کتاب یخچال های طبیعی و تغییرات محیطی اثر سعید مرید ناشر فدک ایساتیس

پيشگفتار

یخچال‌های طبیعی توده‌های عظیمی از یخ می‌باشند که به مرور زمان و در مناطقی که متوسط سالانه بارش برف از میزان ذوب آن بیشتر باشد، تشکیل می‌شوند. این منابع علاوه بر اینکه می-توانند نقش تنظیم کننده های طبیعی جریان رودخانه های پایین دست خود را عهده‌دار باشند، از کارکردهای مهم دیگری از منظر زیست- محیطی، ژئومورفولوژیکی و اقلیم‌شناسی نیز برخوردار هستند.
پایش و مطالعه یخچال ها از قدمت نسبتا زیادی برخوردار است. به علاوه طی سالیان اخیر که مطالعه اثرات پدیده تغییر اقلیم و گرم شدن دمای کره زمین به صورت جدی تری مورد توجه جامعه جهانی واقع شده، پایش یخچال ها به عنوان یکی از مناسب ترین ابزارها در بررسی این پدیده در دستور کار قرار گرفته و فناوری های متنوعی به خدمت آن درآمده است. اما یخچال های طبیعی ایران کمتر مورد توجه و مطالعه قرار گرفته اند؛ به نحوی که تا پیش از پیروزی انقلاب اسلامی، معدود گزارشات موجود عمدتا توسط محققان و گردشگران خارجی تهیه شده بود که سابقه آن‌ها به اواخر قرن نوزدهم میلادی باز می گردد. از اوائل دهه 1360 شمسی، مطالعه یخچال های طبیعی کشور در قالب چندین پروژه تحقیقاتی مورد توجه جامعه دانشگاهی کشور قرار گرفت. سرآمد این تحقیقات، کارهای ارزشمند جناب آقاي مهندس فریبرز وزيري (عضو هیات علمی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی) بود که بررسی‌های گسترده‌ای را در خصوص شرایط و موقعیت یخچال‌های کشور بین سال‌هاي 1362 تا 1379 انجام دادند و دستاوردهای خود را در کتابی با عنوان "شناسايي يخچال‌هاي ايران" منتشر نمودند. پس از این تحقیقات، نگاه بخش اجرایی کشور بیش از پیش به مبحث یخچال های طبیعی معطوف گردید که حاصل آن تعریف طرحی با عنوان «محافظت از یخچال های طبیعی کشور» در وزارت نیرو بوده است. یکی از اهداف اصلی این طرح که هم اکنون توسط موسسه تحقیقات آب در حال پیگیری و انجام می‌باشد، ظرفیت‌سازی علمی و تربیت نیروی متخصص جهت انجام مطالعات نظری و عملی در خصوص این منابع می-باشد. بدین منظور پروژه ای تحت عنوان «تدوین برنامه فعالیت های پژوهشی و میدانی یخچال-های طبیعی کشور» با هدف جمع‌آوری و نشر دانش یخچال‌شناسی به انجام رسید که کتاب حاضر بخشی از نتایج آن می باشد.
اين كتاب در سه بخش اصلي شامل: مباحث عمومي درباره يخچال هاي طبيعي، موارد مربوط به اهميت و كاركرد يخچال ها و شرح کلی يخچال هاي طبيعي ايران تدوین شده است. در بخش اول کتاب، مفاهیم پایه علم یخچال‌شناسی، شامل نحوه تشکیل یخچال‌ها، شاخصه‌های اصلی یخچال‌ها، معادلات حاکم بر مکانیک یخچال‌ها، رفتارهای فرسایشی و هیدرولوژیکی و همچنین روش‌های سنجش از دوری در مطالعه آن‌ها ارائه گردیده است. بخش دوم کتاب اختصاص به شرح کارکردهای طبیعی یخچال‌ها و اهمیت مطالعه آن‌ها از جنبه‌هایی نظیر تغییر اقلیم، دیرینه‌شناسی، مسائل زیست محیطی و همچنین نگاه حاکم در توسعه تحقیقات پیرامون آن‌ها در سطح بین‌المللی دارد. نهایتا در بخش سوم کتاب به شرح خصوصیات کلی یخچال‌های طبیعی ایران، اهمیت‌ها و بررسی رویکردهای مناسب برای مطالعه عملیاتی پیرامون آن‌ها پرداخته شده است.
در خاتمه، مولفین كتاب لازم می دانند از موسسه تحقیقات آب وزارت نیرو برای حمایت از تالیف و انتشار این کتاب کمال تشکر را به عمل ‌آورند. همچنين از نظرات مؤثر آقايان دكتر مرتضي افتخاري، دکتر سیدمحمدهادی مشکاتی، مهندس اشكان فرخ نيا و دکتر نعمت‌الله کریمی و سرکار خانم مهندس سارا شش‌انگشت از موسسه تحقيقات آب قدردانی می گردد. به علاوه در تهيه اين كتاب آقايان دکتر منصور طالبي زاده، دکتر مهدي مظاهري، دکتر صالح ارشد و خانم ها مهندس مريم قشقايي و مهندس ريحانه مريد مساعدت داشته اند كه از همكاري كليه اين عزيزان سپاسگزاری مي شود.

