氷河期後の地殻隆起

氷河期後の隆起（アイソスタティック隆起または地殻隆起とも呼ばれる）は、最後の氷河期にアイソスタティック沈降を引き起こした巨大な氷床の重量が除去された後に陸塊が隆起することである。氷河期後の隆起とアイソスタティック沈降は、氷塊分布の変化に応じて地球の地殻が変形する氷河アイソスタシー（氷河アイソスタシー調整、氷河アイソスタシー）の段階である。 ^{[ 1 ]}氷河期後の隆起による直接的な隆起効果は、北ユーラシア、北アメリカ、パタゴニア、南極大陸の一部で容易に確認できる。しかし、海洋サイフォニングと大陸レバー作用のプロセスを通じて、氷河期後の隆起による海面への影響は、現在および過去の氷床の場所から遠く離れた地球規模で感じられる。^{[ 2 ]}

最後の氷河期には、北ヨーロッパ、アジア、北アメリカ、グリーンランド、南極大陸の大部分が氷床に覆われ、約2万年前の最終氷期最盛期には氷床の厚さが最大3キロメートルに達しました。この氷の途方もない重さによって地殻の表面が変形し、下方に湾曲したため、粘弾性のあるマントル物質が荷重のかかった領域から流れ出しました。氷河が後退する各氷河期の終わりに、この重さが取り除かれると、地盤がゆっくりと（そして現在も進行中の）隆起または反発し、マントル物質が氷河が後退した地域の下に再び流れ込むようになりました。マントルの極めて高い粘性のため、地盤が平衡状態に達するには何千年もの歳月がかかります。

隆起は2つの異なる段階で発生しました。氷河の融解後の最初の隆起は、氷の荷重が取り除かれたときの地殻の弾性反応により、ほぼ即座に起こりました。この弾性段階の後、隆起は指数関数的に減少する速度でゆっくりとした粘性流動によって進行しました。 今日、典型的な隆起速度は1 cm/年以下です。北ヨーロッパでは、これはBIFROST GPSネットワークによって取得されたGPSデータによって明確に示されています。 ^{[ 3 ]}例えばフィンランドでは、国土の総面積が年間約7平方キロメートルずつ増加しています。^{[ 4 ] [ 5 ]}研究によると、隆起は少なくともあと1万年間は続くとされています。氷河の融解終了からの総隆起は、局所的な氷の荷重に依存し、隆起の中心付近では数百メートルになる可能性があります。 

近年、「氷河後リバウンド」という用語は、「氷河アイソスタシー調整」という用語に徐々に置き換えられつつあります。これは、地球の氷河荷重と除荷に対する反応が、上昇リバウンド運動だけでなく、下降地殻運動、水平地殻運動^{[ 3 ] [ 6 ] 、地球規模の海面変動[ 7 ]}、地球の重力場の変化[ ^{8 ]} 、誘発地震^{[ 9 ]}、地球の自転の変化[10]も伴うことを認識しているためです。^{別の代替用語として「}氷河アイソスタシー」がありますが、これはリバウンドの中心付近の隆起が、アイソスタシー平衡の回復傾向によるものであるためです（山脈のアイソスタシーの場合と同様）。残念ながら、この用語はアイソスタシー平衡が何らかの形で達成されるという誤った印象を与えるため、最後に「調整」を付け加えることで、回復運動が強調されています。

氷河期後の地殻隆起は、垂直方向の地殻変動、地球規模の海面変動、水平方向の地殻変動、重力場、地球の自転、地殻応力、地震に測定可能な影響を及ぼします。氷河期後の地殻隆起の研究は、マントル岩石の流れの法則に関する情報を提供し、これはマントル対流、プレートテクトニクス、地球の熱的進化の研究にとって重要です。また、氷床の過去の歴史についての洞察も得られ、これは氷河学、古気候、地球規模の海面変動にとって重要です。氷河期後の地殻隆起を理解することは、近年の地球規模の変化を監視する能力にとっても重要です。

垂直方向の地殻変動

氷河期の特徴的な地形としては、迷子石、U字谷、ドラムリン、エスカー、ケトル湖、岩盤の条痕などが挙げられる。さらに、氷河期後の地殻隆起は、過去数千年にわたり海岸線や景観に数多くの大きな変化をもたらしており、その影響は現在もなお大きい。

