氷河期後の回復

後氷河期リバウンド（アイソスタシーリバウンドまたは地殻リバウンドとも呼ばれる）は、最終氷期中にアイソスタシー低下を引き起こした氷床の膨大な重量が除去された後に陸地が隆起することです。後氷河期リバウンドとアイソスタシー低下は、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）の段階であり、氷塊分布の変化に応じた地球の地殻の変形です。^[1]後氷河期リバウンドの直接的な上昇効果は、北ユーラシア、北アメリカ、パタゴニア、南極の一部で容易に確認できます。しかし、海洋サイフォンと大陸のてこ作用のプロセスを通じて、後氷河期リバウンドの海面レベルへの影響は、現在の氷床と以前の氷床の場所から遠く離れた場所でも世界的に感じられます。^[2]

最終氷期には、北ヨーロッパ、アジア、北アメリカ、グリーンランド、南極の大部分が氷床で覆われ、約2万年前の氷期極大期には厚さが3キロメートルに達しました。この氷の莫大な重さによって、地殻表面が変形して下方に反り返り、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出しました。各氷期の終わりに氷河が後退すると、この重さが取り除かれ、陸地がゆっくりと（現在も継続して）隆起または反発し、マントル物質が氷河のなくなった地域の下に戻ってきました。マントルの粘性が非常に高いため、陸地が平衡レベルに達するまでには何千年もかかります。

隆起は2つの異なる段階で起こった。融氷期に続く最初の隆起は、氷の荷重が除去されたときの地殻の弾性反応により、ほぼ即座に起こった。この弾性段階の後、隆起はゆっくりとした粘性流によって指数関数的に減少する速度で進行した。^[要出典] 今日、典型的な隆起率は1cm/年かそれ以下である。北ヨーロッパでは、これはBIFROST GPSネットワークによって得られたGPSデータによって明確に示されている。 ^[3]たとえばフィンランドでは、国土の総面積は1年に約7平方キロメートル増加している。^{[4] [5]}研究によると、隆起の回復は少なくともあと1万年は続くと示唆されている。融氷期の終わりからの総隆起は、地域の氷の荷重に依存し、隆起の中心付近では数百メートルになる可能性がある。

最近、「後氷河期リバウンド」という用語は徐々に「氷河アイソスタシー調整」という用語に置き換えられつつあります。これは、氷河の荷重と除荷に対する地球の反応が、上向きのリバウンド運動に限定されず、陸地の下降、地殻の水平運動、^{[3] [6]} 、全球海面の変化^[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]も含まれることを認識したためです。別の代替用語は「氷河アイソスタシー」です。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ためです (山のアイソスタシーの場合のように)。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たという誤った印象を与えるため、最後に「調整」を付加することで、回復の動きを強調しています。

後氷河期の反発は、地殻の垂直方向の動き、地球の海面、地殻の水平方向の動き、重力場、地球の自転、地殻の応力、地震に測定可能な影響を及ぼします。氷河期の反発の研究は、マントル岩石の流れの法則に関する情報を提供します。これは、マントル対流、プレートテクトニクス、地球の熱進化の研究に重要です。また、過去の氷床の歴史についての洞察も得られます。これは、氷河学、古気候、地球の海面の変化に重要です。後氷河期の反発を理解することは、最近の地球規模の変化を監視する能力にとっても重要です。

漂礫岩、U字谷、ドラムリン、エスカー、ケトル湖、岩盤の 条線などは、氷河期の一般的な特徴の一部です。さらに、氷河期後の隆起により、過去数千年にわたって海岸線や景観に数多くの大きな変化が生じており、その影響は今もなお大きく残っています。

スウェーデンでは、メーラレン湖はかつてバルト海の支流であったが、隆起により最終的に切り離され、 12世紀頃にその出口にストックホルムが建設された頃に淡水 湖となった。オンタリオ湖の堆積物で見つかった海の貝殻は、先史時代の同様の出来事を暗示している。他の顕著な影響はスウェーデンのエーランド島で見ることができ、非常に平坦なストーラ・アルヴァレットがあるため地形の起伏がほとんどない。土地の隆起により、鉄器時代の集落地域がバルト海から後退し、現在の西海岸の村々は海岸から予想外に遠く離れた場所にある。これらの影響は、例えば鉄器時代の住民が沿岸での漁業で生計を立てていたことで知られるアルビー村では非常に劇的である。

後氷河期の隆起の結果、ボスニア湾は2000年以上のうちにクヴァルケンで最終的に閉じると予測されています。 ^[11]クヴァルケンはユネスコの 世界自然遺産であり、後氷河期の隆起と完新世の氷河後退の影響を示す「タイプ地域」として選ばれています。

