الغلاف الجليدي cryosphere، هومصطلح يطلق على أجزاء من الأرض تكون فيها المياه على هيئة صلبة، وتضم جليد البحار، جليد البحيرات، جليد الأنهار، الغطاء الثلجي، المثالج، الغطاء الجليدي، الصفائح الجليدية، والأراضي المتجمدة (والتي تحتوي على التربة الصقيعية. بالتالي، هناك تداخل واسع مع الغلاف المائي. الغلاف الجليدي هوجزء لا يتجزأ من نظام المناخ العالمي وله روابط هامة بمجال الطاقة السطحية وتدفقات الرطوبة والسحب وهطول الأمطار، والهيدرولوجيا، والغلاف الجوي ودورة المحيطات. من خلال هذه العمليات الارتجاعية يلعب الغلاف الجليدي دوراً هاماً في المناخ العالمي واستجابة نماذج المناخ إلى تغير المناخ العالمي. مصطلح ذوبان الجليد يصف تراجع سمات الغلاف الجليدي. فهم الجليد هوالمجال المعني بدراسة الأغلافة الجليدية.

البنية

توجد المياه المجمدة على سطح الأرض في الأصل كغطاء ثلجي وجليد المياه العذبة في البحيرات والأنهار، الجليد البحري، الكتل الجليدية الصفائح الجليدية، والتربة الصقيعية (الأرض المتجمدة بشكل دائم).

تختلف فترة بقاء جميع هذه المكونات من الغلاف الجيدي بشكل كبير. فغطاء الثلوج وجليد المياه العذبة موسمي في الأساس، ومعظم الجليد البحري باستثناء الجليد في القطب الشمالي يبقى فقط بضع سنوات إذا لم يكن موسمياً.

وبالنظر إلى جزيء الماء في الكتل الجليدية والصفائح الجليدية أوجليد الأرض نجد أنها قد تظل مجمدة لفترة من 10-100000 سنة أوأكثر. أما الثلج العميق في أجزاء من شرق القارة القطبية الجنوبية قد يحدث عمره تقترب من مليون سنة.

معظم الجليد الموجود في العالم موجود في القارة القطبية الجنوبية وبصورة رئيسية في الثلج في الصفائح الجليدية شرق القطب الجنوبي.

أما من حيث التوزيع المساحي فإن ثلوج شتاء النصف الشمالي للكرة الأرضية ورقعة الجليد تشكل المساحة الأكبر حيث يشكل 23% من النصف الشمالي في شهر يناير . إن امتداد الرقعة المساحية للجليد والأدوار المناخية الهامة للثلوج والجليد والمتعلقة بخصائصهما الفريدة تشير إلى حتى القدرة على ملاحظة نماذج معينة من إمتدادات الأغطية الجليدية وسمكها وخصائصها الفيزيائية (الإشعاعية والحرارية) له أهمية خاصة في أبحاث المناخ.

هناك الكثير من الخصائص الفيزيائية الأساسية للثلج والجليد التي تعادل تبادل الطاقة بين السطح والغلاف الجوي وأهم هذه الخصائص هي انعكاس السطح والقدرة على نقل الحرارة والقدرة على الانتنطق من حالة لأخرى الحرارة الكامنة.

هذه الخصائص الفيزيائية جنبا إلى جنب مع خشونة السطح، والانبعاثية، وخصائص العزل الكهربائي لها آثار هامة على مراقبة الثلوج والجليد من الفضاء. على سبيل المثال، خشونة السطح غالبا ما يتكون العامل المسيطر في تحديد قوة التشتت الارتدادي الرإداري. الخصائص الفيزيائية مثل الهجريب البلوري، والكثافة، وطول والمحتوى السائل في المياه من العوامل الهامة التي تؤثر على عمليات نقل الحرارة والمياه، ونثر من طاقة الميكروويف.

الخواص الفيزيائية مثل الهجريب البلوري، والكثافة، والطول، والمحتوى السائل في المياه من العوامل الهامة التي تؤثر على عمليات نقل الحرارة والمياه، وتبدد طاقة الموجات القصيرة (الميكروويڤ).

