактериями с (предположительно) космополитическим распространением. Таким образом, различия в разнообразии участков, вероятно, больше связаны с разнообразием имеющихся ниш, а не с географической изоляцией или ограничениями расселения.

Взаимосвязь с характеристиками талой воды

В дополнение к возможным пространственным структурам, мы также выдвинули гипотезу, что структура сообщества будет связана с физическими и химическими характеристиками талой воды, отражая доминирующие гидрологические процессы, а также потенциальные источники энергии. Мы обнаружили, что самые экономные модели как для невзвешенного, так и для взвешенного анализа dbRDA включали DOC, SO 4 2–, широту, площадь ледника и Cl , что указывает на то, что одинаковые факторы ответственны за определение как присутствуют таксоны, а также их относительное обилие в талой воде ледников.Однако степень их важности различалась между невзвешенным и взвешенным анализом и, следовательно, может отражать разные механизмы влияния. В частности, физические переменные, такие как широта, площадь ледника, SO 4 2– и высота, показали высокий уровень влияния в невзвешенном анализе. Эти переменные потенциально представляют собой градиент типов физической среды обитания, которые, в свою очередь, могут соответствовать нише и таксономическому разнообразию. Напротив, Cl , SO 4 2– и DOC показали более высокую степень влияния при взвешенном анализе dbRDA и могут отражать различия в доступности необходимых растворенных веществ / ресурсов, что может позволить подмножество таксоны размножаться.

Сравнения между идентичностью и предполагаемым метаболизмом 50 лучших OTU (дополнительная таблица S1) с переменными окружающей среды были сделаны, чтобы помочь в дальнейшем разделении факторов, структурирующих ассоциации между участками и регионами. Кроме того, мы пришли к выводу, что кластеры, показывающие более высокую корреляцию с косвенными показателями, обычно связанными с более высокими темпами подледникового выветривания (например, TSS, SRP, pH и DSi), могут указывать на пропорционально больший подледный источник клеток. Подмножество кластеров действительно казалось разумным с этой точки зрения.Например, OTU, составляющие кластеры 4 и 5, были идентифицированы как аэробные автотрофы и показали общую положительную корреляцию с pH, площадью ледника и TSS, предполагая, что эти OTU непропорционально получены из подледниковых местообитаний (потенциально использующих базальный расплав в качестве источника кислорода. ). В дополнение к этой интерпретации, Thiobacillus из кластера 5 является обычно наблюдаемым подледниковым родом (например, Achberger et al., 2016), а кластер 4 включает Rhodoferax sp., Который, как ранее было обнаружено, преобладает в образцах подледных отложений из Кекертарсуака ( Árský et al., 2018). Однако другие кластеры представляли более неоднозначные ассоциации. Например, кластеры 2 и 3 были непропорционально составлены из OTU, предположительно анаэробных, и хотя их положительная связь с DSi в совокупности может указывать на более крупный подледниковый источник, их отрицательные отношения с TSS и SRP делают этот аргумент менее сильным. Точно так же почти все члены кластеров 6 и 8 считаются аэробными гетеротрофами, но демонстрируют смешанные отношения со всеми TSS, DSi и pH. Таким образом, в большинстве случаев происхождение экспортированных ОТЕ из ледниковой среды не удалось определить с помощью нашего кластерного анализа.

Корреляции между отдельными OTU и химическим составом талой воды также иногда были нелогичными. Например, автотрофные окислители серы Thiobacillus sp. и Sulfuricurvum sp. положительно коррелировал с DOC, но не показал связи с SO 4 2– . Аналогичным образом, предполагаемые нитрификаторы ( Nitrotoga sp. И Nitrosospira sp.) И восстановители азота ( Glaciimonas sp. И Intrasporangiaceae ) не показали связи с DIN.Кластеры 6 и 8, которые преимущественно состояли из аэробных гетеротрофов, были сильно отрицательно коррелированы с DOC (хотя они были положительно коррелированы с SRP). Последний пример — ледник Нансенбреен, где окислители серы составляют до 25% от 50 верхних OTU, но уровень сульфата лишь немного повышен по сравнению с другими участками. Хотя вполне возможно, что сравнение с различными химическими соединениями может дать разные результаты (например, H 2 S вместо SO 4 2–), и мы понимаем, что следует проявлять осторожность, делая выводы из предполагаемых метаболизмов кластеризованных OTUs, мы все еще ожидали более устойчивых отношений с некоторыми из этих более специфических таксонов с растворенными веществами, соответствующими их метаболизму.

Одно из возможных объяснений этих результатов может быть связано с коллинеарностью сайтов. Участки сильно сгруппированы в пределах регионов в анализе PCA, что свидетельствует о сильной связанной с участком изменчивости в переменных окружающей среды. Более того, вполне вероятно, что некоторые образцы играют непропорциональную роль в управлении откликами OTU, учитывая недостаточные градиенты для некоторых переменных. Например, на Шпицбергене были самые высокие значения многих переменных (включая широту, химические индексы и проводимость), которые выделяли этот регион в PCA и, таким образом, в целом представляли более высокий диапазон абиотических характеристик в индивидуальных сравнениях.Поэтому трудно сказать, являются ли корреляции в целом индикатором гидрологических процессов, отражают ли они биогеографические / региональные закономерности или являются полностью ложными. Кроме того, образцы ледников были отобраны на разных стадиях гидрологического развития. Как обсуждалось ранее Hatton et al. (2019b), наш подход «точечного отбора проб» может затруднить идентификацию и / или интерпретацию потенциальных сигналов из-за их исключения из гидрологического контекста участка. Дальнейшие усилия могут выявить очень разные закономерности и взаимосвязи с гидрохимическими переменными, если пробы будут отбираться в разные моменты года (Sheik et al., 2015; Dubnick et al., 2017a) или на большем количестве сайтов.

Еще одним мешающим фактором является проблема накипи и химического смешения. В целом, в то время как ледники содержат обширные надледниковые и подледниковые среды обитания, в этих гетерогенных областях также существуют « микробытовые среды обитания » со своими собственными специфическими источниками энергии и химическими характеристиками, что подчеркивается нашими наблюдениями нескольких таксонов с относительно высокой численностью в подмножестве. сайтов. Однако, поскольку растворенные вещества и твердые частицы собираются талой водой, они растворяются, и, таким образом, уникальные физико-химические характеристики микропредприятий (а также над- и подледниковые химические сигналы) могут быть «усреднены», что делает их необнаруживаемыми с помощью анализа объема талой воды. .Однако эти микробытовые среды могут быть важными очагами подледниковой жизни, учитывая, что любой источник энергии, вероятно, будет иметь большое влияние в окружающей среде с ограниченным энергопотреблением. Мы утверждаем, что одним из значительных преимуществ анализа микробных сообществ талой воды является то, что эти микробиологические среды обитания можно обнаружить на том основании, что любое место с высокой микробной продуктивностью, вероятно, будет иметь повышенную сигнатуру в структуре смешанного сообщества, хотя это может и не быть. обязательно отражаются характеристиками талой воды.Таким образом, OTU, которые не могут быть объяснены химическим составом талой воды в массе, на самом деле могут быть индикаторами этих микрообитаний, которые иначе невозможно обнаружить.

Заключение

Наши результаты показывают, что ледники экспортируют как общие космополитические таксоны, которые доминируют в сообществах, так и микробы, уникальные для определенных регионов и участков, и подчеркивают неоднородную природу ледниковой среды, связанной с микробиотой, связанной с ними. Более высокое экспортное разнообразие было обнаружено в более низких широтах, которые также наиболее подвержены физическому сокращению в результате изменения климата и, таким образом, с наибольшей вероятностью испытают широкие изменения в разнообразии экспорта микробов в будущем.Кроме того, мы обнаружили, что некоторые сообщества содержат отдельные OTU с различными метаболическими сигналами, вероятно, отражающими пространственно ограниченные источники энергии, которые имеют небольшое влияние на общий химический состав воды, но большое влияние на структуру сообщества талой воды. Таким образом, вместо того, чтобы отражать биогеохимические характеристики талой воды, мы обнаружили, что микробные клетки вместо этого предоставляют важную информацию о средах обитания в ледниках, которые по существу невозможно определить, анализируя только химический состав талой воды в объеме.Учитывая вклад экспорта ледников в микробное разнообразие потоков, следует, что после дегляциации существенный источник этого разнообразия может исчезнуть, хотя жизнеспособность и потенциальные функциональные роли, выполняемые экспортируемыми микробами (например, конкуренция, круговорот питательных веществ, гены для обмена и т. Д.) .) мало изучены. Тем не менее, эта работа предполагает, что экспортированные микробные клетки перспективны в качестве биологических индикаторов для исследования гидрологических процессов, изучения гетерогенной природы подледниковых местообитаний и мониторинга изменений в ледниковых водоразделах.

Заявление о доступности данных

Данные последовательности

доступны через базу данных MG-RAST под номером доступа MGP92375, а репрезентативным последовательностям выбранных OTU были присвоены номера доступа MN880326-MN880375 в GenBank. Все остальные данные доступны по запросу соответствующему автору.