スウェーデンのメーラレン湖はかつてバルト海の支流でしたが、地殻隆起によって最終的に切り離され、12世紀頃に淡水湖となりました。ちょうどその頃、メーラレン湖の流出口にストックホルムが建設されました。オンタリオ湖の堆積物から発見された海洋貝は、先史時代にも同様の出来事があったことを示唆しています。スウェーデンのエーランド島では、非常に平坦なストーラ・アルヴァレット山があるため地形の起伏がほとんどなく、顕著な影響が見られます。地盤の隆起により、鉄器時代の集落地域はバルト海から後退し、西海岸の現在の村々は海岸から予想外に遠く離れた場所に位置しています。例えば、鉄器時代の住民が沿岸漁業で生計を立てていたことが知られているアルビー村では、こうした影響が非常に顕著です。

氷河期後の地殻隆起の結果、ボスニア湾は2000年以上後にはクヴァルケンで最終的に閉鎖されると予測されている。 ^{[ 11 ]}クヴァルケンはユネスコの世界自然遺産であり、氷河期後の地殻隆起と完新世の氷河後退の影響を示す「模式地域」として選定されている。

トルニオやポリ（旧ウルヴィラ）など、他の北欧の港でも、港は何度も移転を余儀なくされてきた。沿岸地域の地名も、隆起した土地を反映している。内陸部には「島」「岩礁」「岩」「岬」「海峡」といった地名がある。例えば、オウルンサロ「オウルヨキ島」^{[ 12 ]}は半島であり、内陸部にはコイヴカリ「白樺の岩」、サンタニエミ「砂の岬」、サルミオヤ「海峡の小川」といった地名がある。（比較） そして）

グレートブリテン島では、氷河作用はスコットランドに影響を与えたが、イングランド南部には影響を与えなかった。そして、氷河期後のグレートブリテン島北部 の隆起（1世紀あたり最大10cm）により、島の南部半分がそれに応じて沈下（1世紀あたり最大5cm）している。これは最終的に、イングランド南部とアイルランド南西部での洪水 リスクの増加につながるだろう。 ^{[ 13 ]}

氷河性地殻均衡調整過程によって陸地が海に対して相対的に移動するため、かつて氷河に覆われていた地域では、古代の海岸線が現在の海面より高い位置にあることがわかっています。一方、氷河期に隆起した周辺の隆起地帯では、現在沈下が始まっています。そのため、隆起地帯では古代の海岸が現在の海面より低い位置にあります。世界各地の古代の海岸の高さと年代の測定値からなる「相対海面データ」は、氷河性地殻均衡調整が氷河期末期には現在よりも速い速度で進行していたことを示しています。

北ヨーロッパの現在の隆起運動は、 BIFROSTと呼ばれるGPSネットワークによっても監視されています。^{[ 3 ] [ 14 ] [ 15 ]} GPSデータの結果は、ボスニア湾 の北部で約11mm/年のピーク速度を示していますが、この隆起速度は離れるにつれて減少し、かつての氷縁の外側では負になります。

かつての氷縁の外側の近距離領域では、陸地は海に対して沈下する。これは、古代の海岸が現在の海面より下に沈んでいることが確認されている米国東海岸沿いの場合であり、フロリダは将来水没すると予想されている。^{[ 7 ]}北米のGPSデータも、かつての氷縁の外側では地盤の隆起が沈下へと転じることを裏付けている。^{[ 6 ]}

近年の地球温暖化により、山岳氷河やグリーンランドおよび南極の氷床が溶け、世界の海面が上昇している。^{[ 27 ]}したがって、海面上昇と氷床および氷河の質量収支を監視することで、地球温暖化についてより深く理解することができる。

近年の海面上昇は、潮位計や衛星高度計（例：TOPEX/Poseidon）によって監視されている。近年の海面変動は、氷河や氷床からの融解した氷水の流入に加え、地球温暖化による海水の熱膨張^{[ 28 ]} 、最終氷期最盛期の氷河後退による海面変動（氷河期後の海面変動）、陸地や海底の変形、その他の要因によっても影響を受けている。したがって、地球温暖化と海面変動を理解するには、これらの要因、特に主要な要因の一つである氷河期後の隆起を分離する必要がある。

氷床の質量変化は、氷表面の高さの変化、その下の地盤の変形、氷床上の重力場の変化を測定することによって監視できます。そのため、ICESat、GPS、GRACE衛星ミッションは、このような目的に役立ちます。^{[ 29 ]}しかし、氷床の氷河地殻均衡調整は、現在、地盤の変形と重力場に影響を与えています。したがって、氷河地殻均衡調整を理解することは、最近の地球温暖化を監視する上で重要です。

