ธารน้ำแข็ง Glaciation

ธารน้ำแข็ง เป็นมวลของน้ำแข็งที่ได้จากการสะสมตัว การรวมตัวกันแน่น และการตกผลึกใหม่จากหิมะ ที่ไหลอยู่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง หิมะซึ่งสะสมตัวอยู่ตามยอดเขา ถ้าภูมิอากาศเหมาะสมอาจสามารถคงอยู่ได้โดยไม่มีการละลาย เมื่อเวลาผ่านไป หิมะสะสมตัวมากขึ้นเรื่อยๆ และในที่สุดก็ได้เป็นธารน้ำแข็ง

ในบริเวณซึ่งฤดูหนาวมีหิมะตกมากกว่าหิมะที่ละลายในฤดูร้อน หิมะส่วนที่เหลือจะปกคลุมพื้นที่ซึ่งเรียกว่า snowfields ระดับต่ำสุดของ snowfield เป็น snowline ตำแหน่งของ snowline แต่ละบริเวณแต่ละพื้นที่อยู่ที่ระดับความสูงแตกต่างกัน ในบริเวณที่เป็นขั้วโลก snowline อยู่ที่ระดับน้ำทะเล ในขณะที่บริเวณศูนย์สูตร snowline อาจอยู่บนยอดเขาสูง

หิมะที่ตกใหม่จะมีลักษณะเป็นผลึกของน้ำแข็งที่มารวมตัวกัน โดยมีรูปแบบที่แตกต่างกันไป ผลึกน้ำแข็งอยู่ในระบบ Hexagonal หิมะเกิดจากการควบแน่นของไอน้ำที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง โดยขบวนการที่เรียกว่า sublimation ซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนสถานะจากก๊าซไปเป็นของแข็งโดยไม่ต้องผ่านสถานะที่เป็นของเหลว

การกระจายตัวของธารน้ำแข็ง Distribution of modern glaciers ประมาณ 10% ของพื้นที่โลก ที่เป็นแผ่นดินถูกปกคลุมด้วยธารน้ำแข็ง พบกระจายอยู่ทั่วไป ทั้งอเมริกาเหนือ อเมริกาใต้ ยุโรป เอเซีย แอฟริกา ขั้วโลกใต้ กรีนแลนด์ ขั้วโลกเหนือ เกาะต่างๆของปาปัวนิวกีนีในมหาสมุทรแปซิฟิก และ นิวซีแลนด์

พื้นที่ทั้งหมดที่ปกคลุมด้วยธารน้ำแข็ง ประมาณ 17 พื้นที่ทั้งหมดที่ปกคลุมด้วยธารน้ำแข็ง ประมาณ 17.9 ล้านตารางกิโลเมตร เป็นพื้นที่ของกรีนแลนด์ประมาณ 1.8 ล้านตารางกิโลเมตร และขั้วโลกใต้ประมาณ 15.3 ล้านตารางกิโลเมตร ซึ่งคิดเป็น 96% ของพื้นที่ที่ปกคลุมด้วยธารน้ำแข็ง ส่วนที่เหลืออีกประมาณ 4% เป็นธารน้ำแข็งที่ปกคลุมยอดเขา

ธารน้ำแข็งสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 บริเวณ คือ zone of accumulation ซึ่งเป็นบริเวณที่สะสมตัวของหิมะ และ zone of wastage เป็นบริเวณที่หิมะละลาย รอยต่อระหว่าง 2 บริเวณนี้เรียกว่า snowline เมื่อน้ำหนักของธารน้ำแข็งที่อยู่ใน zone of accumulation มีน้ำหนักมากพอ ก็จะเริ่มมีการเคลื่อนที่ข้ามเส้น snowline มายัง zone of wastage เกิดการระเหยและการหลอมเหลว และจะเกิดมากในบริเวณที่เป็นขอบของธารน้ำแข็ง