Авторские взносы

TK, JŽ, JY и MS задумали проект. TK, PV, JŽ, JY, LF, GL-G, EH, KC и MS выполнили полевые работы и собрали образцы.TK, PV, GL-G, JŽ и LF выполнили молекулярную лабораторную работу. LF провел биоинформатический анализ. JRH и JEH выполнили все геохимические анализы. TK проанализировал данные и написал рукопись, внося значительный вклад и редактируя все соавторы.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Финансирование

Это исследование было поддержано грантом Чешского научного фонда для MS (GAČR 18-12630S).Полевые работы были дополнительно поддержаны грантом Фонда Карлова университета для JŽ (GAUK 279715) и Грантом исследовательского совета Норвегии по арктическим полям для TK (RiS ID 10410) и PV (RiS ID 10645). ТЗ также был поддержан Программой исследовательского центра Карлова университета № 204069, JY — Наградой № 71126 за совместную программную инициативу (JPI-Climate) и JRH — Программой исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 в рамках стипендии Марии Склодовской-Кюри ICICLES. (Соглашение о гранте № 793962).

Благодарности

Мы благодарим Ясну Вукич, Марию Кавако, Мари Булинову, Торбьёрна Дале и Фрей Иде за помощь в лаборатории и на местах. Мы также хотим поблагодарить Чешскую арктическую научную инфраструктуру Университета Южной Богемии в Ческе-Будеевице — станцию ​​Йозефа Свободы на Шпицбергене. Наконец, мы благодарим двух рецензентов, чьи комментарии значительно улучшили рукопись.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.00669/full#supplementary-material

Список литературы

Ахбергер, А. М., Кристнер, Б. К., Мишо, А. Б., Приску, Дж. К., Скидмор, М. Л., Вик-Майорс, Т. Дж. И др. (2016). Структура микробного сообщества подледникового озера Уилланс в Западной Антарктиде. Фронт. Microbiol. 7: 1457. DOI: 10.3389 / fmicb.2016.01457

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Андреассен, Л. М., Винсволд, С. Х., Пауль, Ф., и Хаусберг, Дж.Э. (2012). Инвентаризация норвежских ледников. Rapport 38. 1––236.

Google Scholar

Бхатия, М. П., Дас, С. Б., Сюй, Л., Шарет, М. А., Вадхам, Дж. Л., и Куявински, Э. Б. (2013a). Экспорт органического углерода из ледникового покрова Гренландии. Геохим. Космохим. Acta 109, 329–344. DOI: 10.1016 / j.gca.2013.02.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бхатия, М. П., Куявински, Э. Б., Дас, С. Б., Брейер, К. Ф., Хендерсон, П. Б., и Шаретт, М.А. (2013b). Талая вода Гренландии как значительный и потенциально биодоступный источник железа для океана. Nat. Geosci. 6, 274–278. DOI: 10.1038 / ngeo1746

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бьорнссон, Х., Палссон, Ф., и Гудмундссон, М. Т. (2000). Рельеф поверхности и коренных пород ледникового покрова Мирдальсйёкюдль. Jökull 49, 29–46.

Google Scholar

Бьёрнссон, Х., Палссон, Ф., Сигурдссон, О., и Флауэрс, Г.Э. (2003). Набеги ледников в Исландии. Ann. Glaciol. 36, 82–90. DOI: 10.3189 / 172756403781816365

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Боддикер, А.М., Мозье, А.С. (2018). Геномное профилирование четырех культивируемых Candidatus Nitrotoga spp. предсказывает широкий метаболический потенциал и распространение в окружающей среде. ISME J. 12, 2864–2882. DOI: 10.1038 / s41396-018-0240-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бойд, Э.С., Гамильтон, Т. Л., Хэвиг, Дж. Р., Скидмор, М. Л., и Шок, Э. Л. (2014). Хемолитотрофная первичная продукция в подледниковой экосистеме. Заявл. Environ. Microbiol. 80, 6146–6153. DOI: 10.1128 / AEM.01956-14

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бойд, Э. С., Ланге, Р. К., Митчелл, А. К., Хэвиг, Дж. Р., Гамильтон, Т. Л., Лафреньер, М. Дж. И др. (2011). Разнообразие, численность и потенциальная активность сообществ нитрифицирующих и восстанавливающих нитраты микробов в подледниковой экосистеме. Заявл. Environ. Microbiol. 77, 4778–4787. DOI: 10.1128 / AEM.00376-11

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бойд, Э. С., Скидмор, М., Митчелл, А. К., Бейкерманс, К., и Питерс, Дж. У. (2010). Метаногенез в подледниковых отложениях. Environ. Microbiol. Rep. 2, 685–692. DOI: 10.1111 / j.1758-2229.2010.00162.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Браун Г., Шарп М. и Трантер М.(1996). Подледная химическая эрозия: сезонные колебания источника растворенных веществ, Верхний ледник д’Аролла, Вале, Швейцария. Ann. Glaciol. 22, 25–31. DOI: 10.3189 / 1996AoG22-1-25-31

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэмерон, К. А., Стибл, М., Хокингс, Дж. Р., Миккельсен, А. Б., Теллинг, Дж., Колер, Т. Дж. И др. (2017). Экспорт талая прокариотических клеток из ледникового покрова Гренландии. Environ. Microbiol. 19, 524–534. DOI: 10.1111 / 1462-2920.13483

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кэмерон, К. А., Стибл, М., Зарски, Дж. Д., Гёздерелилер, Э., Шостаг, М., и Якобсен, К. С. (2016). Структуры надледниковых бактериальных сообществ варьируются в зависимости от ледникового покрова Гренландии. FEMS Microbiol. Ecol. 92: fiv164. DOI: 10.1093 / фемсек / fiv164

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Капорасо, Дж. Г., Лаубер, К. Л., Уолтерс, В. А., Берг-Лайонс, Д., Лозупоне, К.А., Тернбо, П. Дж. И др. (2011). Глобальные паттерны разнообразия 16S рРНК на глубине миллионов последовательностей на образец. Proc. Natl. Акад. Sci. 108, 4516–4522. DOI: 10.1073 / pnas.1000080107

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карнахан, Э., Амундсон, Дж. М., и Худ, Э. (2019). Влияние потери ледников и сукцессии растительности на годовой сток бассейна. Hydrol. Earth Syst. Sci. 23, 1667–1681. DOI: 10.5194 / hess-23-1667-2019

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чу, Х., Фирер, Н., Лаубер, К. Л., Капорасо, Дж. Г., Найт, Р., и Гроган, П. (2010). Бактериальное разнообразие почв в Арктике принципиально не отличается от такового в других биомах. Environ. Microbiol. 12, 2998–3006. DOI: 10.1111 / j.1462-2920.2010.02277.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кук, Дж. М., Эдвардс, А., Буллинг, М., Мур, Л. А., Кук, С., Гокул, Дж. К. и др. (2016). Биокриоморфная эволюция, опосредованная метаболомом, способствует фиксации углерода в лунках гренландского криоконита. Environ. Microbiol. 18, 4674–4686. DOI: 10.1111 / 1462-2920.13349

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cruaud, P., Vigneron, A., Fradette, M. S., Dorea, C. C., Culley, A. I., Rodriguez, M. J., et al. (2019). Годовой цикл бактериального сообщества в сезонно покрытой льдом реке отражает экологические и климатические условия. Лимнол. Oceanogr. 65, S21 – S37. DOI: 10.1002 / lno.11130

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дарси, Дж.Л., Линч, Р. К., Кинг, А. Дж., Робсон, М. С., и Шмидт, С. К. (2011). Глобальное распространение филотипов поляромонад свидетельствует об очень успешной способности к расселению. PLoS One 6: e23742. DOI: 10.1371 / journal.pone.0023742

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дизер, М., Бромсен, Э. Л., Камерон, К. А., Кинг, Г. М., Ахбергер, А., Чокетт, К. и др. (2014). Молекулярные и биогеохимические доказательства круговорота метана под западной окраиной Гренландского ледникового щита. ISME J. 8, 2305–2316. DOI: 10.1038 / ismej.2014.59

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дубник А., Каземи С., Шарп М., Вадхэм Дж., Хокингс Дж., Битон А. и др. (2017a). Гидрологический контроль за микробными сообществами, вывезенными из ледников. J. Geophys. Res. Biogeosci. 122, 1049–1061. DOI: 10.1002 / 2016JG003685

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дубник, А., Уодхэм, Дж., Трантер, М., Шарп, М., Орвин, Дж., Баркер, Дж. И др. (2017b). Мелкая струйка или удовольствие: динамика вывоза питательных веществ из полярных ледников. Hydrol. Процесс. 31, 1776–1789. DOI: 10.1002 / hyp.11149

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фелл, С. К., Кэрривик, Дж. Л., и Браун, Л. Е. (2017). Мультитрофические эффекты изменения климата и отступления ледников в горных реках. BioScience 67, 897–911. DOI: 10.1093 / biosci / bix107

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Францетти, А., Tatangelo, V., Gandolfi, I., Bertolini, V., Bestetti, G., Diolaiuti, G., et al. (2013). Структура бактериального сообщества на двух альпийских ледниках, покрытых мусором, и биогеография филотипов Polaromonas . ISME J. 7, 1483–1492. DOI: 10.1038 / ismej.2013.48

