Best Method in estimating the equilibrium-line altitude of late quaternary glaciers in Iran

جغرافیا و مخاطرات محیطی

Article 12, Volume 9, Issue 1, June 2019, Pages 239-262   

Document Type: Research Article

DOI: 10.22067/geo.v0i0.78427

Authors

Gholam Hassan Jafari^* ; Nasrin Hazrati

University of Zanjan

Abstract

1. Introduction
Displacement of the equilibrium-line altitudes (ELAs) of Late Quaternary Glaciers in mountainous regions of Iran are mostly caused by climatic changes during Quaternary. It is vital to study surface landforms created by the inner and outer processes in this period (Yamani, 2007). Climate change in Quaternary has led to the emergence of glacial and inters glacial periods (Yamani, 2002). In Glaciology studies, the equilibrium line altitude (ELA) and the water and ice equilibrium line are the most important concepts (Ramesht et al. 2011). According to Porter (2005) “The equilibrium line is a place where snow accumulation is more dominant (Abtahi, 2013). Some national research examples are as follows: Evans (2006) in Wales, Sarikaya (2011) in Turkey, Mindrescu and Evans (2014) in Romania, Hendrickx et al. (2015) in Ethiopia, Jafari (2009), Moayeri et al. (2011) and Jafari (2014) in Iran. One of the most controversial issues in this regard is ELAs differences in different geographic latitudes and directions which is due to the variations along the slops which as a result made it difficult to discuss comprehensively.
2. Study Area
Iran, with an area of 1648195 square kilometers, is located between 25 to 40 degrees north latitude and 44 to 63 degrees east longitude. Iran is divided into 6 geomorphic units (Zagros, North, Central Iran, East, Northeast and Northwest unit) (Alaei Taleghani, 2012). Iran is divided into 6 first and 30 second grade catchments (Water statistical yearbook of Iran, 2011). Of the 30 second grade catchments, Quaternary glacier cirques (6 morphotectonic units) were identified in 21 sub-basins.
3. Materials and Methods
In order to estimate the ELAs, firstly an Iranian DEM with 30*30 meter resolution was prepared and merged and clipped for each basin. Merged topographic maps (1: 50000) were also extracted for each basin. Based on documents in topographic maps, 20-meter contour lines and the reflection of landforms in SRTM satellite images, cirques of each basin were identified. Secondly, according to the method of Terminus-to-Head Altitude Ratio (THAR), the identified cirques which didn’t have concave longitudinal profile were not considered in the estimations. Based on this, out of 30 second-grade catchments, 21 catchments were considered as basins that had been influenced by the glacial process in cool Quaternary spans. The ELAs were estimated using Porter’s cirque-floor altitude and Wright methods. The geographical directions of the cirques were classified into eight main and secondary directions. The ELAs were estimated using the following methods:
4. Results and Discussion
In the present paper, 11641 cirques were identified in Iran based on the shape and height of the contour lines, status of the waterway network and the height of the peaks dominating in cirques. The surface slope direction affects the abundance of the cirques, meanwhile more than 60% of the cirques are formed in slopes that are inclined toward north in the whole country. Such slopes are known as Nesar slopes due to the inclination of the solar angle. After all the cirque were determined, the above methods were used to estimate ELAs.
Comparison of the difference between the ELAs in different directions using Wright method revealed that the greatest difference was in salt lake (449 m) and Aras (440 m) catchments. The minimum elevation difference was observed in the Haraz-Gharehsu (-551 m) and Duranjir desert (-350 m) basins, and there were no differences in ELAs in different directions of three basins. Comparison of ELAs estimated by the cirque floor method in different directions indicates that Aras (761 m), Sefid-rud (602 m) and the central desert (350 m) basins had the greatest variations in different directions. In the morpho-tectonic unit of Central Iran, cirque-floor altitude and then the THAR methods (Wright) were more preferable, respectively considering the difference of estimated ELAs.
5. Conclusion
The ELA in the Zagros morphotectonic unit was about 2608 m during the Quaternary. With further expansion in latitude, ELA differences in this unit, was estimated to be 637 m. The ELA of southwest slopes was estimated to be 524 m above the ELA of the northeast slopes. In total, ELAs were decreased from south to north during the Quaternary, so that the difference between Karun (the southernmost basin) and Aras catchments (the northernmost basin) was 484 m. From a longitudinal perspective, ELA differences is more than 800 m between the western catchment in the west (with an estimated ELA of 2300 m), and Duranjir catchment in the central Iran (with an altitude of 3100 m). In conclusion, during the Quaternary, the ∆ELA of Iran was more than 1065 m, and it varied between 2030 and 3100 m. The average ELA of Iran was about 2595 m. It can be concluded that in cirques landforms each latitudinal degree, could change the equilibrium-line altitude about 89 meters.