ตำแหน่งที่เป็นส่วนหน้าของธารน้ำแข็ง จะขึ้นกับสัดส่วนระหว่างการสะสมตัวและการสูญเสีย เมื่อการสะสมตัวและการสูญเสียมีอัตราเท่ากัน ส่วนหน้าของธารน้ำแข็งจะไม่เคลื่อนที่ แต่สภาพนี้จะเกิดเฉพาะช่วงเวลาที่สั้นๆ ดังนั้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอัตราการสะสมตัวหรืออัตราการสูญเสียเพียงเล็กน้อย ก็จะทำให้ส่วนหน้าของธารน้ำแข็งเดินหน้าหรือถอยหลังได้

การเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็ง Glacier movement การเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็งเกิดในลักษณะที่เรียกว่า การไหล (flow) โดยทั่วไปมีความเร็วประมาณ 2-3 เมตรต่อวัน กลไกการเคลื่อนที่ เกิดจากการเคลื่อนที่ภายในธารน้ำแข็งและการเลื่อนไถลไปตามพื้นของหุบเขา

หลักฐานอีกชิ้นหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่ามีการเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็ง คือเศษหินที่ตกอยู่ในหุบเขาธารน้ำแข็ง เศษหินเหล่านี้ บางส่วนไม่น่าจะได้มาจากผนังของหุบเขาในบริเวณใกล้เคียง แต่จะมาจากตอนบนของหุบเขาที่ธารน้ำแข็งเคลื่อนที่มา

การเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็งลงมาตามหุบเขา มักจะพาเอาเศษหินขัดถู หรือขูดขีดพื้นหุบเขาให้เป็นร่อง ซึ่งก็เป็นหลักฐานอีกชิ้นหนึ่งที่แสดให้เห็นถึงการเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็ง

การเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็ง ในแต่ละส่วน มีความเร็วในการเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน แบ่งออกได้เป็น 2 บริเวณ คือ 1. zone of fracture เป็นส่วนบนของธารน้ำแข็ง ซึ่งมีความหนาประมาณ 30-60 เมตร มีลักษณะเปราะ มีการแตกหักง่ายเมื่อมีการเคลื่อนที่ 2. zone of flow เป็นส่วนล่างของธารน้ำแข็ง อยู่ภายใต้แรงกดดัน ซึ่งมาจากน้ำแข็งที่ปิดทับอยู่ด้านบน ทำให้มีสมบัติเป็นพลาสติก

เนื่องจากส่วนล่างของธารน้ำแข็งมีลักษณะเป็นพลาสติก มีความยืดหยุ่น การเคลื่อนที่ในแต่ละบริเวณมีความเร็วไม่เท่ากันได้ แต่ธารน้ำแข็งส่วนบนซึ่งเปราะกว่า จะเกิดการแตกหักเป็นร่องลึกที่เรียกว่า เหวน้ำแข็ง (crevasses)

การกร่อนเนื่องจากธารน้ำแข็ง Glacier erosion ธารน้ำแข็งมีความสามารถ ในการพัดพาตะกอนไปได้เป็นปริมาณมากๆ เมื่อธารน้ำแข็งเคลื่อนตัวมาตามหุบเขา มันจะกัดกร่อนเอาตะกอนจากพื้นและผนังของหุบเขามาด้วย การพัดพาตะกอนของธารน้ำแข็ง แตกต่างไปจากการพัดพาตะกอนของทางน้ำหรือลม ตะกอนจะไม่ตกจมระหว่างที่มีการพัดพาตะกอน ธารน้ำแข็งสามารถพัดพาตะกอนขนาดใหญ่มากได้

การกัดกร่อนโดยธารน้ำแข็ง เกิดได้ใน 2 ลักษณะ 1. Plucking หรือ Quarrying ธารน้ำแข็งไหลที่ไหลผ่านผิวหน้าของชั้นหินที่มีรอยแตก น้ำที่ได้จากการละลายจะแทรกลงไปตามช่องว่างหรือรอยแตก เมื่อน้ำเหล่านี้แข็งตัวเป็นน้ำแข็งอีกครั้ง หินจะเกิดการแตกและธารน้ำแข็งจะดึงเอาเศษหินเหล่านี้ติดไปด้วย ขนาดของตะกอนที่ได้ในลักษณะนี้มีทุกขนาด