مؤلفین

فهرست مطالب

فصل1 مفاهيم اوليه و طبقه بندي يخچال‌ها 1

1.1 مقدمه 2
1.2 واژه‌نامه تصویری 2
1.3 انواع یخچال‌ها 2
1.3.1 طبقه بندی مورفولوژیکی 4
1.3.2 طبقه‌بندی بر اساس خصوصیات فیزیکی (توزیع دمایی) 6
1.4 توزیع یخچال‌ها در جهان 7
1.5 حرکت یخچالی 8
1.6 فرسایش یخچالی 10

فصل2 ديناميك و فرآيندهاي مؤثر در تشكيل يخچال‌ها 13

2.1 مقدمه 14
2.2 منشأ یخ‌های یخچالی 14
2.3 تشکیل یخچال‌ها 14
2.3.1 عصر یخ 15
2.4 توزیع دمایی در یخچال‌ها و ورقه‌های یخی 16
2.5 چگالی یخ یخچالی 20
2.5.1 تغییرات چگالی با عمق 20
2.6 نرخ رشد بلور 23
2.7 ساختار بلورهای یخ 24
2.8 تغییر شکل یک بلور یخ منفرد 26

فصل 3 بيلان جرمي يخچال‌ها 27

3.1 مقدمه 28
3.2 چینه‌شناسی برف 29
3.3 اصول و چگونگی محاسبه بیلان جرمی 31
3.3.1 محاسبه بیلان جرمی یخچال 31
3.3.2 تغییرات نقطه‌ای ضخامت 34
3.3.3 پروفیل بیلان جرمی عمودی 35
3.3.4 ارتفاع خط تعادل 36
3.3.5 نسبت سطح یخ‌انباشت 36
3.3.6 بررسی بیلان خالص ویژه با ارتفاع 36
3.4 دلایل اقلیمی نوسانات بیلان جرمی 38
3.5 اشکال دیگر افت یخ در یخچال‌های دره‌ای 41
3.5.1 فرآیند یخزایی 41
3.5.2 ذوب بستر در یخچال‌ها 42
3.6 اندازه‌گیری مستقیم بیلان خالص 42
3.7 روش‌های تعیین بیلان جرمی 45
3.7.1 استفاده از عکس‌های هوایی 45
3.7.2 روش هیدرولوژیکی 45
3.7.3 روش‌های شناسایی اولیه 46
3.7.4 روش ژئودتیک 46
3.7.5 روش میدانی 47
3.7.6 روش غیرمستقیم برگرفته از روش میدانی 47
3.7.7 روش شار 48
3.8 بیلان جرمی ورقه‌های یخی قطبی 49
3.9 تأثیرگردش اتمسفری روی بیلان جرمی 50
3.10 رابطه متقابل تغییرات یخچال‌ها با اقيانوس‌ها، اتمسفر و اقليم 52
3.10.1 يخچال‌ها و اقليم 54