Keywords

Quaternary; Iran; ELA; direction; cirque; Wright; Porter

Supplementary Files

12-jafari.pdf

References

ابطحی، سید مرتضی؛1390. بررسی پالئوکلیمای حوضه آبخیز جاجرود به کمک شواهد یخچالی. کاوش‌های جغرافیایی مناطق بیابانی. 1(1). صص 185 – 201.

احمدآبادی، علی؛ کرم، امیر؛ سرکیسیان، واردوهی؛1397. شناسایی سیرک‌های یخچالی زردکوه با تاکید بر ویژگی‌های ژئومورفومتری. هیدروژئومورفولوژی. 15. صص1-16.

انتظاری، علیرضا؛ امیر احمدی، ابوالقاسم؛ قرنجیک، امان محمد؛ جهانفر، علی؛ شایان یگانه، علی اکبر؛ 1394. بررسی ژئومورفولوژیکی تحولات اقلیمی حوضه آبریز گرگان رود در کواترنر. فصلنامه کواترنری ایران (علمی- پژوهشی). 1(2). صص 169- 180.

بهشتی جاوید، ابراهیم؛ اسفندیاری؛ فریبا؛ 1397. استخراج و شناسایی لندفرم های یخچالی با استفاده از روششی گرا(مطالعه موردی سیرک‌های یخچالی سبلان). پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. 6(4). صص 88 – 102.

پاریزی، اسماعیل؛ رامشت، محمدحسین؛ تقیان، علیرضا؛ 1392. شواهد یخچال‌های کواترنری پایانی در حوضه‌ی تنگوئیه سیرجان. پژوهش‌های ژئومورفولوژیکی کمی.2(3). صص 111- 128.

جعفربیگلو، منصور؛ یمانی، مجتبی؛ عباس نژاد، احمد؛ زمان زاده، سید محمد؛ ذهاب ناظوری، سمیه؛1393. بازسازی برف مرزهای یخچالی کواترنر در کوهستان بیدخوان (استان کرمان). فصلنامه علمی-پژوهشی و بین‌المللی انجمن جغرافیای ایران.12(40). صص 93-107.

جعفری، غلامحسن؛ اصغری سراسکانرودی، صیاد؛ 1393. بررسی آثار یخچالی کواترنری زنجان رود. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. 3(2). صص 16 – 30.

خوش‌رفتار، رضا؛ فرید مجتهدی، نیما؛ اسعدی اسکوئی، ابراهیم؛ نوروزپور شهربیجاری، کامبیز؛1395. شواهد ژئومورفولوژیکی یخچال‌های کوهستانی پلئیستوسن پایانی در کوه شاه البرز- البرز غربی. فصلنامه کواترنری ایران (علمی- پژوهشی).2(2). صص 155- 165.

رامشت، محمدحسین؛ لاجوردی، محمود؛ لشکری، حسن؛ محمودی محمدآبادی، طیبه؛1390. ردیابی آثار یخچال‌های طبیعی (مطالعه موردی: یخچال طبیعی حوضه تیگرانی ماهان). جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی. 22_2). صص 59-78.

رامشت، محمدحسین؛ 1380. دریاچه‌های دوران چهارم بستر تبلور و گسترش مدنیت در ایران، تحقیقات جغرافیایی. 16(60). صص 90-111.

رامشت، محمدحسین؛ 1393. نقشه‌های ژئومورفولوژی (نمادها و مجازها). نشر سمت، دانشگاه تهران.