2. Abrasion เมื่อธารน้ำแข็งพัดพาเอาตะกอนมากับธารน้ำแข็ง จะเกิดการขัดสีกับพื้นหุบเขา ได้เป็นตะกอนขนาดละเอียดเป็นผง ที่เรียกว่า แป้งหิน (rock flour) น้ำที่ละลายจากธารน้ำแข็งอาจพาเอาแป้งหินเปล่านี้มาด้วย ทำให้ได้น้ำเป็นสีเทาคล้ายน้ำนม (skimmed milk)

หินที่รองรับธารน้ำแข็งอยู่ด้านล่าง จะเกิดการขัดสี เกิดเป็นร่องบนผิวหน้าขึ้น เรียกว่า glacial striation ร่องรอยเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงทิศทางการเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็ง

Cirque ตอนบนของธารน้ำแข็งซึ่งเป็นบริเวณที่สะสมตัวของธารน้ำแข็ง เมื่อธารน้ำแข็งหายไป จะได้แอ่งครึ่งทรงกลมซึ่งมีเป็นหน้าผาชันโดยรอบ มีทางเปิดด้านหนึ่งออกสู่หุบเขาด้านล่าง เรียกว่า cirque อาจทะเลสาบที่เกิดขึ้นใน cirque เรียกว่า tarn

Horn horn เป็นยอดเขาแหลมที่ได้จากการกัดกร่อนของ cirque รอบเขาสูง เมื่อธารน้ำแข็งที่อยู่ใน cirque 3 อัน ละลายออกไป จะเหลือเป็นเขาสูงชันรูปปิระมิด

Aretes arete (เป็นภาษา ฝรั่งเศส แปลว่า ก้างปลา (fishbone) หรือ สัน (ridge)) เกิดจากการกัดกร่อนของ cirque 2 อัน ที่ทำให้เกิดเป็นสันเขา ขรุขระคล้ายฟันเลื่อย

Glacier valleys หุบเขาธารน้ำแข็ง เมื่อธารน้ำแข็งไหลผ่านจะเปลี่ยนลักษณะเดิมซึ่งมักเป็นหุบเขาแคบรูปตัววี ไปเป็น หุบเขากว้างรูปตัวยู การเคลื่อนที่ผ่านของธารน้ำแข็ง ทำให้หุบเขากว้างขึ้นและลึกขึ้น

หุบเขาแขวน (hanging valley) เป็นลักษณะของเทือกเขา ที่เกิดหลังจากเกิดธารน้ำแข็ง ส่วนปลายของหุบเขาแขวนจะอยู่สูงกว่าหุบเขาหลักซึ่งเคยมีธารน้ำแข็งไหลผ่าน เป็นผลให้ทางน้ำที่ไหลอยู่หุบเขาแขวนไหลลงสู่หุบเขาหลักในลักษณะที่เป็นน้ำตก

อ่าวฟยอร์ด (fjord) เป็นอ่าวเล็กๆ แคบและยาว เว้าลึกเข้าไปในฝั่งทะเลระหว่างหน้าผาสูงชัน ซึ่งเกิดการกัดกร่อนของธารน้ำแข็ง ส่วนที่ลึกของอ่าวฟยอร์ด อาจลึกถึงกว่า 1,000 เมตร

การสะสมเนื่องจากธารน้ำแข็ง Glacier deposits ธารน้ำแข็งมีความสามารถในการกัดกร่อนและพัดพาตะกอนไปได้เป็นปริมาณมหาศาล ตะกอนเหล่านี้จะเริ่มตกสะสมตัวเมื่อธารน้ำแข็งละลาย บริเวณที่ตะกอนจากธารน้ำแข็งมาสะสมตัวจะเกิดเป็นภูมิประเทศเฉพาะ