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fuhrman, J. A., Steele, J. A., Hewson, I., Schwalbach, M. S., Brown, M. V., Green, J. L., et al. (2008). Широтный градиент разнообразия планктонных морских бактерий. Proc. Natl. Акад. Sci. США 105, 7774–7778. DOI: 10.1073 / pnas.0803070105

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гокул, Дж. К., Кэмерон, К. А., Ирвин-Финн, Т. Д., Кук, Дж. М., Хаббард, А., Стибал, М., и др. (2019). Освещение динамичной редкой биосферы Темной зоны Гренландского ледникового щита. FEMS Microbiol. Ecol. 95: физ177. DOI: 10.1093 / фемсек / физ177

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гурдиал, Дж., Davila, A., Lacelle, D., Pollard, W., Marinova, M.M., Greer, C.W., et al. (2016). Приближение к холодно-засушливым пределам микробной жизни в вечной мерзлоте верхней сухой долины. Антарктида. ISME J. 10, 1613–1624. DOI: 10.1038 / ismej.2015.239

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грали, Дж. А., Хамфри, Н. Ф., Ландовски, К. М., и Харпер, Дж. Т. (2014). Химическое выветривание под ледниковым покровом Гренландии. Геология 42, 551–554. DOI: 10.1130 / G35370.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаген, Дж. О., Листол, О., Роланд, Э., и Йоргенсен, Т. (1993). Атлас ледников Шпицбергена и Ян Майен. Nor. Polarinst. Medd. 129: 141.

Google Scholar

Гамильтон, Т. Л., Петерс, Дж. У., Скидмор, М. Л., и Бойд, Э. С. (2013). Молекулярные доказательства активного эндогенного микробиома под ледниковым льдом. ISME J. 7, 1402–1412. DOI: 10.1038 / ismej.2013.31

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаттон, Дж.E., Hendry, K. R., Hawkings, J. R., Wadham, J. L., Kohler, T. J., Stibal, M., et al. (2019a). Исследование подледникового выветривания под ледниковым щитом Гренландии с использованием изотопов кремния. Геохим. Космохим. Acta 247, 191–206. DOI: 10.1016 / j.gca.2018.12.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hatton, J. E., Hendry, K. R., Hawkings, J. R., Wadham, J. L., Opfergelt, S., Kohler, T. J., et al. (2019b). Изотопы кремния в талых водах арктических и субарктических ледников: роль подледниковой среды в круговороте кремния. Proc. Royal Soc. А 475, 201
. doi: 10.1098 / rspa.2019.0098

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hauptmann, A. L., Markussen, T. N., Stibal, M., Olsen, N. S., Elberling, B., Balum, J., et al. (2016). Пресноводные и наземные источники выше по течению по-разному отражаются в структуре бактериального сообщества вдоль небольшой арктической реки и ее устья. Фронт. Microbiol. 7: 1474. DOI: 10.3389 / fmicb.2016.01474

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хокингс, Дж.Р., Уодхэм, Дж. Л., Беннинг, Л. Г., Хендри, К. Р., Трантер, М., Тедстон, А. и др. (2017). Ледяные щиты как недостающий источник кремнезема в полярных океанах. Nat. Commun. 8: 14198. DOI: 10.1038 / ncomms14198

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хокингс, Дж. Р., Уодхэм, Дж. Л., Трантер, М., Лоусон, Э., Соле, А., Коутон, Т. и др. (2015). Влияние потепления климата на экспорт питательных и растворенных веществ с Гренландского ледникового щита. Geochem. Перспектива.Lett. 1, 94–104. DOI: 10.7185 / geochemlet.1510

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хенриксен, Н., Хиггинс, А. К., Калсбек, Ф., Пулвертафт, Т., и Кристофер, Р. (2009). «Гренландия от архея до четвертичного периода: описательный текст к Геологической карте Гренландии 1995 г., ‘1: 2 500 000» в бюллетене Геологической службы Дании и Гренландии , № 18 , 2-е изд. (Копенгаген: Геологическая служба Дании и Гренландии).

Google Scholar

Худ, Э., и Бернер, Л. (2009). Влияние изменения ледникового покрова на физические и биогеохимические свойства прибрежных водотоков на юго-востоке Аляски. J. Geophys. Res. Biogeosci. 114: G03001. DOI: 10.1029 / 2009JG000971

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Худ, Э., Феллман, Дж., Спенсер, Р. Г., Хернес, П. Дж., Эдвардс, Р., Д’Амор, Д. и др. (2009). Ледники как источник древнего и неустойчивого органического вещества в морской среде. Nature 462, 1044–1047.DOI: 10.1038 / nature08580

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоталинг, С., Финн, Д. С., Джозеф Гирш, Дж., Вайсрок, Д. В., и Якобсен, Д. (2017a). Изменение климата и биология высокогорных ручьев: прогресс, проблемы и возможности на будущее. Biol. Ред. 92, 2024–2045. DOI: 10.1111 / brv.12319

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоталинг, С., Худ, Э., и Гамильтон, Т. Л. (2017b). Микробная экология экосистем горных ледников: биоразнообразие, экологические связи и последствия потепления климата. Environ. Microbiol. 19, 2935–2948. DOI: 10.1111 / 1462-2920.13766

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаббард Б. и Ниеноу П. (1997). Альпийская подледниковая гидрология. Quat. Sci. Ред. 16, 939–955. DOI: 10.1016 / S0277-3791 (97) 00031-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хасс, М., и Хок, Р. (2018). Гидрологический ответ глобального масштаба на будущую потерю массы ледников. Nat. Клим. Изменить 8, 135–140.DOI: 10.1038 / s41558-017-0049-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ирвин-Финн, Т. Д., Ходсон, А. Дж., Мурман, Б. Дж., Ватне, Г., и Хаббард, А. Л. (2011). Политермальная гидрология ледников: обзор. Rev. Geophys. 49: RG4002. DOI: 10.1029 / 2010RG000350

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Като, К., Стэндли, Д. М. (2013). Программное обеспечение MAFFT для множественного выравнивания последовательностей, версия 7: улучшения производительности и удобства использования. Мол.Биол. Evol. 30, 772–780. DOI: 10.1093 / molbev / mst010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kohler, T. J., árský, J. D., Yde, J. C., Lamarche-Gagnon, G., Hawkings, J. R., Tedstone, A. J., et al. (2017). Углеродное датирование показывает сезонную прогрессию источника органического углерода в виде твердых частиц, экспортируемого с Гренландского ледникового щита. Geophys. Res. Lett. 44, 6209–6217. DOI: 10.1002 / 2017GL073219

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ламарш-Ганьон, Г., Wadham, J. L., Lollar, B. S., Arndt, S., Fietzek, P., Beaton, A. D., et al. (2019). Талая Гренландии является движущей силой непрерывного вывоза метана из своего ложа. Nature 565, 73–77. DOI: 10.1038 / s41586-018-0800-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лэнгфорд, Х., Ходсон, А., Банварт, С., и Бёггильд, К. (2010). Микроструктура и биогеохимия гранул арктического криоконита. Ann. Glaciol. 51, 87–94. DOI: 10.3189 / 172756411795932083

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоусон, Э.К., Уодхам, Дж. Л., Трантер, М., Стибл, М., Лис, Г. П., Батлер, К. Е. и др. (2014). Ледяной щит Гренландии экспортирует лабильный органический углерод в Северный Ледовитый океан. Biogeosciences 11, 4015–4028. DOI: 10.5194 / bg-11-4015-2014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С. Ю., Эом, Ю. Б. (2016). Анализ микробного состава пресной и морской воды. Biomed. Sci. Lett. 22, 150–159. DOI: 10.15616 / BSL.2016.22.4.150

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Линдбэк, К., Петтерссон, Р., Хаббард, А. Л., Дойл, С. Х., ван Ас, Д., Миккельсен, А. Б. и др. (2015). Отвод, хранение и пиратство подледниковой воды под ледниковым щитом Гренландии. Geophys. Res. Lett. 42, 7606–7614. DOI: 10.1002 / 2015GL065393

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Матеос-Ривера, А., Иде, Дж. К., Уилсон, Б., Финстер, К. В., Рейгстад, Л. Дж., И Овреос, Л. (2016). Влияние изменения температуры на микробное разнообразие и структуру сообществ в хронопоследовательности переднего поля субарктического ледника Стиггедалсбреен (Норвегия). FEMS Microbiol. Ecol. 92: fnw038. DOI: 10.1093 / фемсек / fiw038

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мак-Мерди, П. Дж., И Холмс, С. (2013). phyloseq: пакет r для воспроизводимого интерактивного анализа и графики данных переписи микробиома. PLoS One 8: e61217. DOI: 10.1371 / journal.pone.0061217

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мейер, Ф., Паарманн, Д., Д’Суза, М., Олсон, Р., Гласс, Э.М., Кубал М. и др. (2008). RAST-сервер метагеномики — общедоступный ресурс для автоматического филогенетического и функционального анализа метагеномов. BMC Bioinformatics 9: 386. DOI: 10.1186 / 1471-2105-9-386

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Милнер, А. М., Хамис, К., Баттин, Т. Дж., Бриттен, Дж. Э., Барран, Н. Е., Фюредер, Л. и др. (2017). Сокращение ледников вызывает глобальные изменения в системах, расположенных ниже по течению. Proc. Natl. Акад. Sci. U.S.A. 114, 9770–9778. DOI: 10.1073 / pnas.1619807114

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Митчелл, А.С., Лафреньер, М. Дж., Скидмор, М. Л., и Бойд, Э. С. (2013). Влияние минерального состава коренных пород на микробное разнообразие в подледниковой среде. Геология 41, 855–858. DOI: 10.1130 / G34194.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Монтросс, С. Н., Скидмор, М., Трантер, М., Кивимяки, А. Л., и Паркс, Р.Дж. (2013). Микробный драйвер химического выветривания в ледниковых системах. Геология 41, 215–218. DOI: 10.1130 / G33572.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оксанен, Дж., Бланше, Ф. Г., Френдли, М., Киндт, Р., Лежандр, П., МакГлинн, Д. и др. (2018). веган: Пакет «Экология сообщества». Версия пакета R 2.4-6. Доступно в Интернете по адресу: https://CRAN.R-project.org/package=vegan (по состоянию на 27 декабря 2019 г.).