إن الانعكاس السطحي الناتج من الأشعة الشمسية مهم لاتزان الطاقة السطحية، وهي النسبة بين الأشعة المنعكسة إلى الأشعة الساقطة. وارتفاع هذه النسبة في الثلوج والجليد يسبب تحولات سريعة في انعكاسية السطح في الخريف والربيع في المناطق ذات خطوط العرض العليا.

الصيف والخريف هي أوقاتقد يكون متوسط الغيوم فيها عالياً فوق المحيط المتجمد الشمالي حيث حتى اتزان الطاقة السطحية يقل بشدة تبعاً للتغيرات الموسمية الكبيرة في الجليد البحري.

لاحظ جرويزمان حتى الغطاء الجليدي أظهر التأثير الأكبر على التوازن الإشعاعي للأرض في فصل الربيع (أبريل إلى مايو) عندما كانت الأشعة الشمسية في أقصى ذروتها على المناطق المغطاة بالثلوج.

الخصائص الحرارية للعناصر الغلاف الجليدي لها أيضا عواقب مناخية هامة. فالثلوج والجليد لديهما معامل انتشار حراري أقل بكثير من الهواء. انتشارية الحراري هومقياس لمدى السرعة التي يمكن حتى تخترق بها موجات الحرارة أي مادة. الغطاء الثلجي يعزل سطح الأرض أما الجليد البحري فيعزل أعماق المحيطات ويفصل سطح الغلاف الجوي فيما يتعلق بتدفقات الحرارة والرطوبة.

ويمكن القضاء على تدفق الرطوبة عن طريق طبقة رقيقة من الجليد في حين حتى تدفق الحرارة خلال طبقة رقيقة من الجليد يبقى قوياً إلى حتى نصل إلى طبقة ذات سمك 30 – 40 سم. ومع ذلك، فإن كمية صغيرة من الثلج على قمة الجليد تحد بشكل كبير من تدفق الحرارة وتبطئ معدل نموالجليد. وقدرة الثلوج هذه على العزل لها آثار كبيرة على الدورة الهيدرولوجية. ففي المناطق الغير دائمة التجمد،قد يكون التأثير العازل للثلوج ذوتأثير على الأرض بالقرب من السطح فقط، أما المياه العميقة فتجري دون انقطاع.

وبينما تعمل الثلوج والجليد على حماية السطح من فقد كميات كبيرة من الطاقة، فإنها تعمل أيضا في إعاقة ازدياد درجات الحرارة في فصلي الربيع والصيف بسبب الكمية الكبيرة من الطاقة اللازمة لإذابة الجليد (الحرارة الكامنة للإنصهار). ومع ذلك، فإن الاستقرار القوي للغلاف الجوي فوق مناطق واسعة من الثلج أوالجليد يميل إلى حصر تأثير التبريد الفوري للطبقة ضحلة نسبيا.

إن دور الغطاء الثلجي في تحوير الرياح الموسمية ليس سوى مثال واحد من ردود عمل الغلاف الجليدي والمناخ قصيرة الأجل المتعلقة بسطح الأرض والغلاف الجوي. وآليات ردود العمل المعنية غالبا ما تكون معقدة وغير مفهومة تماما. على سبيل المثال، أظهر كاري وآخرون حتى ردود عمل البسيطة للجليد البحري وطاقة الاتزان السطحية تنتج تفاعلات معقدة تؤثر على ذوبان البرك ، وسماكة الجليد والغطاء الثلجي وحجم الجليد البحري.

الثلوج

يمثل الغطاء الثلجي ثاني أكبر مكونات الغلاف الجليدي مساحة بمتوسط مساحة يبلغ 47 مليون كيلومتر مربع. ومعظم المنطقة المغطاة بالثلوج من الأرض تقع في نصف الكرة الشمالي وتختلف المساحة تبعاً لتغير فصول السنة حيث تتباين مساحة الغطاء الثلجي لنصف الكرة الشمالي من 46.5 مليون كيلومتر مربع في شهر يناير إلى 3.8 مليون كيلومتر مربع في أغسطس.

ويمثل الغطاء الثلجي عنصر تخزين هام في الاتزان المائي خصوصا في مناطق التراكمات الثلجية الموسمية في المناطق الجبلية من العالم .على الرغم من قلة مساحتها إلا حتى التراكمات الثلجية عندما تذوب تمثل المصدر الرئيسي لإعادة تدفق تيار المياه السطحي والمغذي للمياه الجوفية في مناطق خطوط العرض الوسطى.