ตะกอนธารน้ำแข็ง Drift ตะกอนธารน้ำแข็ง เป็นคำทั่วไปที่ใช้เรียกตะกอนที่ได้จากการสะสมตัวจากธารน้ำแข็ง ซึ่งอาจสะสมตัวในทะเลสาบ มหาสมุทร หรือทางน้ำ คำว่า drift มาจากการที่พบตะกอนกรวด ทราย ที่ปกคลุมบางส่วนของยุโรปถูกพัดพามาจากบริเวณอื่น ซึ่งในขณะนั้นเชื่อว่าเกิดจากน้ำท่วมที่เกิดขึ้นในอดีต ตะกอนเหล่านี้มากับภูเขาน้ำแข็ง ถึงแม้ว่าความเชื่อดังกล่าวจะไม่เป็นจริง แต่คำว่า drift ก็ถูกใช้กันต่อมา

ตะกอนธารน้ำแข็งแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ 1. unstratified drift หรือ till 2. stratified drift

Unstratified drift หรือ till ทิลล์ เป็นตะกอนที่ได้ตกละลมตัวโดยตรงจากธารน้ำแข็ง ประกอบด้วยเศษหินขนาดต่างๆกัน ตั้งแต่ ก้อนหินขนาดใหญ่หลายตัน ไปจนถึงตะกอนขนาดดิน อยู่รวมกัน ตะกอนขนาดใหญ่มักถูกขูดขีด ขัดสี ในระหว่างที่มีการพัดพามากับธารน้ำแข็ง ทิลล์มีหลายลักษณะ เช่น moraine, drumlins, erratics และ boulder trains

แพเศษหินธารน้ำแข็ง (moraine) เป็นคำทั่วไปที่ใช้เรียกภูมิประเทศที่ปกคลุมด้วยทิลล์

terminal moraine หรือ end moraine เป็นสันที่ประกอบด้วยทิลล์ ซึ่งเป็นส่วนปลายสุดที่ธารน้ำแข็งเคลื่อนที่ไปถึง ขนาดของสันอาจเป็นแค่เนินเตี้ยๆ หรืออาจสูงตั้งแต่เป็น 10 เมตรไปจนถึงเป็น 100 เมตร

terminal moraine เกิดเมื่อธารน้ำแข็งเคลื่อนมาถึงจุดซึ่งเกิดสมดุลย์ระหว่างอัตราการสะสมตัวกับอัตราการละลาย ถึงแม้ว่าส่วนหน้าของธารน้ำแข็งจะไม่มีการเคลื่อนที่ แต่ธารน้ำแข็งยังมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา ดังนั้นเศษหินต่างๆจึงยังมาสะสมตัวอยู่ในบริเวณนี้ น้ำที่ละลายจากธารน้ำแข็งส่วนหนึ่งจะพัดพาเอาตะกอนไปสะสมตัวในส่วนที่เรียกว่า outwash plain ทางน้ำที่เกิดขึ้นในบริเวณนี้จะมีรูปแบบทางน้ำประสานสาย (braided channel)

เศษหินที่ถูกพัดพามากับธารน้ำแข็ง ส่วนหนึ่งกลายเป็น terminal moraine แต่ยังมีอีกส่วนหนึ่ง ซึ่งสะสมตัวอยู่ตามพื้นของหุบเขา ตามเส้นทางที่ธารน้ำแข็งเคลื่อนที่ผ่าน ซึ่งเรียกว่า ground moraine

lateral moraine เป็นเศษหินที่มาจากผนังด้านข้างของหุบเขา ในระหว่างที่มีการเคลื่อนที่ของธารน้ำแข็งมาตามหุบเขา เมื่อธารน้ำแข็งละลายจะทิ้งเศษหินไว้เป็นสันขนานกับด้านข้างสองข้างของผนังหุบเขา

medial moraine เป็นเศษหินซึ่งอยู่ตอนกลางของธารน้ำแข็ง เกิดจากการที่ธารน้ำแข็ง 2 สาย มาบรรจบกันเป็นธารน้ำแข็งสายใหญ่ เศษหินที่เคยอยู่ด้านข้างของธารน้ำแข็งจะมารวมตัวกันในตอนกลางของธารน้ำแข็งสายใหม่ แต่เมื่อธารน้ำแข็งละลายไป เศษหินเหล่านี้มักไม่คงสภาพเป็นภูมิปะเทศที่สามารถสังเกตเห็นได้ง่าย