トルニオやポリ（旧ウルヴィラ）など、北欧の他の港では、港を何度も移転しなければならなかった。沿岸地域の地名も隆起した土地を表している。内陸地には「島」、「岩礁」、「岩」、「岬」、「海峡」という地名がある。例えば、オウルサロ「オウルヨキの島」^[12]は半島で、内陸地にはコイヴカリ「白樺の岩」、サンタニエミ「砂の岬」、サルミオヤ「海峡の小川」などの名前がある。（[1]と[2]を比較。）

イギリスでは、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及ぼさなかった。また、氷河期後のイギリス北部の隆起（1世紀あたり最大10cm）により、島の南半分がそれに応じて下降している（1世紀あたり最大5cm）。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の洪水リスクの増大につながるだろう。 ^[13]

氷河のアイソスタシー調整プロセスにより陸地は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上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バルジ領域の場所は現在沈下し始めています。そのため、バルジ領域では古代のビーチが現在の海面より下にあります。世界中の古代のビーチの高さと年代の測定値で構成される「相対海面データ」は、氷河期の終わり近くに氷河のアイソスタシー調整が現在よりも速い速度で進行し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11 mm /年のピーク率を示していますが、この隆起率は旧氷河の境界から外れるにつれて減少し、マイナスになります。

旧氷河の縁の外側の近海では、陸地は海に対して沈んでいます。これは米国東海岸沿いのケースで、古代の海岸は現在の海面より下に沈んでいるのが発見されており、フロリダは将来水没すると予想されています。^[7]北米のGPSデータも、旧氷河の縁の外側では陸地の隆起が沈降に変わることを裏付けています。^[6]

最終氷河期の氷床の形成では、海水が蒸発し、雪として凝縮し、高緯度に氷として堆積しました。そのため、氷河期の間に世界の海面は低下しました。

最終氷期極大期の氷床は非常に巨大で、世界の海面は約120メートル低下した。そのため大陸棚が露出し、多くの島が陸地を介して大陸とつながるようになった。これはイギリス諸島とヨーロッパ（ドッガーランド）や台湾、インドネシア諸島とアジア（スンダランド）の間などの場合である。シベリアとアラスカの間にも陸橋が存在し、最終氷期極大期には人々や動物の移動を可能にした。^[7]

海面の低下は海流の循環にも影響を与えるため、氷河期最盛期の気候に重要な影響を及ぼします。

氷河が融解すると、溶けた氷水は海に戻り、海面は再び上昇します。しかし、海面変動の地質学的記録は、溶けた氷水の再分配が海中のどこでも同じではないことを示しています。言い換えれば、場所によっては、ある場所の海面上昇が他の場所よりも大きくなる可能性があります。これは、溶けた水の質量と、残りの氷床、氷河、水塊、マントル岩などの他の質量との間の重力による引力と、地球の可変自転による遠心力の変化によるものです。^{[16 ]}

地殻の垂直方向の動きは、地殻の水平方向の動きを伴う。BIFROST GPSネットワーク^[15]は、動きが反発の中心から発散することを示している。^[3]しかし、最大の水平方向の速度は、旧氷の縁の近くで見られる。

北米の状況はそれほど確実ではありません。これは、カナダ北部ではGPSステーションの分布がまばらで、アクセスが困難なためです。^[6]

水平方向と垂直方向の動きの組み合わせにより、表面の傾きが変わります。つまり、北に行くほど速く上昇し、この効果は湖で顕著になります。湖の底は以前の氷河最大期の方向から徐々に傾き、最大期側（通常は北）の湖岸は後退し、反対側（南）の湖岸は沈みます。^[17]これにより、新しい急流や川が形成されます。たとえば、フィンランドのピエリネン湖は大きく（90 x 30 km）、以前の氷河の縁に対して垂直に向いていますが、もともとはヌンナンラハティ近くの湖の中央にある出口からホイティアイネン湖に流れ込んでいました。傾斜の変化により、ピエリネン湖は湖の南西端にあるウイマハルユ湖を突き破り、ピュヘセルカ湖を経由してサイマー湖に流れ込む新しい川（ピエリスヨキ）を形成しました。^[18]海岸への影響と同様ですが、海面より上で発生します。土地の傾斜は将来的に湖や川の水の流れにも影響を与えるため、水資源管理計画にとって重要です。

スウェーデンのソメン湖の北西の出口では年間2.36 mmの上昇が見られ、東のスヴァナヴィーケンでは年間2.05 mmです。これは湖がゆっくりと傾き、南東岸が水没していることを意味します。^[19]

氷、水、マントル岩石は質量を持ち、動き回ると他の質量を重力で引き寄せます。したがって、地球表面と地球内部のすべての質量に敏感な重力場は、地球表面の氷/融解水の再分配と内部のマントル岩石の流れの影響を受けます。^[20]