وعلى سبيل المثال فإن أكثر من 85٪ من الجريان السطحي السنوي من حوض نهر كولورادوينشأ من ذوبان الثلوج. إذا المياه الناتجة من ذوبان الثلوج من أعالي الجبال تملأ الأنهار وتعيد تغذية خزانات المياه الجوفية التي يعتمد عليها أكثر من مليار نسمة كمصدر للمياه.

ومن المتسقط حتى يؤدي ازدياد درجة حرارة المناخ في تغييرات كبيرة نسب الثلوج والأمطار، وعلى توقيت ذوبان الثلوج، والتي سيكون لها انعكاسات مهمة على استخدام المياه وإدارتها.

الجليد البحري

يغطي الجليد البحري معظم مناطق البحار في القطبين ويتكون عن طريق تجمد مياه البحر. وتظهر بيانات الأقمار الصناعية اختلافاً موسمياً وإقليميا وسنوياً في الجليد البحري لنصفي الكرة الأرضية.

هذا الاختلافقد يكون أقل في النصف الشمالي حيث الطبيعة محكمة وخطوط العرض المرتفعة تتسبب في وجود الغطاء الثلجي بشكل دائم نسبياً. إذا تغير سلوك الغطاء الجليديقد يكون أكبر على المستوى الإقليمي أكثر مم هوعليه بين نصفي الكرة الأرضية .عملى سبيل المثال في منطقة بحر أوخوتسك واليابان، تقلصت رقعة الغطاء الجليدي من 1.3 مليون كيلومتر مربع إلى 0.85 مليون كيلومتر مربع، أي بنسبة 35 % قبل حتى يزيد في العام التالي إلى 1.2 مليون كيلومتر مربع.

والتقلبات الإقليمية في جميع من نصفي الكرة الأرضية هي من هذا القبيل أي أنه في فترة عدة سنوات من سجلات الأقمار الصناعية تظهر بعض المناطق نقصاً في الغطاء الجليدي في حين حتى مناطق أخرى تظهر زيادة مساحته. وتظهر سجلات الأقمار الصناعية بين عامي 1978 و1995 حتى جليد البحر القطبي الشمالي يتقلص بنسبة 2.7 % جميععشرة سنوات. بينما يزيد جليد البحر القطبي الجنوبي بنسبة 1.3 % جميع عشر سنوات.

جليد البحيرات والأنهار

يتشكل الجليد في البحيرت والأنهار كرد عمل لبرودة الجوالموسمية. وهناك سلسلة طويلة من عمليات الملاحظة والاستكشاف شكلت سجلا للمناخ ورصداً للنزعة إلى التجمد أوالتفكك مما يوفر مؤشراً ملائماً ومحدد موسمياً على الاضطرابات المناخية.

المعلومات المتوفرة عن أحوال جليد الأنها أقل فائدة حيث حتى تكونه يعتمد بشكل كبير على نظام تدفق النهر والذي يتأثر بدوره بهطول الأمطار وذوبان الثلوج فضلا عن كونه خاضع لتدخلات الإنسان الذي من الممكن يؤثر بشكل مباشر على تدفق المياه أوبشكل غير مباشر عبر نشاطات استخدام الأراضي. إن تجمد البحيرات يعتمد على مخزون الحرارة في البحيرة وبالتالي على عمقها ومعد الحرارة في أي تدفق وطاقة المياه والهواء. وغالباً ما تكون المعلومات عن عمق البحيرة غير متوفرة. ويعتمد موعد تفكك طبقة الجليد على سمك الطبقة وكذلك كمية المياه العذبة المتدفقة أسفله.