سرور، جلیل الدین؛ فرید مجتهدی، نیما؛1390. شواهد ژئومورفولوژیکی یخچالی پلئیستوسن در دامنه شمالی کوه خشچال (البرز غربی). فصلنامه جغرافیایی سرزمین.8(31). صص51 – 67.

سیف، عبداله؛ ثروتی، محمدرضا؛ راهدان مفرد، محمد؛ 1394. بازسازی برف مرزهای کواترنری پایانی در محدوده سایت ریگ. فصلنامه تحقیقات جغرافیایی.30(1). صص 193-208.

شریفی، محمد؛ فرح‌بخش، زهرا؛ 1394. بررسی آنومالی حرارتی و رطوبتی بین زمان حال و پلئیستوسن و بازسازی شرایط اقلیمی با استفاده از شواهد ژئومورفیک (مطالعه موردی: حوضه‌ی خضرآباد –یزد). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. 4(47). صص 583-604.

شمسی‌پور، علی اکبر؛ باقری سید لشکری، سجاد؛ جعفری اقدم، مریم؛ سلیمی منش، جبار؛ 1394. بازسازی برف مرزهای آخرین دوره یخچالی با شواهد دوره‌های یخچالی در زاگرس شمال غربی (مطالعه موردی: تاقدیس قلاجه). جغرافیا و توسعه، شماره 39. صص 61 – 74.

طاحونی، پوران؛ 1383. شواهد ژئومورفولوژیک فرسایش یخچالی پلئیستوسن در ارتفاعات طالش. پژوهش‌های جغرافیایی، شماره 46، صص 31 – 55.

علایی طالقانی، محمود؛ 1391. ژئومورفولوژی ایران، انتشارت قومس.

علیزاده، امین؛ 1390. اصول هیدرولوژی کاربردی. انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد.

قربانی شورستانی، علی؛ خسروی، عذرا؛ نور محمدی، علی محمد؛ 1395. بررسی شواهد ژئومورفولوژیکی یخچالی کواترنری در ارتفاعات شمال شرق ایران (مطالعه موردی: رشته‌کوه بینالود). پژوهش‌های ژئومورفولوژیکی کمی، 5(1). صص 1-13.

قهرودی تالی، منیژه؛ حسنی قارنایی، رسول؛ خورشیدی، طاهر؛ حیدری، مهرنوش؛ 1396. شواهد یخچالی رندوله و بابوله در قلمرو مرزهای ایران، ترکیه و عراق. فصلنامه کواترنری ایران( علمی-پژوهشی).3(3). صص 277-288.

قهرودی تالی، منیژه؛1390. تخمین و مقایسه برف مرزهای دائمی در عصر یخچالی و بین یخچالی (مطالعه موردی: حوضه رود هراز). جغرافیا و توسعه. شماره 25. صص 97-110.

کیانی، طیبه؛ رامشت، محمدحسین؛ ملکی، امجد؛ صفاکیش، فریده؛ 1395. بررسی تغییرات حوضه گاوخونی در فاز پایانی کواترنر. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی.48(2). صص 213-229.

نعمت‌الهی، فاطمه؛ رامشت، محمدحسین؛ 1385. آثار یخساری در ایران، نشریه دانشکده علوم انسانی تبریز. شماره 3. صص 130-149.

یمانی، مجتبی؛ 1388. اندازه‌گیری حرکت سالیانه یخچال علم‌کوه. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. شماره 67. صص31 – 52.

یمانی، مجتبی؛ زمانی، حمزه؛ 1386. بازیابی حدود مرز برف دره شهرستانک در آخرین دوره یخچالی. جغرافیا (نشریه علمی- پژوهشی انجمن جغرافیایی ایران) . 5(12و 13). صص 99-116.

یمانی، مجتبی؛ زمانی، حمزه؛ 1395. تعیین ارتفاع خط تعادل (ELA) در دره هراز در آخرین دوره یخچالی. فصلنامه کواترنری ایران (علمی- پژوهشی). 2(4). صص 305- 314.

یمانی، مجتبی؛ شمسی‌پور، علی اکبر؛ جعفری اقدم، مریم؛1390. بازسازی برف مرزهای پلیوستوسن در حوضه‌ی جاجرود. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی. شماره 76. صص 35-50.

یمانی، مجتبی؛ مقیمی، ابراهیم؛ عزیزی، قاسم؛ باخویشی، کاوه؛ 1392. تعیین قلمروهای مورفوکلیماتیک هولوسن در بلندی های غرب استان کردستان. پژوهش‏های جغرافیای طبیعی، دانشگاه تهران، 45(4). صص14-1.

Barr, ID., Spagnolo, M., 2015. Glacial cirques as palaeoenvironmental indicators: Their potential and limitations, Earth-Science Reviews.151. 48-78.

Delmas,M., Gunnell,Y., Calvet, M., 2015. A critical appraisal of allometric growth among alpine cirques based on multivariate statistics and spatial analysis, Geomorphology. 228. 637-652.

Evans DJ. ReaBR. 2003. Surging glacier land system. In Glacial land systems. Taylor and Francis

Evans, IS., 2006. Allometric development of glacial cirque form: geological, relief and regional effects on the cirques of Wales, Geomorphology .80(3). 245-266.

GhahroudiTali, M., Hassani Gharnaie, R., 2012. Evolution of glacial landforms in Iraq and Iran borders. Geological Conference of Kurdistan, November 14-16, Sulaimani, Kurdistan Region, Iraq.

Mîndrescu, M,. Evans, IS,. 2014. Cirque form and development in Romania: allometry and the buzzsaw hypothesis, Geomorphology. 208. 117-136.

Mitchell, S.G,. Montgomery, D.R., 2006. Influence of a glacial buzz saw on the height and morphology of the Cascade Range in central Washington State, USA. Quaternary Research. 65(1). 96-107.

Moayeri, M,. Ramesht, M.H., Saif, A., Yamani, M., JafariGhH., 2011. The impact of mountainous skirts direction of Iran on differences in altitude of withers and ice equilibrium line of quaternary, Geography and environmental planning journal .40(4).1-12.

Moussavi,M.S., Valadan, Zoej, M.J. Vaziri, F., Sahebi, M.R., Rezaei, Y.,2009. A new glacier inventory of Iran, Annals of Glaciology. 50(53). 93-103.

Napieralski, J., HarborJ.Li. Y., 2007. Glacial geomorphology and geographic information systems, Earth-Science Reviews. 85(1).1-22.

Oskin, M., Burbank, D.W., 2005. Alpine landscape evolution dominated by cirque retreat, Geology .33(12).933-936.

Pedrami, M., 1982. Pleistocene Glaciation's and Paleoclimate in Iran. Geol. Surv. Iran, Tehran.

Porter, S.C., 2000. Snowline depression in the tropics during the Last Glaciation, Quaternary science reviews. 20(10). 1067-1091.

Salcher,B.C., Kober,F., Kissling ,E., Willett, S,D., 2014. Glacial impact on short-wavelength topography and long-lasting effects on the denudation of a DE glaciated mountain range, Global and Planetary Change. 115. 59-70.

Sarıkaya, M. A., Zreda, M., Çiner, A., 2009. Glaciations and paleoclimate of Mount Erciyes, central Turkey, since the Last Glacial Maximum, inferred from 36 Cl cosmogenic dating and glacier modeling, Quaternary Science Reviews. 28(23). 2326-2341.

Sarıkaya, M.A., Ciner,A., Zreda, M., 2011. Quaternary glaciations of Turkey, Developments in quaternary science. 15. 393-403.

Seif, A., Ebrahimi, B., 2014. Combined Use of GIS and Experimental Functions for the Morphometric Study of Glacial Cirques in Zardkuh Mountain, Iran, Quaternary International .353.236-249.

Spotila, J. A., Buscher, J. T., Meigs, A. J., &Reiners, P. W., 2004. Long-term glacial erosion of active mountain belts: example of the Chugach–St. Elias Range, Alaska, Geology. 32(6). 501-504.

Stokes, C. R., Gurney, S. D., Shahgedanova, M., &Popovnin, V. (2006). Late-20th-century changes in glacier extent in the Caucasus Mountains, Russia/Georgia. Journal of Glaciology, 52(176), 99-109.

Xu X. 2014. Climates during Late Quaternary glacier advances, glacier-climate modeling in the Yingpu Valley, the eastern Tibetan Plateau. Quaternary Science Reviews 101, 18-27.