فصل 4 فرآيندهاي فرسايشي يخچال‌ها 57

4.1 مقدمه 58
4.2 یخ‌‌سابی 58
4.3 کوارینگ 59
4.4 فرآیندهای انتقال رسوبات یخچالی 60
4.5 خصوصیات تأثیرگذار بر انتقال رسوبات 61
3.5.1 دما 61
3.5.2 چگالی 61
3.5.3 لزجت 61
4.6 منشأ واریزه‌ها 62
3.6.1 کنده شدن و وارد شدن مواد از کف یخچال‌ها 62
3.6.2 قرارگرفتن مواد واریزه‌ای روی سطح یخچال‌ها 62
3.6.3 مدل انتقال رسوب یخچال‌ها 63
4.7 مسیر و نواحی انتقال رسوبات در بدنه یخچال‌ها 64
3.7.1 ناحیه انتقال پایه‌ای 64
3.7.2 منطقه انتقال در سطوح بالای یخچال 65
3.7.3 انتقال از طریق مجاری زیریخچالی و درون‌یخچالی 66
4.8 اندازه‌گیری کمّی واریزه‌های یخچالی 66

فصل 5 روابط حاكم بر جريان يخچال‌ها و مدلسازي عددي آنها 69

5.1 مقدمه 70
5.2 مكانيك جريان‌هاي يخچالي 71
5.2.1 تعادل نيروها 71
5.2.2 تنش‌هاي مقاوم 72
5.2.3 محاسبه تنش‌ها در عمق 76
5.2.4 حل عددی تنش‌ها در عمق 78
5.3 مقدمه‌اي بر مدل‌سازي عددي يخچال‌ها 82
5.3.1 روش‌هاي عددي متداول در مدل‌سازي يخچال‌ها 83
5.3.2 مدل‌هاي مبتني بر تنش برشي 89
5.3.3 مواردی از کاربرد مدل‌سازي يخچال‌ها 91

فصل6 هيدرولوژي يخچال‌ها 97

6.1 مقدمه 98
6.2 ذوب‌آب 99
6.3 سيستم‌هاي زهكشي ذوب‌آب 100
6.3.1 سيستم‌هاي هيدروليكي (ذوب‌آب) در سطح يخچال 101
6.3.2 سيستم‌هاي هيدروليكي (ذوب‌آب) در بخش مياني يخچال 102
6.3.3 سيستم‌هاي هيدروليكي ذوب‌آب در ناحيه زیريخچالی 105
6.4 جریان آب در محيط یخچالي 108
6.5 درياچه‌هاي يخچالي 110
6.6 برآورد رواناب در حوضه‌هاي يخچالي و مدل‌هاي مورد استفاده 110
6.6.1 برآورد جریان پایه رودخانه‌هاي يخچالي منطقه هیمالیا 111
6.6.2 تخمین رواناب و استخراج هيدروگراف سالانه جريان رودخانه در حوضه خلیج یخچال 117
6.6.3 تخمین رواناب و استخراج هيدروگراف سالانه در حوضه‌ یخچال Haunt d’Arolla 119
6.6.4 برخی مدل‌های مورد استفاده براي تخمين رواناب یخچالي 124
6.7 یخچال‌ها به‌عنوان مخازن ذخیره آب 126
6.7.1 تغییرات در ذخیره بلند مدت یخچال‌ها 129
6.7.2 ذخیره میان مدت 131
6.8 برخی خطرهای یخچالی 133
6.8.1 بهمن‌های یخی/ برفی 135
6.8.2 سیل‌های یخچالی 135