الأراضي المتجمدة والتربة الصقيعية

المثالج والصفائح الجليدية

انظر أيضاً

• الطبقة النشطة
• فهم الأحياء التقريسي
• مثالج
• الغلاف المائي
• جليد
• غطاء جليدي
• صفيحة جليدية
• تربة صقيعية
• جليد بحري
• ثلج

المصادر

قراءات إضافية

• Brown, R. D., and P. Cote, 1992: Inter annual variability in land fast ice thickness in the Canadian High Arctic, 1950-89. Arctic, 45, 273-284.
• Chahine, M. T., 1992: The hydrological cycle and its influence on climate. Nature, 359, 373-380.
• Flato, G. M., and R. D. Brown, 1996: Variability and climate sensitivity of landfast Arctic sea ice. J. Geophys. Res., 101(C10), 25,767-25,777.
• Groisman, P. Ya, T. R. Karl, and R. W. Knight, 1994b: Changes of snow cover, temperature and radiative heat balance over the Northern Hemisphere. J. Climate, 7, 1633-1656.
• Hughes, M. G., A. Frei, and D. A. Robinson, 1996: Historical analysis of North American snow cover extent: merging satellite and station-derived snow cover observations. Proc. 53rd Eastern Snow Conference, Williamsburg, Virginia, 21-31.
• Huybrechts, P., 1990: The Antarctic ice sheet during the last glacial inter glacial cycle: a three-dimensional experiment. Annals of Glaciology, 14, 115-119.
• IPCC, 1996: Climate Change 1995: The Science of Climate Change.Houghton, J. T., L. G. Meira Filho, B. A. Callander, N. Harris, A. Kattenberg, and K. Maskell (eds.), Contribution of WGI to the Second Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 572 pp.
• Ledley, T. S., 1991: Snow on sea ice: competing effects in shaping climate. J. Geophys. Res., 96, 17,195-17,208.
• Ledley, T. S., 1993: Variations in snow on sea ice: a mechanism for producing climate variations. J. Geophys. Res., 98(D6), 10,401-10,410.
• Lynch-Stieglitz, M., 1994: The development and validation of a simple snow model for the GISS GCM. J. Climate, 7, 1842-1855.
• Martin, S., K. Steffen, J. Comiso, D. Cavalieri, M. R. Drinkwater, and B. Holt, 1992: Microwave remote sensing of polynyas. In: Carsey, F. D. (ed.), Microwave remote sensing of sea ice, Washington, DC, American Geophysical Union, 1992, 303-311.
• Meier, M. F., 1984: Contribution of small glaciers to global sea level rise. Science, 226, 1418-1421.
• Parkinson, C. L., J. C. Comiso, H. J. Zwally, D. J. Cavalieri, P. Gloersen, and W. J. Campbell, 1987: Arctic Sea Ice, 1973-1976: Satellite Passive-Microwave Observations, NASA SP-489, National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C., 296 pp.
• Paterson, W. S. B., 1993: World sea level and the present mass balance of the Antarctic ice sheet. In: W.R. Peltier (ed.), Ice in the Climate System, NATO ASI Series, I12, Springer-Verlag, Berlin, 131-140.
• Robinson, D. A., K. F. Dewey, and R. R. Heim, 1993: Global snow cover monitoring: an update. Bull. Amer. Meteorol. Soc., 74, 1689-1696.
• Steffen, K., and A. Ohmura, 1985: Heat exchange and surface conditions in North Water, northern Baffin Bay. Annals of Glaciology, 6, 178-181.
• Van den Broeke, M. R., 1996: The atmospheric boundary layer over ice sheets and glaciers. Utrecht, Universities Utrecht, 178 pp.
• Van den Broeke, M. R., and R. Bintanja, 1995: The interaction of katabatic wind and the formation of blue ice areas in East Antarctica. J. Glaciology, 41, 395-407.
• Welch, H. E., 1992: Energy flow through the marine ecosystem of the Lancaster Sound region, Arctic Canada. Arctic, 45, 343.

وصلات خارجية

• International Association of Cryospheric Sciences (IACS)
• International Glaciological Society (IGS)
• Global Outlook for Ice and Snow Assessment on the state and future of the Cryosphere, by the UN Environment Programme, June 2007
• Cryosphere overview map, from the UN Environment Programme
• Department of Atmospheric Sciences at the University of Illinois: Cryosphere Today
• Canadian Cryospheric Information Network
• State of the Canadian Cryosphere
• Near-real-time overview of global ice concentration and snow extent
• National Snow and Ice Data Center
• ResearchChannel – Cryospheric Response to Climate Change. A video produced by the University of Washington, March 2008