Google Scholar

О’Нил, С., Худ, Э., Бидлак, А. Л., Флеминг, С. В., Аримицу, М. Л., Арендт, А. и др. (2015). Связи между ледяным полем и океаном в экосистеме тропических лесов умеренного климата северной части Тихого океана. BioScience 65, 499–512. DOI: 10.1093 / biosci / biv027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Палмер, С., Шеперд, А., Ниенов, П., и Джоуин, И. (2011). Сезонное ускорение ледникового щита Гренландии связано с перемещением поверхностных вод. Планета Земля. Sc. Lett. 302, 423–428.DOI: 10.1016 / j.epsl.2010.12.037

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пьянка, Э. Р. (1966). Широтные градиенты видового разнообразия: обзор концепций. Am. Nat. 100, 33–46. DOI: 10.1086 / 282398

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Раес Э. Дж., Бодросси Л., ван де Камп Дж., Биссетт А. и Уэйт А. М. (2018). Богатство морских бактерий увеличивается к более высоким широтам в восточной части Индийского океана. Лимнол. Oceanogr.Lett. 3, 10–19. DOI: 10.1002 / lol2.10058

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роде, К. (1992). Широтные градиенты видового разнообразия: поиск первопричины. Oikos 64, 514–527. DOI: 10.2307 / 3545569

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шлосс, П. Д., Весткотт, С. Л., Рябин, Т., Холл, Дж. Р., Хартманн, М., Холлистер, Э. Б. и др. (2009). Представляем mothur: программное обеспечение с открытым исходным кодом, независимое от платформы, поддерживаемое сообществом, для описания и сравнения сообществ микробов. Заявл. Environ. Microbiol. 75, 7537–7541. DOI: 10.1128 / AEM.01541-09

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шарп М., Паркс Дж., Крэгг Б., Фэйрчайлд И. Дж., Лэмб Х. и Трантер М. (1999). Широко распространенные бактериальные популяции в ложах ледников и их связь с выветриванием горных пород и круговоротом углерода. Геология 27, 107–110. DOI: 10.1130 / 0091-76131999027 <0107: WBPAGB> 2.3.CO; 2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шейк, К.С., Стивенсон, Э. И., Ден Уил, П. А., Арендт, К. А., Асьего, С. М., и Дик, Г. Дж. (2015). Микробные сообщества ледника Лемон-Крик демонстрируют тонкие структурные вариации, но стабильный филогенетический состав во времени и пространстве. Фронт. Microbiol. 6: 495. DOI: 10.3389 / fmicb.2015.00495

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стахник, Л., Иде, Дж. К., Наврот, А., Узарович, Л., Лепковска, Е., и Козак, К. (2019). Алюминий в талой ледниковой воде демонстрирует связь с экспортом питательных веществ (Werenskiöldbreen, Шпицберген). Hydrol. Процесс. 33, 1638–1657. DOI: 10.1002 / hyp.13426

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стибал М., Хасан Ф., Вадхам Дж. Л., Шарп М. Дж. И Анезио А. М. (2012a). Разнообразие прокариот в отложениях под двумя полярными ледниками с контрастирующими органическими углеродными субстратами. Экстремофилы 16, 255–265. DOI: 10.1007 / s00792-011-0426-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стибал, М., Теллинг, Дж., Кук, Дж., Мак, К. М., Ходсон, А., и Анесио, А. М. (2012b). Экологический контроль численности и активности микробов на ледниковом щите Гренландии: подход многомерного анализа. Microb. Ecol. 63, 74–84. DOI: 10.1007 / s00248-011-9935-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стибл, М., Вадхам, Дж. Л., Лис, Г. П., Теллинг, Дж., Панкост, Р. Д., Дубник, А. и др. (2012c). Метаногенный потенциал арктических и антарктических подледниковых сред с контрастирующими источниками органического углерода. Global Change Biol. 18, 3332–3345. DOI: 10.1111 / j.1365-2486.2012.02763.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Трантер М., Браун Г. Х., Ходсон А. Дж. И Гурнелл А. М. (1996). Гидрохимия как индикатор структуры подледниковой дренажной системы: сравнение альпийской и субполярной среды. Hydrol. Процесс. 10, 541–556. DOI: 10.1002 / (sici) 1099-1085 (199604) 10: 4 <541 :: help-hyp391> 3.0.co; 2-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Трантер, М., Шарп, М. Дж., Лэмб, Х. Р., Браун, Г. Х., Хаббард, Б. П., и Уиллис, И. С. (2002). Геохимическое выветривание ложа ледника Верхний д’Аролла, Швейцария — новая модель. Hydrol. Процесс. 16, 959–993. DOI: 10.1002 / hyp.309

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Трантер М., Скидмор М. и Вадхэм Дж. (2005). Гидрологический контроль микробных сообществ в подледниковой среде. Hydrol. Процесс. 19, 995–998. DOI: 10.1002 / hyp.5854

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Твид, F.С., Робертс, М. Дж., И Рассел, А. Дж. (2005). Гидрологический мониторинг переохлажденной талой воды исландских ледников. Quat. Sci. Ред. 24, 2308–2318. DOI: 10.1016 / j.quascirev.2004.11.020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван де Вал, Р. С. У., и Рассел, А. Дж. (1994). Сравнение расчетов энергетического баланса, измеренных значений абляции и стока талых вод возле Сондре-Стрём-фьорда, Западная Гренландия. Glob. Планета. Изменить 9, 29–38. DOI: 10.1016 / 0921-8181 (94) -1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ветровский, Т., Балдриан, П., Мораис, Д. (2018). SEED 2: удобная платформа для высокопроизводительного анализа данных секвенирования ампликонов. Биоинформатика 34, 2292–2294. DOI: 10.1093 / биоинформатика / bty071

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wadham, J. L., Bottrell, S., Tranter, M., and Raiswell, R. (2004). Стабильные изотопные доказательства микробного восстановления сульфата на дне политермического высокогорного арктического ледника. Планета Земля. Sc. Lett. 219, 341–355.DOI: 10.1016 / S0012-821X (03) 00683-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wadham, J. L., Tranter, M., Skidmore, M., Hodson, A. J., Priscu, J., Lyons, W. B., et al. (2010). Биогеохимическое выветривание подо льдом: размер имеет значение. Global Biogeochem. Циклы 24: GB3025. DOI: 10.1029 / 2009GB003688

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Warnes, G. R., Bolker, B., Bonebakker, L., Gentleman, R., Huber, W., Liaw, A., et al. (2019). gplots: различные инструменты программирования R для построения графиков данных.Пакет R версии 3.0.1.1. Доступно в Интернете по адресу: https://CRAN.R-project.org/package=gplots (по состоянию на 27 декабря 2019 г.).