فصل7 اندازه‌گيري ميداني شاخص‌هاي مهم يخچال‌ها 139

7.1 مقدمه 140
7.2 طراحي و برنامه‌ريزي مطالعات ميداني 140
7.3 نمونه‌برداري يخ يخچالي 141
7.4 اندازه‌گيري دبي ذوب‌آب از یخچال‌ها و استخراج رابطه دبي- اشل 142
7.4.1 اندازه‌گيري اشل 142
7.4.2 اندازه‌‌گيري دبي 144
7.5 اندازه‌گيري با ردياب 146
7.5.1 اصول فيزيكي 146
7.5.2 تزریق رنگ 149
7.5.3 اندازه‌گیری رنگ 150
7.6 اندازه‌گيري بیلان انرژی سطحی يخچال‌ها 152
7.6.1 اصول اولیه 152
7.6.2 اندازه‌گیری مؤلفه‌هاي بيلان انرژي 153
7.7 بیلان جرمی 156
7.7.1 روش‌های یخچال‌شناسی براي اندازه‌گيري بيلان جرمي 156

فصل8 كاربرد سنجش از دور در مطالعه يخچال‌ها 161

8.1 مقدمه 162
8.2 کاربرد طيف الکترومغناطيس در مطالعه برف و يخ 162
8.2.1 انواع طیف‌های الکترومغناطیسی مورد استفاده 164
8.2.2 ماهواره GRACE و کاربرد آن در مطالعات يخچال‌ها 165
8.3 مواردی از کاربرد سنجش از دور در تحقیقات يخچال‌ها 166
8.3.1 تحقیقات يخچال‌ها در ایران 180
8.4 پروژه GLIMS 183
8.5 کاربرد سيستم‌هاي اطلاعات جغرافيايي در بررسي يخچال‌هاي طبيعي 186

فصل9 اثرات تغيير اقليم بر حوضه‌هاي يخچالي 187

9.1 مقدمه 188
9.2 خسارات ناشی از پسروی یخچال‌ها در منطقه هیمالیا 188
9.3 مناطق مورد مطالعه 188
9.3.1 نپال 188
9.3.2 هند 192
9.3.3 چين 194

فصل10 بازسازي شرايط ديرينه با استفاده از يخچال‌ها 197

10.1 مقدمه 198
10.2 تغییرات ایزوتوپ پایدار نمونه‌های یخی 198
10.3 تهیه اطلاعات اقلیمی با استفاده از نمونه‌های حفاری‌شده یخی 203
10.4 ترکیبات گازی در نمونه‌های یخی 205
10.5 ریزذرات و ردگیر‌های رادیواکتیوی در نمونه‌های یخی 206
10.6 اندازه‌گیری و ثبت تغییرات زبانه یخچال‌ها 207
10.7 روش‌های سن‌یابی در زبانه یخچال‌ها 208
10.7.1 مشاهدات و اندازه‌گیری‌ها 208
10.7.2 اسناد تاریخی 208
10.7.3 سن‌یابی بیولوژیکی 209
10.7.4 روش‌های فیزیکی ـ شیمیایی 210

فصل11 گونه‌هاي گياهي و جانوري در محيط‌هاي يخچالي 211

11.1 مقدمه 212
11.2 تأثیر گرمایش جهانی بر تنوع جانوری و گیاهی 212
11.3 پارک‌های ملی یخچالی 213

فصل12 راهبرد مؤسسات بين‌المللي در مطالعه و پايش يخچال‌ها 217

12.1 مقدمه 218
12.2 سرویس پایش جهانی یخچال‌ها (WGMS) 219
12.2.1 راهبردهای WGMS در پایش یخچال‌ها 219
12.3 سرویس زمین‌شناسی آمریکا (USGS) 221
12.3.1 اقدامات قبلی سازمان USGS برای اندازه‌گيري یخچال‌ها 222
12.3.2 اهداف راهبرد پایش یخچال‌ها 224
12.3.3 راهبرد پایش یخچال‌ها 224
12.3.4 شبکه یخچال‌های پایه 227
12.3.5 شبكه يخچال‌هاي ثانويه 229
12.3.6 اطلاعات سنجش از دور 230