最後の氷河期が終わってから6000年以上経った今日、マントル物質が氷河地帯に逆流し、地球全体の形状が扁平ではなくなってきています。地球表面の地形のこの変化は、重力場の長波長成分に影響を与えています。^[21]

変化する重力場は、絶対重力計による陸上での繰り返しの測定や、最近ではGRACE衛星ミッションによって検出されています。^{[22]地球の重力場の長波長成分の変化は、衛星の軌道運動にも影響を与え、} LAGEOS衛星の動き によって検出されています。^[23]

鉛直基準面は高度測定の基準面であり、土地測量、建物や橋の建設など、多くの人間の活動において重要な役割を果たしています。後氷河期の隆起により地殻表面と重力場が継続的に変形するため、鉛直基準面は時間の経過とともに繰り返し再定義される必要があります。

プレートテクトニクスの理論によれば、プレート間の相互作用によりプレート境界付近で地震が発生します。しかし、大地震は、現在のプレート境界から遠く離れたカナダ東部（最大 M7）や北ヨーロッパ（最大 M5）などのプレート内環境で発生しています。重要なプレート内地震としては、1811 年に米国大陸中部で発生した マグニチュード 8のニューマドリッド地震があります。

氷河期の最大期には、氷河荷重によってカナダ北部で 30 MPa 以上、北ヨーロッパで 20 MPa を超える垂直応力が生じました。この垂直応力は、マントルとリソスフェアのたわみによって支えられています。マントルとリソスフェアは変化する氷と水の荷重に絶えず反応するため、どの場所でも応力状態は時間とともに変化し続けます。応力状態の方向の変化は、カナダ南東部の後氷期断層に記録されています。^{[24] 9000年前の退氷期の終わりに後氷期断層が形成されたとき、水平方向の主応力方向は以前の氷縁に対してほぼ垂直でしたが、今日ではその方向は北東-南西方向で、}大西洋中央海嶺の海底拡大の方向に沿っています。これは、退氷期には後氷期の反発による応力が重要な役割を果たしていたが、徐々に緩和され、今日では地殻変動による応力がより支配的になっていることを示しています。

岩石破壊のモール・クーロン理論によれば、大きな氷河荷重は一般に地震を抑制するが、急速な氷河融解は地震を促進する。Wu & Hasagawa によれば、今日地震を引き起こす反発応力は 1 MPa のオーダーである。^[25]この応力レベルは、無傷の岩石を破壊するほど大きくはないが、破壊に近い既存の断層を再活性化させるには十分である。したがって、後氷河期反発と過去のテクトニクスの両方が、今日のカナダ東部と米国南東部のプレート内地震に重要な役割を果たしている。一般に後氷河期反発応力は、カナダ東部のプレート内地震を引き起こした可能性があり、1811 年のニューマドリッド地震を含む米国東部の地震を引き起こすのに何らかの役割を果たした可能性がある。^[9]今日の北ヨーロッパの状況は、付近の現在のテクトニック活動と沿岸の荷重と弱体化によって複雑になっている。

氷河期に氷の重さによって圧力が上昇したことで、アイスランドとグリーンランドの下での融解生成と火山活動が抑制された可能性がある。一方、氷河の融解による圧力の低下により、融解生成と火山活動が20～30倍に増加する可能性がある。^[26]

近年の地球温暖化により、グリーンランドや南極の山岳氷河や氷床が溶け、世界の海面が上昇しています。^[27]そのため、海面上昇や氷床と氷河の質量バランスを監視することで、人々は地球温暖化についてより深く理解することができます。

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。氷河や氷床からの溶けた氷水の追加だけでなく、近年の海面変動は、地球温暖化による海水の熱膨張、^[28]最終氷期極大期の退氷による海面変動（後氷期海面変動）、陸地と海底の変形、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、これらすべての要因、特に主要な要因の1つである後氷期の反発を分離できなければならない。

氷床の質量変化は、氷面の高さの変化、氷床下の地面の変形、氷床上の重力場の変化を測定することで監視できます。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、氷床の氷河等圧調整は、今日の地面の変形と重力場に影響を与えます。そのため、氷河等圧調整を理解することは、近年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氷河リバウンドの影響として考えられるのは、アイスランドやグリーンランドなど、かつては氷で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損失による現在の氷河アイソスタシーリバウンドは異常に急速（最大4.1cm/年）で、この地域のマントル粘性が低いことと相まって、西南極の海洋氷床の不安定性に適度な安定化効果をもたらすと予測されているが、それを食い止めるほどではない可能性が高い。^[31]