Google Scholar

Йде, Дж. К., Ригер-Куск, М., Кристиансен, Х. Х., Кнудсен, Н. Т., и Хумлум, О. (2008). Гидрохимические характеристики талой воды за весь сезон абляции, Лонгйирбрин, Шпицберген. J. Glaciol. 54, 259–272. DOI: 10.3189 / 002214308784886234

CrossRef Полный текст | Google Scholar

árský, J.D., Kohler, T. J., Yde, J. C., Falteisek, L., Lamarche-Gagnon, G., Hawkings, J. R., et al. (2018). Прокариотические сообщества во взвешенных и подледниковых отложениях в ледниковом водосборе на Кекертарсуаке (остров Диско), западная Гренландия. FEMS Microbiol. Ecol. 94: fiy100. DOI: 10.1093 / фемсек / fiy100

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zemp, M., Huss, M., Thibert, E., Eckert, N., McNabb, R., Huber, J., et al. (2019). Глобальные изменения массы ледников и их вклад в повышение уровня моря с 1961 по 2016 год. Природа 568: 382. DOI: 10.1038 / s41586-019-1071-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

границ | От редакции: Процессы удержания талой воды в снегу и фирне на ледяных покровах и ледниках: наблюдения и моделирование

Введение

Более половины текущей годовой потери массы Гренландии приходится на сток от поверхностного таяния (Enderlin et al., 2014; van den Broeke et al., 2016). Хотя это уже говорит о том, что таяние играет важную роль в балансе массы Гренландии, стоит отметить, что только немногим более половины поверхностного таяния стекает в современном климате (Steger et al.). Оставшаяся половина производимой талой воды остается в фирне и снеге и не способствует стоку. Если доля удерживаемой талой воды уменьшится, влияние поверхностного таяния на баланс массы ледяного покрова может стать намного больше. По сравнению с Гренландией, таяние поверхности Антарктики сравнительно невелико и оказывает ограниченное прямое влияние на баланс массы. Однако процесс, называемый гидроразрывом, обеспечивает еще меньшее количество талой воды с потенциально мощным рычагом воздействия на уровень моря в Антарктике; талая вода, которая накапливается в трещинах, способствует росту трещин и снижает устойчивость антарктических шельфовых ледников (Kuipers Munneke et al., 2014; Pollard et al., 2015), что может привести к их отстранению. Хотя откол шельфового ледника может оказать сильное влияние на поток ледников, питающих бывший шельфовый ледник (Mercer, 1978), существуют также более тонкие способы, с помощью которых талая вода и удержание талой воды в снеге и фирне влияют на динамику льда. . Выделение скрытого тепла при повторном замораживании эффективно нагревает снег или фирн, в то время как теплопроводность и адвекция расширяют сигнал нагрева. Этот эффект, получивший название криогидрологического потепления (Phillips et al., 2010; Lüthi et al., 2015), повышает температуру, связанную с этим вязкость и, следовательно, скорость течения ледников и ледяных щитов (Colgan et al., 2015).

В этом кратком обзоре подчеркивается, почему понимание процессов удержания талой воды имеет решающее значение для прогнозирования будущих изменений ледяных щитов и ледников в условиях потепления. В 11 исследованиях Frontiers in Earth Sciences Research Topic изучаются различные аспекты удержания талой воды в снеге и фирне. Далее мы разделяем результаты исследований и проблемы на три категории: измерение свойств фирна, моделирование структуры фирна и удержания талой воды , и раскрытие механизмов, связанных с водоносными горизонтами гренландского фирна .

Измерение свойств фирмы

Измерение процесса удержания талой воды фирна и его влияния на гидрологию наземного льда по своей сути является сложной задачей, поскольку основные процессы протекают в недрах пространственно неоднородным образом. Несмотря на то, что существует большой объем работ по гидрологии снега (например, Colbeck, 1972; Hirashima et al., 2014), фирн ледников и ледяных щитов состоит из чешуек и структур, которые обычно не обнаруживаются в сезонных снегах, и создаются многолетними процессы, также не известные из сезонных исследований снега.Следовательно, специальные измерения гидрологии фирна могут дополнять исследования снега. Sommers et al. обратиться к фирновой воде с помощью их подхода на месте пневматических измерений проницаемости фирна. В то время как более ранние исследования (например, Albert et al., 1996) были сосредоточены на сухом фирне, они изучали фирн, регулярно подвергающийся плавлению. Sommers et al. добавляет к растущему числу инновационных измерений на месте таяния фирна, таких как, например, прямое наблюдение за просачивающейся талой водой с помощью георадара (Heilig et al., 2018). Самими и Маршалл изучают удержание талой воды фирна с точки зрения горного ледника умеренного пояса. Путем прямого измерения температуры и содержания воды они обнаружили, что снег и фирн умеренного климата не удерживают талую воду напрямую, но повторное замораживание талой воды в течение ночи потребляет около 10–15% энергии таяния, доступной на следующий день. Таким образом, Самими и Маршалл подчеркивают важность краткосрочных циклов таяния и замерзания, которые даже влияют на баланс массы голых участков льда Гренландского ледникового щита (Smith et al., 2017).

Моделирование структуры Фирна и удержания талой воды

Удержание талой воды в снеге и фирне замедляет потерю массы ледяного покрова Гренландии и глобальный уровень моря (Pfeffer et al., 1991; Janssens and Huybrechts, 2000). Это глобальное воздействие резко контрастирует с мелкомасштабной изменчивостью перколяции и удерживания талой воды, которая проявляется в сложности структур фирна (Brown et al., 2011). Разработчики моделей обычно используют концепцию, в которой вертикальная перколяция описывается либо как (i) однородно прогрессирующий фронт смачивания в изотермическом снегу и фирне при 0 ° C, либо (ii) неоднородный поток перед однородным фронтом смачивания в матрице при недозамерзании. температуры.van Pelt et al., Steger et al. и Langen et al. применять модели талой воды фирна для оценки будущего значения процессов удержания на синтетическом арктическом леднике и для количественной оценки современной роли удержания талой воды на ледниковом щите Гренландии. Langen et al. демонстрируют, что их модель согласуется с наблюдаемой стратиграфией фирна и балансом массы, в то время как Steger et al. пришли к выводу, что снег и фирн Гренландии в настоящее время удерживают 41–46% всей жидкой воды (в основном талой, но также включая дождь). Однако все три исследования предполагают гомогенную перколяцию и оставляют вопрос о гетерогенном потоке плохо изученным.Существуют модели неоднородной перколяции (Hirashima et al., 2014; Wever et al., 2016), но они требуют больших вычислительных ресурсов, и проверка результатов модели затруднена из-за неопределенностей основных входных параметров, таких как плотность свежего снега (Steger et al.) . Эти проблемы рассматриваются Марченко и соавт. которые предлагают простую эмпирическую параметризацию предпочтительного потока и Fausto et al. который проанализировал большой набор данных по фирну и снегу, чтобы улучшить оценки плотности снега в Гренландии.

Водоносные горизонты Фирна

Весной 2011 года в малоизученном районе на юго-востоке Гренландии группа исследователей была удивлена, когда их буровая установка вышла из скважины с капающей водой (Forster et al., 2014). Обнаружение жидкой воды в фирне еще до начала сезона таяния было неожиданностью и вдохновило Гренландию на новое направление исследований в многолетних водоносных горизонтах фирна. Моделирование демонстрирует умение указывать расположение фирновых водоносных горизонтов (Forster et al., 2014; Langen et al.) И показывает, что водоносный горизонт восточной Гренландии мог быть недавним явлением, образовавшимся после сильного таяния летом 2010 г. (Steger et al.) . Гидрология водоносных горизонтов является предметом постоянных исследований с применением сейсмических методов для определения толщины и объема водоносного горизонта (Montgomery et al.), или испытания на пробку для измерения гидравлической проводимости. (Миллер и др.). Количество воды, содержащейся в водоносных горизонтах, остается плохо ограниченным, но общая оценочная площадь не менее 22 000 км 2 (Miège et al., 2016) делает водоносные горизонты фирнов потенциально значительными участниками глобального изменения уровня моря. В этом контексте выводы Poinar et al. актуальны, потому что они предполагают, что водоносные горизонты проникают через трещины гидроразрыва вниз до дна, который соединяется с системой разгрузки ледяного покрова.

Синтез

Исследование удержания талой воды стимулировалось недавними открытиями, такими как гренландские фирновые водоносные горизонты, и исследованиями, указывающими на высокую важность баланса поверхностной массы в сценариях уровня моря. Для дальнейшего улучшения понимания процессов и их значимости для баланса массы ледников и ледяных щитов Van As et al. выполнил экспертное заключение, чтобы указать на основные препятствия. Ответы на опрос показывают, что сообщество определяет приоритеты исследований в (i) измерении и моделировании пространственной неоднородности процессов, (ii) оценке проницаемости различных типов фирна для просачивающейся талой воды и (iii) в улучшении поверхностных граничных условий для моделирования.Обнадеживает то, что 11 рукописей этой электронной книги решают все три проблемы, выявленные экспертным пулом.

Авторские взносы

HM является автором данной статьи. JB, WP и RF предоставили текстовый ввод.

Финансирование

Эта статья частично поддержана грантом Датского независимого исследовательского фонда FNU 4002-00234. HM частично поддерживается грантом Швейцарского национального научного фонда 200021_169453.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим всех авторов и рецензентов за их вклад в тему исследования Процессы удержания талой воды в снеге и Фирне на ледяных покровах и ледниках: наблюдения и моделирование . Мы также благодарим финансирующие агентства, поддержавшие исследования, представленные в этой электронной книге.