فصل13 موقعيت و شرايط كلي يخچال‌هاي ايران 231

13.1 مقدمه 232
13.2 یخچال‌های خاورمیانه 232
13.3 مناطق مستعد يخچالي ايران 233
13.3.1 رشته‌كوه‌هاي البرز 234
13.3.2 كوه سبلان 242
13.3.3 منطقه زردکوه 246
13.3.4 منطقه اشتران‌کوه 250
13.4 نوسانات یخچالی در ایران 252
13.5 نقشه‌های موجود برای مطالعات یخچال‌ها 254
13.5.1 مقایسه نقشه‌های موجود از یخچال‌های ایران 254

فصل14 بررسي اهميت يخچال‌هاي ايران 261

14.1 مقدمه 262
14.2 تأثیر یخچال‌ها بر رودخانه‌های کشور 262
14.2.1 رودخانه‌های مرتبط با یخچال‌های علم‌کوه 262
14.2.2 رودخانه‌های مرتبط با یخچال‌های سبلان 263
14.2.3 رودخانه‌های مرتبط با یخچال‌های قله دماوند 263
14.2.4 رودخانه‌های مرتبط با یخچال‌های اشتران‌کوه 263
14.2.5 رودخانه‌های مرتبط با یخچال‌های زردکوه 263
14.3 تحلیل آمار و اطلاعات هیدرومتری بعضی ایستگاه‌های حوضه‌های یخچالی کشور 264
14.3.1 ایستگاه‌های سرشاخه‌های مناطق یخچالی 264
14.3.2 تغییرات در رژیم آبی رودخانه‌ها 264
14.3.3 بررسی همگنی دبی رودخانه‌ها 265
14.3.4 بررسي روند در داده‌ها 272
14.4 حجم تقریبی یخچال‌های ایران با استفاده از روابط تجربی 274
14.4.1 نمونه‌هایی از محاسبه حجم یخچال با استفاده از روابط تجربی 276
14.4.2 محاسبه حجم یخچال‌های کشور با استفاده از روابط تجربی 278

فصل15 رويكردهاي پيشنهادي براي مطالعه و پايش يخچال‌هاي ايران 283

15.1 مقدمه 284
15.2 مرکز ملی داده‌های برف و یخ آمریکا (NSIDC) 282
15.3 مرکز مطالعات برف و بهمن ارتش هند 285
15.4 آزمایشگاه تحقیقات مناطق سرد و مهندسی ارتش آمریکا 286
15.5 سرویس جهانی پایش یخچال‌ها (WGMS) 286
15.6 ساختار پیشنهادی 286
15.6.1 تهیه، تولید و توزیع داده 287
15.6.2 پایش 288
15.6.3 آموزش 288
15.6.4 تحقیقات 289
15.6.5 ارتباطات بین‌المللی 289
15.6.6 نیروی انسانی لازم 289
15.7 بررسي امكان استفاده از روش‌های حفاظت از یخچال‌ها در ايران 290
15.8 طرح‌هاي ممكن براي مطالعه يخچال‌هاي ايران 290
15.8.1 بررسی مشخصات فیزیکی یخچال‌ها با استفاده از عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای 292
15.8.2 شبیه‌سازی فرایند بارش ـ رواناب در حوضه‌های برفی ـ یخچالی 294

منابع 295

پيوست 1 ارائه خدمات و استفاده از داده‌هاي NSIDC 317
پيوست 2 واژه نامه تصويري 323
پيوست 3 فهرست كلمات مخفف و عبارت كامل آن 345