後氷期の反発の速度と量は、マントルの粘性またはレオロジー（つまり流れ）と、地球表面の氷の荷重と除荷の履歴という 2 つの要因によって決まります。

マントルの粘性は、マントル対流、プレートテクトニクス、地球の力学過程、地球の熱状態と熱進化を理解する上で重要である。しかし、粘性の観測は難しい。なぜなら、マントル岩石の自然な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期間達成するのは容易ではないからである。したがって、氷河期後の反発の観測は、マントルレオロジーを測定するための自然実験を提供する。氷河のアイソスタシー調整のモデル化は、粘性が半径方向^{[7] [32] [33]}と横方向^[34]でどのように変化するか、流動則が線形、非線形、^[35]または複合レオロジーであるかという問題に対処する。^[36]マントルの粘性は、地震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ができる。 ^[37]

氷の厚さの履歴は、古気候学、氷河学、古海洋学の研究に役立ちます。氷の厚さの履歴は、伝統的に次の 3 種類の情報から推測されます。第 1 に、氷河退化の中心から遠く離れた安定した場所の海面データから、海に流入した水の量、つまり氷河期最大期に閉じ込められていた氷の量が推定されます。第 2 に、末端モレーンの位置と日付から、過去の氷床の面積と後退がわかります。氷河の物理学により、平衡時の氷床の理論的プロファイルが得られ、平衡時の氷床の厚さと水平方向の範囲は、氷床の基底状態と密接に関連していることも示されています。したがって、閉じ込められた氷の量は、その瞬間面積に比例します。最後に、海面データ内の古代の海岸の高さと観測された陸地隆起率 ( GPSまたはVLBIなどから) を使用して、局所的な氷の厚さを制限できます。この方法で推定された人気の氷モデルはICE5Gモデルです。^[38]地球の氷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ができず、この方法で推定された氷床プロファイルは、約1000年間の「平均高さ」しか示しません。^[39]

氷河の等圧調整は、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ます。

18世紀以前、スウェーデンでは海面が下がっていると考えられていた。アンデルス・セルシウスの主導で、スウェーデン沿岸のさまざまな場所の岩に多くの印が付けられた。1765年には、海面の低下ではなく、陸地の不均等な隆起であると結論付けることができた。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考案した。この理論は、 1890年に発表されたジェラルド・デ・ヘ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。 ^{[40] [41] [42]}

土地の隆起が見られる地域では、所有権の正確な範囲を定義する必要がある。フィンランドでは、「新しい土地」は法的には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である。海岸の土地所有者は、新しい土地を市場価格で買い戻すことができる。^[43]通常、水域の所有者は、海岸の土地所有者の分割単位、つまり共同所有法人である。^[44]

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年にまで遡ります^[45]。その後、プラッツマン^[46]とファレル^{[47]によって海洋潮汐の研究の文脈で洗練されました。ウーとペルティエ[48]}の言葉によれば、SLEの解は、特定の退氷年代学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、空間的および時間依存の海洋水深の変化をもたらします。その後、SLE理論は、ミトロヴィカとペルティエ^{[49] 、ミトロヴィカら[50]}、スパダとストッキ^[51]などの他の著者によって開発されました。最も単純な形式では、SLEは次のようになります。

${\displaystyle S=NU,}$

ここで、 は海面変化、は地球の重心から見た海面変動、は垂直変位です。 ${\displaystyle S}$${\displaystyle N}$${\displaystyle U}$

より明確な形式では、SLE は次のように記述できます。

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

ここで、は緯度、は経度、は時間、はそれぞれ氷と水の密度、は基準表面重力、は海面グリーン関数（ と 粘弾性荷重変形係数（LDC）に依存）、は氷の厚さの変化、 はユースタティック項（つまり、 の海洋平均値） を表し、は氷と海洋に覆われた領域での時空間畳み込みを表し、オーバーバーは質量保存を保証する海洋表面の平均を示します。 ${\displaystyle \theta}$${\displaystyle \lambda}$${\displaystyle t}$${\displaystyle \rho_{i}}$${\displaystyle \rho_{w}}$${\displaystyle \gamma}$${\displaystyle G_{s}=G_{s}(h,k)}$${\displaystyle h}$${\displaystyle k}$${\displaystyle I=I(\theta ,\lambda ,t)}$${\displaystyle S^{E}=S^{E}(t)}$${\displaystyle S}$${\displaystyle \otimes _{i}}$${\displaystyle \otimes _{o}}$

• 完新世の氷河後退 – 約 19,000 年前に始まった地球規模の氷河後退が、約 15,000 年前に加速しました。
• 隆起した海岸、または海上段丘とも呼ばれる – 隆起した海岸地形
• 気候変動の物理的影響
• 応力（力学）  - 連続材料の内部力を表す物理量
• アイソスタティック・ディプレッション- アイソスタティック・リバウンドの反対

• アラスカの氷河が溶けて陸地が隆起2009年5月17日ニューヨークタイムズ

• 氷河の回復 NASA
• GRACE Gravity Mission from GPZ 2008-05-08 アーカイブ済み at the Wayback Machine、ポツダム
• ハーバード大学のBIFROST GPSの結果