地球温暖化によって引き起こされる地殻均衡回復の可能性のある影響の 1 つは、アイスランドやグリーンランドなどの以前は氷に覆われていた地域での火山活動の増加である。^{[ 30 ]}また、グリーンランドと南極の氷縁付近でプレート内地震を引き起こす可能性もある。南極のアムンゼン海湾地域での最近の氷塊の損失による異常に速い (最大 4.1  cm/年) 氷河地殻均衡回復と低い地域的マントル粘性が相まって、西南極の海洋氷床の不安定性に対してわずかな安定化効果をもたらすと予測されているが、それを阻止するほどの十分な効果はないと思われる。^{[ 31 ]}

氷河期後の地殻隆起の速度と量は、マントルの粘性またはレオロジー（すなわち流動性）と、地球表面における氷の負荷と解放の履歴という2つの要因によって決定される。

マントルの粘性は、マントル対流、プレートテクトニクス、地球内の動的プロセス、地球の熱状態と熱進化を理解する上で重要です。しかし、マントル岩石の自然ひずみ速度でのクリープ実験は観測に数千年かかり、周囲の温度と圧力条件を十分な時間維持することは容易ではないため、粘性を観測することは困難です。したがって、氷河期後の地殻隆起の観測は、マントルのレオロジーを測定するための自然実験を提供します。氷河期のアイソスタシー調整のモデリングは、半径方向^{[ 7 ] [ 32 ] [ 33 ]}と横方向^{[ 34 ]}で粘性がどのように変化するか、また流れの法則が線形、非線形 [ 35 ] または複合レオロジー [ 36 ] であるかどうか^という問題に取り組んでいます。^{マントルの粘性は、地震波速度を}代理観測量として使用する地震トモグラフィー を使用してさらに推定することもできます^{。[ 37 ]}

氷厚の履歴は、古気候学、氷河学、古海洋学の研究に役立ちます。氷厚の履歴は、従来、次の3種類の情報から推定されてきました。まず、氷河後退の中心から遠く離れた安定した地点の海面データは、海洋に流入した水の量、あるいは氷河期最盛期に閉じ込められていた氷の量を推定します。次に、末端モレーンの位置と年代は、過去の氷床の面積と後退を示します。氷河の物理学は、平衡状態にある氷床の理論的な形状を示し、平衡状態にある氷床の厚さと水平方向の広がりは、氷床の基底状態と密接に関係していることを示しています。したがって、閉じ込められた氷の体積は、その瞬間的な面積に比例します。最後に、海面データにおける古代の海岸の高さと、観測された地盤隆起率（GPSやVLBIなど）を使用して、局所的な氷厚を制約することができます。このようにして推定された代表的な氷モデルがICE5Gモデルです。^{[ 38 ]}地球の氷床の高さの変化に対する反応は遅いため、氷床の急激な変動や急増を記録することはできず、このようにして推測される氷床のプロファイルは、千年程度の「平均高さ」しか示さない。^{[ 39 ]}

氷河地殻均衡調整は、近年の地球温暖化と気候変動を理解する上でも重要な役割を果たしている。

18世紀以前、スウェーデンでは海面が低下していると考えられていた。アンデルス・セルシウスの発案により、スウェーデン沿岸の様々な場所に岩に多くの印が付けられた。1765年には、海面低下ではなく、地盤の不均一な隆起が原因であると結論づけることができた。

1775年に出版されたHMSレースホースの1773年の北方航海日誌の中で、コンスタンティン・フィップスは、スヴァールバル諸島の小さくて低い島モッフェン島は、それまで存在していなかった可能性があると示唆した。というのも、彼の海図には、綿密な記録にもかかわらず、それ以前の航海士が報告したことがなかったからである。1655年にヘンドリック・ドンカーによって地図に記されていたが、I.ニューボールド・スミス^{[ 40 ]}は、フィップスは海軍士官であり、「地質学者でもなければ神秘主義者でもない…彼はスピッツベルゲン島が隆起していることを知っていたかもしれない。そうでなければ、国王と国民は、このような並外れた観察を発表した彼を変わり者とみなしただろう」として、このコメントを注目すべきものとして言及した。

険しいスヴァールバル諸島では、段々になった海岸線がその兆候の一つであっただろう。同様に隆起しているバルト海北部では、変化し拡大する海岸線は、1700年代の主要な海図作成者にとって既知の長期的な特徴であったはずであり、地域の傾向から、多くの一般的な港がもはや喫水の深い船舶には使用できなくなっているものの、河川付近や移動する砂州付近では通常の堆積物がなく、代わりに硬くむき出しの岩が重要であり、これらの海底での座礁の危険性や停泊の困難さがよく知られているため、地図によく記載されている海域の例として、この記述を説明できるかもしれない。最も明白な状況は、軍艦の艦長や、これらの地域の同様の商船分野である程度知られている常識である。