Список литературы

Альберт, М. Р., Аронс, Э. М., и Дэвис, Р. Э. (1996). «Свойства фирмы, влияющие на газообмен на саммите, Гренландия: возможности вентиляции», в Химический обмен между атмосферой и полярным снегом , ред.В. Вольф и Р. К. Бейлс (Берлин; Гейдельберг: Springer), 561–565

Google Scholar

Браун Дж., Харпер Дж., Пфеффер В., Хамфри Н. и Брэдфорд Дж. (2011). Изучение с высоким разрешением слоистости в просачиваемых и вымоченных фациях ледникового покрова Гренландии. Ann. Glaciol. 52, 35–41. DOI: 10.3189 / 17275641179

86

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Colbeck, S. C. (1972). Теория просачивания воды в снег. J. Glaciol. 11, 369–385

Google Scholar

Колган В., Соммерс А., Раджарам Х., Абдалати В. и Фрам Дж. (2015). С учетом термовязкого обрушения ледникового покрова Гренландии. Earth’s Future 3, 252–267. DOI: 10.1002 / 2015EF000301

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эндерлин, Э., Ховат, И., Чонг, С., Но, М., ван Ангелен, Дж., И ван ден Брук, М. (2014). Улучшенный бюджет массы ледникового щита Гренландии. Geophys.Res. Lett. 41, 866–872. DOI: 10.1002 / 2013gl059010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Форстер, Р. Р., Бокс, Дж. Э., ван ден Брук, М. Р., Мьеж, К., Берджесс, Э. У., ван Ангелен, Дж. Х. и др. (2014). Обширное хранилище жидкой талой воды в фирне в пределах ледникового щита Гренландии. Nat. Geosci. 7, 95–98. DOI: 10.1038 / ngeo2043

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Heilig, A., Eisen, O., MacFerrin, M., Tedesco, M., and Fettweis, X.(2018). Сезонный мониторинг таяния и накопления в глубокой зоне просачивания Гренландского ледникового щита и сравнение с результатами моделирования регионального климата. Криосфера. 12, 1851–1186. DOI: 10.5194 / TC-12-1851-2018

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хирасима, Х., Ямагути, С., Кацусима, Т. (2014). Многомерная модель водного транспорта, воспроизводящая предпочтительный поток в снежном покрове. Холодный Рег. Sci. Technol. 108, 80–90.DOI: 10.1016 / j.coldregions.2014.09.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янссенс И. и Хайбрехтс П. (2000). Учет удержания талой воды в параметризациях баланса массы ледникового щита Гренландии. Ann. Glaciol. 31, 133–140. DOI: 10.3189 / 172756400781819941

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Койперс Маннеке, П., Лигтенберг, С. Р. М., ван ден Брок, М. Р., и Воган, Д. Г. (2014). Истощение твердого воздуха как предвестник обрушения шельфового ледника Антарктики. J. Glaciol. 60, 205–214. DOI: 10.3189 / 2014JoG13J183

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Люти, М. П., Райзер, К., Эндрюс, Л. К., Катания, Г. А., Функ, М., Хоули, Р. Л. и др. (2015). Источники тепла в пределах Гренландского ледникового щита: рассеяние, палеофирн умеренного пояса и криогидрологическое потепление. Криосфера 9, 245–253. DOI: 10.5194 / TC-9-245-2015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мерсер, Дж. (1978). Ледяной щит Западной Антарктики и парниковый эффект CO2: угроза бедствия. Природа 271, 321–325

Google Scholar

Miège, C., Forster, R. R., Brucker, L., Koenig, L. S., Solomon, D. K., Paden, J. D., et al. (2016). Пространственная протяженность и временная изменчивость гренландских фирновых водоносных горизонтов, обнаруженная наземными и бортовыми радиолокаторами. J. Geophys. Res. 121, 2381–2398. DOI: 10.1002 / 2016JF003869

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пфеффер В., Мейер М. и Иллангасекаре Т. Х. (1991). Удержание стока Гренландии за счет повторного замораживания: последствия для прогнозируемого будущего изменения уровня моря. J. Geophys. Res. 96, 22117–22124

Google Scholar

Филлипс Т., Раджарам Х. и Стеффен К. (2010). Криогидрологическое потепление: потенциальный механизм быстрого теплового отклика ледяных щитов. Geophys. Res. Lett . 37: L20503. DOI: 10.1029 / 2010GL044397

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Поллард Д., ДеКонто Р. М. и Элли Р. Б. (2015). Возможное отступление антарктического ледяного щита из-за гидроразрыва пласта и обрушения ледяных обрывов. Планета Земля. Sci. Lett. 412, 112–121. DOI: 10.1016 / j.epsl.2014.12.035

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, Л. К., Янг, К., Питчер, Л. Х., Оверстрит, Б. Т., Чу, В. В., Реннермальм, А. К. и др. (2017). Прямые измерения стока талых вод на поверхности ледникового покрова Гренландии. Proc. Natl. Акад. Sci. США 114, E10622 – E10631. DOI: 10.1073 / pnas.1707743114

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

ван ден Брук, М., Enderlin, E., Howat, I., Kuipers Munneke, P., Noël, B., van de Berg, W. J., et al. (2016). О недавнем вкладе ледникового покрова Гренландии в изменение уровня моря. Криосфера 10, 1933–1946. DOI: 10.5194 / TC-10-1933-2016

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вевер, Н., Вюрцер, С., Фирц, К., и Ленинг, М. (2016). Моделирование образования ледяного покрова при наличии преимущественного течения в слоистых снежных покровах. Криосфера 10, 2731–2744. DOI: 10.5194 / tc-2016-185

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Как тает вода? Слой за слоем! — ScienceDaily

Все мы знаем, что вода тает при 0 ° C. Однако 150 лет назад знаменитый физик Майкл Фарадей обнаружил, что на поверхности замерзшего льда при температуре значительно ниже 0 ° C присутствует тонкая пленка жидкой воды. Эта тонкая пленка делает лед скользким и имеет решающее значение для движения ледников.

С момента открытия Фарадея свойства этого водоподобного слоя были предметом исследований ученых всего мира, что вызвало серьезные разногласия: при какой температуре поверхность становится жидкой? Как толщина слоя зависит от температуры? Как толщина слоя увеличивается с температурой? Постоянно? Пошагово? Эксперименты на сегодняшний день обычно показывают очень тонкий слой, толщина которого непрерывно увеличивается до 45 нм прямо ниже точки плавления в объеме при 0 ° C.Это также иллюстрирует, почему было так сложно изучить этот слой жидкой воды на льду: 45 нм составляет примерно 1/1000 часть человеческого волоса и не различим на глаз.

Ученым из Института исследования полимеров им. Макса Планка (MPI-P) в сотрудничестве с исследователями из Нидерландов, США и Японии удалось изучить свойства этого квазижидкого слоя льда на молекулярном уровне с использованием передовых технологий. поверхностная спектроскопия и компьютерное моделирование.Результаты опубликованы в последнем выпуске научного журнала Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).

Группа ученых вокруг Эллен Бэкус, руководителя группы в MPI-P, исследовала, как тонкий слой жидкости образуется на льду, как он растет с повышением температуры и отличается ли он от обычной жидкой воды. Для этих исследований требовались четко очерченные поверхности кристаллов льда. Поэтому было приложено много усилий для создания монокристаллов льда размером ~ 10 см, которые можно было разрезать таким образом, чтобы была точно известна структура поверхности.Чтобы выяснить, была ли поверхность твердой или жидкой, команда использовала тот факт, что молекулы воды в жидкости более слабо взаимодействуют друг с другом по сравнению с молекулами воды во льду. Используя свою межфазную спектроскопию в сочетании с контролируемым нагревом кристалла льда, исследователи смогли количественно оценить изменение взаимодействия между молекулами воды непосредственно на границе раздела между льдом и воздухом.

Результаты экспериментов в сочетании с моделированием показали, что первый молекулярный слой на поверхности льда уже расплавился при температурах до -38 ° C (235 K), самой низкой температуре, которую исследователи могли экспериментально исследовать.При повышении температуры до -16 ° С (257 К) второй слой становится жидким. Вопреки распространенному мнению, поверхностное таяние льда не является непрерывным процессом, а происходит прерывисто, послойно.

«Еще один важный вопрос для нас заключался в том, можно ли отличить свойства квазижидкого слоя от свойств нормальной воды», — говорит Миша Бонн, соавтор статьи и директор MPI-P. И действительно, квазижидкий слой при -4 ° C (269 K) показывает другой спектроскопический отклик, чем переохлажденная вода при той же температуре; в квазижидком слое молекулы воды, кажется, взаимодействуют сильнее, чем в жидкой воде.

Результаты важны не только для фундаментального понимания льда, но и для науки о климате, где проводится много исследований каталитических реакций на поверхности льда, для которых понимание структуры поверхности льда имеет решающее значение.

История Источник:

Материалы предоставлены Институтом исследований полимеров им. Макса Планка . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Зимние наблюдения за тюленями показывают выход на поверхность талой ледниковой воды в юго-восточной части моря Амундсена

  • 1.

    Pritchard, H. et al. Утрата ледяного покрова Антарктики, вызванная таянием шельфовых ледников. Природа 484 , 502–505 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 2.

    Паоло Ф. С., Фрикер Х. А. и Падман Л. Уменьшение объема шельфовых ледников Антарктики ускоряется. Наука 348 , 327–331 (2015).

    CAS Статья Google ученый

  • 3.

    Rignot, E. et al. Баланс массы антарктического ледникового щита за четыре десятилетия с 1979 по 2017 гг. Proc. Natl Acad. Sci. США 116 , 1095–1103 (2019).