เนินดรัมลิน (drumlins) เป็นเนินเรียบ ยาวรี ซึ่งประกอบด้วยทิลล์ สูงประมาณ 8-60 เมตร มีค่าเฉลี่ยประมาณ 30 เมตร และยาวประมาณ 0.4-1.0 กิโลเมตร รูปร่างของเนินดรัมลินไม่สมมาตร ด้านที่มีความชันมากชี้ไปในทิศทางที่ธารน้ำแข็งเคลื่อนที่ไป ส่วนด้านที่มีความชันน้อยชี้ไปในทิศทางที่ธารน้ำแข็งเคลื่อนที่มา บริเวณที่มีกลุ่มของเนินดรัมลิน เรียกว่า drumlin field

Stratified drift ตะกอนธารน้ำแข็งที่เรียงตัวเป็นชั้น เกิดจากน้ำที่ละลายจากธารน้ำแข็ง ได้พัดพาเอาตะกอนไปและเกิดการคัดขนาดขึ้น โดยขึ้นกับขนาดของเศษหินในธารน้ำแข็ง stratified drift ที่สะสมตัวได้แก่ outwash และ kettle plains, eskers และ kames

Outwash plain ทรายและกรวดที่ถูกพัดพามากับน้ำที่ละลายจากธารน้ำแข็ง จากบริเวณส่วนหน้าสุดของธารน้ำแข็ง เรียกว่า outwash น้ำที่ละลายจากธารน้ำแข็งมี load เป็นปริมาณมาก ทางน้ำประสานสาย (braided channel) เป็นรูปแบบทางน้ำที่เกิดขึ้น ตามทางน้ำเหล่านี้จะมีตะกอนขนาดดินเหนียว ทรายแป้ง ทรายและกรวด ปิดกั้นอยู่ในร่องน้ำ ทำให้ทางน้ำสูญเสียความเร็วอย่างรวดเร็ว และเกิดการสะสมตัวของตะกอนตามทางน้ำเหล่านี้

Kettle ก้อนน้ำแข็งที่หลุดออกมาจากธารน้ำแข็ง อาจฝังตัวอยู่ในทิลล์หรือ outwash เมื่อน้ำแข็งละลายหมดไป จะได้หลุมที่เรียกว่า kettle อยู่ภายใน drift โดยปกติหลุมอาจมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางไม่เกิน 2 เมตร แต่ก็มีบางครั้งที่หลุมอาจมีขนาดถึง 10 กิโลเมตร และมีความลึกประมาณ 2-3 เมตร ไปจนถึงประมาณ 30 เมตร ในบางครั้งอาจมีน้ำลงไปสะสมตัวอยู่ใน kettle

Esker สันซึ่งคดเคี้ยวไปมาของทรายและกรวด เรียกว่า esker สะสมตัวจากทางน้ำที่ไหลอยู่ในโพรงใต้ธารน้ำแข็ง สูงประมาณ 3-15 เมตร อาจสูงได้ถึง 30 เมตรในบางครั้ง และอาจยาวได้ถึง 160 กิโลเมตร กว้างเพียง 2-3 เมตร

Kame and kame terrace ในหลายบริเวณ drift สะสมตัวเป็นเนินเตี้ยๆ ขอบชัน ที่เรียกว่า kame ซึ่งอาจเกิดเป็นเนินเดี่ยวๆ หรือเกิดเป็นกลุ่ม รูปร่างของ kame ไม่แน่นอน เกิดจากตะกอนสะสมตัวอยู่ในช่องว่างที่อยู่ในก้อนน้ำแข็งที่หลุดออกมาจากธารน้ำแข็ง