1865年、トーマス・ジェイミソンは、陸地の隆起は1837年に初めて発見された氷河期と関連しているという理論を提唱した。この理論は、 1890年に発表されたジェラール・デ・ゲールによるスカンジナビアの古い海岸線の調査の後、受け入れられた。 ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

地盤の隆起が見られる地域では、土地の正確な境界を定める必要がある。フィンランドでは、「新しい土地」は法的に水域の所有者の所有物であり、海岸の土地所有者の所有物ではない。したがって、土地の所有者が「新しい土地」の上に桟橋を建設したい場合は、（以前の）水域の所有者の許可が必要となる。海岸の土地所有者は、市場価格で新しい土地を買い戻すことができる。^{[ 44 ]}通常、水域の所有者は、海岸の土地所有者の分割単位である共同持株会社である。^{[ 45 ]}

海面方程式（SLE ）は、PGRに関連する海面変動を記述する線形積分方程式です。SLEの基本的な考え方は、ウッドワードが平均海面の形状と位置に関する先駆的な研究を発表した1888年に遡り^{[ 46 ]}、その後、プラッツマン^{[ 47 ]}とファレル^{[ 48 ]によって海洋潮汐の研究の文脈で改良されました。ウーとペルティエ[ 49 ]}の言葉を借りれば、SLEの解は、特定の氷河後退年代と粘弾性地球モデルに対して海面の重力ポテンシャルを一定に保つために必要な、空間的および時間的に依存する海洋水深の変化をもたらします。SLE理論はその後、ミトロヴィカとペルティエ^{[ 50 ]} 、ミトロヴィカら^{[ 51 ]}、スパダとストッキなどの他の著者によって発展しました。 ^{[ 52 ]}最も単純な形では、SLEは次のようになります。

${\displaystyle S=NU,}$

どこ${\displaystyle S}$ 海面水位の変化とは、${\displaystyle N}$は地球の重心から見た海面変動であり、${\displaystyle U}$これは垂直方向の変位です。

より明示的な形では、SLEは次のように記述できます。

${\displaystyle S(\theta ,\lambda ,t)={\frac {\rho _{i}}{\gamma }}G_{s}\otimes _{i}I+{\frac {\rho _{w}}{\gamma }}G_{s}\otimes _{o}S+S^{E}-{\frac {\rho _{i}}{\gamma }}{\overline {G_{s}\otimes _{i}I}}-{\frac {\rho _{w}}{\gamma }}{\overline {G_{o}\otimes _{o}S}},}$

どこ${\displaystyle \theta }$余緯度と${\displaystyle \lambda }$経度です、${\displaystyle t}$時間です、${\displaystyle \rho _{i}}$そして${\displaystyle \rho _{w}}$はそれぞれ氷と水の密度である。${\displaystyle \gamma }$は基準面重力です。${\displaystyle G_{s}=G_{s}(h,k)}$海面グリーン関数（ ${\displaystyle h}$そして ${\displaystyle k}$粘弾性荷重-変形係数（LDC））${\displaystyle I=I(\theta ,\lambda ,t)}$氷の厚さの変化は、${\displaystyle S^{E}=S^{E}(t)}$は、海水準項（すなわち、海洋平均値）を表します。${\displaystyle S}$) ${\displaystyle \otimes _{i}}$そして${\displaystyle \otimes _{o}}$は氷と海洋に覆われた領域における時空間畳み込みを表し、上線は質量保存を保証する海洋表面の平均を表します。

• 完新世の氷河後退― 地球規模の氷河後退期 
• 隆起海岸（海成段丘とも呼ばれる）– 海岸に現れる地形 
• 気候変動の物理的影響
• 応力（力学）－連続体内部の力を表す物理量 
• 等容性低下– 等容性回復の反対

• アラスカの氷河が溶けるにつれ、地盤が隆起している 2009年5月17日 ニューヨーク・タイムズ

• 氷河の回復（ 2015年9月24日にWayback Machineにアーカイブ済み） NASA
• GRACE重力ミッション（GPZアーカイブ、2008年5月8日、Wayback Machine、ポツダム）
• ハーバード大学によるBIFROST GPSの測定結果