    CAS Статья Google ученый

  • 4.

    Heywood, K. J. et al. Между дьяволом и глубоким синим морем: роль континентального шельфа моря Амундсена в обмене между океаном и шельфовыми ледниками. Океанография 29 , 118–129 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 5.

    Якобс, С. С., Дженкинс, А., Джуливи, К. Ф. и Дютриё, П. Более сильная циркуляция океана и усиление таяния шельфового ледника Пайн-Айленд. Nat. Geosci. 48 , 519 (2011).

    Артикул CAS Google ученый

  • 6.

    Jenkins, A. et al. Отступление западноантарктического ледникового щита в море Амундсена, вызванное десятилетней изменчивостью океана. Nat. Geosci. 11 , 733–738 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 7.

    Silvano, A. et al. Опреснение талой ледниковой водой усиливает таяние шельфовых ледников и снижает образование донных вод Антарктики. Sci. Adv. 4 , eaap9467 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 8.

    Маки, С., Смит, И. Дж., Ридли, Дж. К., Стивенс, Д. П. и Лангхорн, П.J. Реакция климата на растущее таяние антарктических айсбергов и шельфового ледника. J. Clim. 33 , 8917–8938 (2020).

    Артикул Google ученый

  • 9.

    Биндшадлер, Р., Воган, Д. Г. и Форнбергер, П. Изменчивость базального таяния под шельфовым ледником Пайн-Айленд в Западной Антарктиде. J. Glaciol. 57 , 581–595 (2011).

    Артикул Google ученый

  • 10.

    Манкофф, К. Д., Якобс, С. С., Тулачик, С. М. и Стаммерджон, С. Е. Роль базальных каналов шельфового ледника Пайн-Айленд в глубоководном апвеллинге, полыней и океанской циркуляции в заливе Пайн-Айленд, Антарктида. Ann. Glaciol. 53 , 123–128 (2012).

    Артикул Google ученый

  • 11.

    Le, Brocq et al. Свидетельства с шельфовых ледников о направленном потоке талой воды под Антарктическим ледниковым щитом. Nat. Geosci. 6 , 945–948 (2013).

    Артикул CAS Google ученый

  • 12.

    Фогвилл, К. Дж., Фиппс, С. Дж., Терни, К. С. М. и Голледж, Н. Р. Чувствительность Южного океана к увеличению поступления талой воды в региональный антарктический ледяной покров. Земля будущего 3 , 317–329 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 13.

    Накаяма Ю., Тиммерманн Р., Родехак К. Б., Шредер М. и Хеллмер Х. Х. Моделирование распространения талой ледниковой воды из морей Амундсена и Беллинсгаузена. Geophys. Res. Lett. 41 , 7942–7949 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 14.

    Jourdain, N.C. et al. Циркуляция океана и истончение морского льда, вызванные таянием шельфовых ледников в море Амундсена. J. Geophys. Res. Океаны 122 , 2550–2573 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 15.

    Naveira Garabato, A.C. et al. Энергичный боковой отток талых вод из-под шельфового ледника Антарктики. Природа 542 , 219–222 (2017).

    Артикул CAS Google ученый

  • 16.

    Уэббер, Б. Г., Хейвуд, К. Дж., Стивенс, Д. П. и Ассманн, К. М. Влияние опрокидывания и горизонтальной циркуляции в желобе Пайн-Айленд на таяние шельфовых ледников в восточной части моря Амундсена. J. Phys. Oceanogr. 49 , 63–83 (2019).

    Артикул Google ученый

  • 17.

    St-Laurent, P. et al. Моделирование сезонного цикла потоков железа и углерода в полынье моря Амундсена, Антарктида. J. Geophys. Res. Океаны 124 , 1544–1565 (2019).

    Артикул CAS Google ученый

  • 18.

    Накаяма Ю., Шредер М.И Хеллмер, Х. Х. От циркумполярных глубоководных вод до шлейфа талой ледниковой воды на восточном шельфе Амундсена. Deep Sea Res. Часть I 77 , 50–62 (2013).

    Артикул Google ученый

  • 19.

    Биддл, Л. К., Хейвуд, К. Дж., Кайзер, Дж. И Дженкинс, А. Идентификация талых ледниковых вод в море Амундсена. J. Phys. Oceanogr. 47 , 933–954 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 20.

    Биддл, Л.С., Луз, Б. и Хейвуд, К. Дж. Распределение ледниковой талой воды в верхних слоях океана в море Амундсена, Антарктида. J. Geophys. Res. Океаны 124 , 6854–6870 (2019).

    Артикул Google ученый

  • 21.

    Thurnherr, A. M., Jacobs, S. S., Dutrieux, P. & Giulivi, C. F. Экспорт и циркуляция воды ледяной полости в заливе Пайн-Айленд. Западная Антарктида. J. Geophys. Res. 119 , 1754–1764 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 22.

    Schodlok, MP, Menemenlis, D., Rignot, E. & Studinger, M. Чувствительность системы шельфовый ледник / океан к форме полости под шельфовым ледником, измеренная NASA IceBridge в леднике Пайн-Айленд , Западная Антарктида. Ann. Glaciol. 53 , 156–162 (2012).

    Артикул Google ученый

  • 23.

    Hohmann, R., Шлоссер П., Джейкобс С., Людин А. и Вепперниг Р. Избыток гелия и неона в юго-восточной части Тихого океана: индикаторы талой ледниковой воды. J. Geophys. Res. Океаны 107 , 19–1 (2002).

    Артикул CAS Google ученый

  • 24.

    Луз, Б. и Дженкинс, У. Дж. Пять стабильных благородных газов являются однозначно чувствительными индикаторами талой ледниковой воды. Geophys. Res. Lett. 41 , 2835–2841 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 25.

    Беард, Н., Странео, Ф. и Дженкинс, В. Распространение талых вод Гренландии в океане, обнаруженное благородными газами. Geophys. Res. Lett. 42 , 7705–7713 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 26.

    Loose, B., Schlosser, P., Smethie, W. M. & Jacobs, S. Оптимизированная оценка таяния ледников на шельфовом леднике Росса с использованием благородных газов, стабильных изотопов и индикаторов переходных процессов CFC. J. Geophys. Res. Океаны 114 , C8 (2009).

    Артикул Google ученый

  • 27.

    Стэнли Р. Х., Дженкинс У. Дж., Лотт Д. Э. III. И Дони, С. С. Ограничения благородных газов на газообмен между воздухом и морем и потоки пузырьков. J. Geophys. Res. Океаны 114 , C11 (2009).

    Артикул CAS Google ученый

  • 28.

    Пейн, А.J. et al. Численное моделирование взаимодействий океана и льда под шельфовым ледником залива Пайн-Айленд. J. Geophys. Res. Океаны 112 , C10 (2007).

    Артикул Google ученый

  • 29.

    Служба изменения климата Коперника, Пятое поколение атмосферных реанализов глобального климата ЕЦСПП (ERA5). Хранилище климатических данных службы изменения климата Copernicus https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/home, (2017)

  • 30.

    Тамура Т., Охима К. И. и Нихаши С. Картирование образования морского льда для прибрежных полыней Антарктики. Geophys. Res. Lett. 35 , 7 (2008).

    Артикул Google ученый

  • 31.

    Тамура, Т., Охима, К. И., Нихаши, С. и Хасуми, Х. Оценка поверхностных потоков тепла / соли, связанных с ростом / таянием морского льда в Южном океане. Sci. Online Lett. Атмос 7 , 17–20 (2011).

    Google ученый

  • 32.

    Kim, I. et al. Распределение талой ледниковой воды в море Амундсена в Антарктиде, выявленное растворенным гелием и неоном. J. Geophys. Res. Океаны 121 , 1654–1666 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 33.

    Сильвано А., Ринтул С. Р., Пенья-Молино Б. и Уильямс Г. Д. Распределение водных масс и талой воды на континентальном шельфе вблизи шельфовых ледников Тоттен и Московского университета. J. Geophys. Res. Океаны 122 , 2050–2068 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 34.

    Davis, P.E. et al. Изменчивость базального таяния под шельфовым ледником Пайн-Айленд в недельном и месячном масштабе. J. Geophys. Res. Океаны 123 , 8655–8669 (2018).

    Артикул Google ученый

  • 35.

    Kimura, S. et al. Перемешивание океана под шельфовым ледником Pine Island Glacier. Западная Антарктида. J. Geophys. Res. Океаны 121 , 8496–8510 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 36.

    Kimura, S. et al. Океанографические средства контроля изменчивости базального таяния шельфовых ледников и циркуляции талых ледниковых вод в заливе моря Амундсена. Антарктида. J. Geophys. Res. Океаны 122 , 10131–10155 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 37.

    Накаяма, Й., Менеменлис, Д., Чжан, Х., Шодлок, М., Ригно, Э. Происхождение циркумполярных глубоководных вод, вторгающихся на континентальные шельфы морей Амундсена и Беллинсгаузена. Nat. Commun. 9 , 1–9 (2018).

    Артикул CAS Google ученый

  • 38.

    Dutrieux, P. et al. M. Высокая чувствительность таяния шельфового ледника Пайн-Айленд к изменчивости климата. Наука 343 , 174–178 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 39.

    Heywood, K. J. et al. Океанские процессы на континентальном склоне Антарктики. Philos. Пер. R. Soc. 372 , 2019–20130047 (2014).

    Google ученый

  • 40.

    Макдугалл, Т. Дж. И Баркер, П. М. Начало работы с TEOS-10 и океанографическим набором инструментов для морской воды Гиббса (GSW). SCOR / IAPSO WG 127 , 1–28 (2011).

    Google ученый

  • 41.

    Loose, B. et al. Оценка питательных свойств глубинного океана с использованием благородных газов и изотопов гелия. J. Geophys. Res. Океаны 121 , 5959–5979 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 42.

    Лотт Д. Э. Усовершенствования в методологии отделения благородных газов: криогенная ловушка «голого» типа. Geochem. Geophys.Геосист. 2 , 2001GC000202 (2001).

    Артикул CAS Google ученый

  • 43.

    Loose, B. et al. Свидетельство активного вулканического источника тепла под ледником Пайн-Айленд. Nat. Commun. 9 , 1–9 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 44.

    Boehme, L. et al. Спутниковые регистраторы данных CTD-переносимых животных для сбора океанографических данных в реальном времени. Ocean Sci. 5 , 685–695 (2009).

    Артикул Google ученый

  • 45.

    Photopoulou, T., Fedak, M. A., Matthiopoulos, J., McConnell, B. & Lovell, P. Обобщенный протокол управления и сбора данных для спутниковых регистраторов данных с реле проводимости, температуры и глубины. Animal Biotelem. 3 , 21 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 46.

    Fedak, M., Lovell, P., McConnell, B. & Hunter, C. Преодоление ограничений, накладываемых радиотелеметрией на большие расстояния от животных: получение более полезных данных из небольших пакетов. Integr. Комп. Биол. 42 , 3–10 (2002).

    Артикул Google ученый

  • 47.

    Федак М. Морские животные как платформы для сбора океанографических проб: беспроигрышная ситуация для биологии и оперативной океанографии. Mem. Natl Inst.Polar Res. 58 , 133–147 (2004).

    Google ученый

  • 48.

    Roquet, F. et al. Оценки общей циркуляции Южного океана, улучшенные с помощью приборов для наблюдения за животными. Geophys. Res. Lett. 40 , 6176–6180 (2013).

    Артикул Google ученый

  • 49.

    Roquet, F. et al. База данных гидрографических профилей южной части Индийского океана, полученных с помощью инструментов для морских слонов. Sci. Данные 1 , 140028 (2014).

    CAS Статья Google ученый

  • 50.

    Дженкинс А. Воздействие таяния льда на океанские воды. J. Phys. Oceanogr. 29 , 2370–2381 (1999).

    Артикул Google ученый

  • 51.

    Гаде, Х. Г. Таяние льда в морской воде: примитивная модель применительно к антарктическому шельфу и айсбергам. J. Phys. Oceanogr. 9 , 189–198 (1979).

    Артикул Google ученый

  • 52.

    Шаффер, Дж. И Тиммерманн, Р. Обновленная информация о топографии ледяного покрова Гренландии и Антарктики, геометрии впадин и глобальной батиметрии (RTopo-2.0.4). PANGEA https://doi.org/10.1594/PANGAEA.

    5 (2019).

  • Сток снега и круговорот воды

    • Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы поверхностных вод • Круговорот воды •

    Компоненты круговорота воды »Атмосфера · Конденсация · Испарение · Эвапотранспирация · Пресноводные озера и реки · Поток подземных вод · Накопление подземных вод · 9012 9012 Лед и снег Океаны · Осадки · Таяние снегов · Источники · Ручьи · Сублимация · Поверхностный сток

    Сток снега и круговорот воды

    Горные снежные поля и ледники, в меньшей степени, выступают в качестве естественных резервуаров для воды в некоторых регионах, например, на западе США и в Канаде.Эти полупостоянные ледяные поля накапливают осадки с прохладного сезона, когда выпадает большая часть осадков и образует снежные покровы, до теплого сезона, когда снежные покровы тают и сбрасывают воду в реки.

    До 75 процентов запасов воды в некоторых западных штатах получают за счет таяния снегов. Как показано на этом снимке водопада Боу-Ривер, ниже по течению от ледника Боу в Банфе, Канада, весенняя талая вода может обеспечить впечатляющий вид для приезжих туристов. Стоки талых вод ледников часто имеют этот характерный зеленоватый цвет, часто из-за взвеси очень мелких минералов в воде.(Источник: Banff Holidays)

    Если вы живете во Флориде или на Французской Ривьере, возможно, вы не просыпаетесь каждый день, задаваясь вопросом, как тающий снег влияет на круговорот воды. Но во всемирной схеме круговорота воды сток от таяния снегов является основным компонентом глобального движения воды. Конечно, важность таяния снегов сильно различается географически, и в более теплом климате оно не играет прямой роли в доступности воды. Однако в более холодном климате большая часть весеннего стока и речного стока в реках связана с таянием снега и льда.

    Горные снежные поля действуют как естественные резервуары для многих систем водоснабжения западных Соединенных Штатов, накапливая осадки с прохладного сезона, когда выпадает большая часть осадков и образует снежные покровы, до теплого сезона, когда большая часть или все снежные покровы тают и сбрасывают воду в реки. До 75 процентов запасов воды в западных штатах получают за счет таяния снегов.

    В определенные периоды года вода от таяния снегов может отвечать почти за весь сток реки.Примером может служить река Саут-Платт в Колорадо и Небраске. Исторически сложилось так, что река Саут-Платт была по существу «отключена» после того, как в конце весны истощились запасы воды, поступающей от тающего снега. Однако сегодня просачивание оросительной воды из канав и полей пополняет аллювиальный водоносный горизонт (водоносные отложения песка и гравия, оставленные рекой) весной и летом, а водоносный горизонт медленно осушается осенью и зимой за счет разгрузки грунтовых вод к реке Саут-Платт.Косвенно, покупка буханки пшеничного хлеба в продуктовом магазине помогает поддерживать течение реки Саут-Платт в течение всего года.

    Вклад снеготаяния в речной сток

    Хороший способ визуализировать вклад таяния снега в речной сток — это посмотреть на гидрограф ниже, который показывает среднесуточный сток (средний речной сток за каждый день) за четыре года для реки Норт-Форк-Американ на плотине Норт-Форк в Калифорнии. Большие пики на графике в основном являются результатом таяния снега, хотя штормы также могут способствовать стоку.Сравните тот факт, что минимальный среднесуточный сток в марте 2000 года составлял 1200 кубических футов в секунду ( 3 футов / с), в то время как в течение августа сток колебался от 55-75 футов 3 / с.

    Обратите внимание, что сток от таяния снегов меняется не только по сезонам, но и по годам. Сравните высокие пики стока в 2000 году с гораздо меньшими стоками в 2001 году. Похоже, что в 2001 году в этом районе Калифорнии обрушилась сильная засуха. Нехватка воды в виде снежного покрова зимой может повлиять на доступность воды для населения. остальное время года.Это может повлиять на количество воды в водохранилищах, расположенных ниже по течению, что, в свою очередь, может повлиять на воду, доступную для орошения, и водоснабжение городов и поселков.

    Таяние снегов и наводнение

    Влияние таяния снегов на возможное наводнение, в основном весной, вызывает беспокойство у многих людей во всем мире. Помимо наводнений, быстрое таяние снегов может вызвать оползни и селевые потоки. В альпийских регионах, таких как Швейцария, таяние снегов является основным компонентом стока.В сочетании с особыми погодными условиями, такими как, например, обильные осадки во время тающего снега, это может даже быть основной причиной наводнений. В Швейцарии прогнозирование таяния снегов используется в качестве инструмента предупреждения о наводнениях для прогнозирования стока талых вод и потенциальных наводнений.

    В некоторых частях мира, например, на Тихоокеанском северо-западе США, ежегодные весенние паводки происходят, когда на существующие снежные покровы выпадает дождь, что известно как «выпадение дождя на снегу». Сток во время дождя на снегу был связан с массовым истощением склонов холмов, повреждением прибрежных зон (территорий вдоль ручьев), затоплением вниз по течению и связанным с ним ущербом, а также гибелью людей.Некоторые исследования показывают, что размер лесного покрова может влиять на величину выпадения дождя на снегу.

    В январе 1996 года сочетание факторов способствовало масштабному наводнению на северо-востоке США. Сильный снегопад, за которым последовала внезапная оттепель и проливные дожди, вызвали наводнения вдоль рек от Нью-Йорка через Пенсильванию до Вирджинии, в результате чего уровень воды не наблюдался с тех пор, как в июне 1972 года обрушился на этот район ураган Агнес. Основные реки Пенсильвании и реки Потомак. пострадали.Бушующие реки, иногда покрытые льдом, привели к гибели многих людей и заставили многих людей покинуть свои дома. Ледяные глыбы, перенесенные паводковыми водами, усугубили ущерб, нанесенный зданиям, мостам и плотинам.

    Источники и дополнительная информация:

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *