שלג ששורד את הקיץ
קרחון מתחיל משלג שלא נמס. במקום שבו יורד בחורף יותר שלג ממה שהקיץ מספיק להמיס, נשאר קצת בכל שנה. השלג נקבר מתחת לשלג של השנים הבאות ונדחס: הפתיתים מתעגלים לגרגרים, הגרגרים מתרתכים לפירן, ובעומק של כמה עשרות מטרים הפירן הופך לקרח קרחוני מוצק, והאוויר הישן כלוא בו בבועות. קרח קרחוני עבה נראה כחול, כי הקרח בולע מעט מהקצה האדום של אור השמש.
יש קרחונים בשלושה גדלים. קרחוני עמקים ממלאים עמקים בהרים, כיפות קרח קוברות רמה שלמה, ויריעות קרח מכסות יבשת. היום נשארו רק שתי יריעות קרח, על גרינלנד ועל אנטארקטיקה, ויחד הן מחזיקות כשני שלישים מהמים המתוקים בעולם. בתקופות הקרח, יריעת קרח כמעט בגודל של זו של אנטארקטיקה כיסתה את רוב קנדה, ויריעה נוספת כיסתה את צפון אירופה (ראו תקופות הקרח ומחזורי מילנקוביץ’). הסצנה מראה יריעה כזאת: יריעת קרח על יבשת צפונית, חצויה דרך הפסגה.
שלג נכנס, המסה יוצאת
לכל קרחון יש תקציב. למעלה, באזור הצבירה, השלג מנצח והקרח צובר מסה. נמוך יותר, באזור ההמסה, הקיץ ממיס יותר ממה שירד, והקרח מאבד מסה. הקו שביניהם, שבו השלג וההמסה של שנה מאזנים בדיוק זה את זה, הוא קו שיווי המשקל, ובסוף הקיץ הוא נראה כקו השלג. האוויר מתקרר בכ־6.5 °C בכל קילומטר של עלייה, ולכן המרכז הגבוה של יריעת קרח נשאר מתחת לנקודת הקיפאון כל השנה, בזמן שהשוליים הנמוכים שלה נמסים.
יריעת קרח שגודלה יציב מאבדת בדיוק כמה שהיא מרוויחה. ביבשה השוליים שלה עומדים במקום שבו ההמסה מכלה את כל הקרח שזורם אליהם; במקום שבו היא מגיעה לים, העודף שלה מתנתק בהרי קרח. קיץ חם יותר מרים את קו שיווי המשקל, ויריעת הקרח מתכווצת עד שהיא מתאזנת שוב. יותר שלג מזין אותה, והיא מתפשטת. בסצנה יריעת הקרח מקבלת את הגודל שמאזן את האקלים שבחרתם.
נסו: החליקו את טמפרטורת הקיץ מתקופת קרח לכיוון היום. יריעת הקרח מתכווצת, לאט בהתחלה. מעבר לכ־4 °C על החוף היא כבר לא יכולה להתקיים בכלל: ככל שהיא נעשית דקה יותר, פני השטח שלה שוקעים לאוויר חם יותר, וזה ממיס אותה מהר עוד יותר. אחר כך שנו את כמות השלג בין 0.15 m/yr ל־0.7 m/yr.
שלג וקרח הם החלק האיטי ביותר במחזור המים (ראו מחזור המים): פתית שלג שנוחת ליד מרכזה של יריעת קרח יכול להישאר בה מאה אלף שנה.
איך קרח מוצק זורם
קרח הוא מוצק, אבל תחת המשקל של עצמו הוא זוחל. הגבישים שלו מחליקים לאורך שכבות שבתוכם, לאט, כמו פלסטלינה קשה מאוד. ערמת קרח שעובייה יותר מכחמישים מטרים שוקעת ומתפשטת הצידה, ולכן יריעת קרח מתפשטת מהמרכז הגבוה שלה, פרשת הקרח, אל השוליים, בדחיפת השיפוע של פני השטח שלה עצמה.
הקרח נע הכי מהר למעלה והכי לאט למטה, כי כל שכבה מחליקה מעל השכבה שמתחתיה, והשכבה התחתונה נבלמת בקרקע. במקומות שבהם מי המסה חודרים אל מתחת לקרח, הוא גם מחליק על המצע שלו. ליד פרשת הקרח הקרח כמעט לא זז, כמה מטרים בשנה. לכיוון השוליים, שדרכם צריך לעבור כל השלג שירד במעלה הזרם, הוא זורם מאה מטרים בשנה ויותר, ובזרמי קרח מהירים כמה קילומטרים.
שלג שיורד ליד פרשת הקרח נקבר תחת השלג שיורד מעליו ושוקע עמוק לתוך הקרח, ואז נודד לאט החוצה לאורך הקרקעית במשך מאה אלף שנה ויותר. שלג שיורד קרוב יותר לשוליים נשאר קרוב לפני השטח ויוצא מהר. לכן הקרח העתיק ביותר נמצא עמוק מתחת למרכזה של יריעת קרח, ושם קודחים גלעיני קרח: באחד מהם, מאנטארקטיקה, יש בועות של אוויר בן כ־800,000 שנה.
נסו: התקדמו במבט מתחת לקרח אל הזרימה בפנים. החצים מראים את המהירות בחמישה עומקים בכמה מקומות; הנקודות הן מנות של שלג שנעות עם הקרח, לבנות כשהשלג טרי, כחולות אחרי אלפי שנים וכתומות אחרי עשרות אלפי שנים. משמאל הן חוזרות אל פני השטח באזור ההמסה ונמסות; מימין הן מגיעות לים בתוך הרי קרח.
הקרח גם נושא סלעים. אבנים שקפאו לתוך תחתיתו מגרדות ושוחקות את המצע בזמן שהוא מחליק, והקרח תולש גושים רופפים. כך חצבו קרחונים את העמקים בצורת U של האלפים, את הפיורדים של נורווגיה ואת השקעים שבהם נמצאים היום האגמים של קנדה ושל פינלנד.
הקרקע שוקעת מתחת לקרח
קרום כדור הארץ צף על המעטפת שמתחתיו, שבמשך אלפי שנים זורמת כמו נוזל סמיך מאוד (ראו טקטוניקת הלוחות). כשמעמיסים על הקרום שלושה קילומטרים של קרח, הוא שוקע, כמו סירה ששוקעת כשמעמיסים עליה, עד שהמעטפת שהוא דחק הצידה שוקלת כמו הקרח. הצפיפות של קרח היא קצת יותר מרבע מזו של המעטפת, ולכן בסוף הקרקע נדחפת כלפי מטה בכרבע מעובי הקרח. מתחת למרכזה של יריעת קרח גדולה המצע שוקע אל מתחת לפני הים.
נסו: התקדמו במבט מתחת לקרח אל מתחת לקרח. הקו המקווקו מראה איפה הייתה הקרקע אילו לא היה עליה קרח. הקרום קשיח, ולכן הוא מתכופף על פני שטח רחב, ולא רק ממש מתחת לקרח.
כשהקרח נמס, הקרקע עולה שוב, אבל לאט, כי המעטפת צריכה לזרום בחזרה. יריעות הקרח של תקופת הקרח האחרונה נמסו לפני כ־15,000 עד 7,000 שנה, והקרקע שהייתה מתחתן עדיין עולה: סביב מפרץ הדסון ומפרץ בוטניה בכסנטימטר בשנה. חופים עתיקים שהיו בגובה פני הים כשהקרח עזב נמצאים היום עשרות עד מאות מטרים במעלה הגבעות.
קרח על היבשה הוא מים שחסרים בים
כל טונה של קרח על היבשה היא טונה של מים שנלקחה מהים. בשיא תקופת הקרח האחרונה, לפני כ־20,000 שנה, פני הים היו נמוכים בכ־120 m מהיום. גשר יבשתי חיבר את סיביר לאלסקה, ובריטניה הייתה מחוברת לאירופה. יריעת הקרח שבסצנה לבדה מחזיקה מספיק מים כדי להוריד את פני הים בכ־15 m במצב ההתחלתי; התרשים שליד הסצנה מראה כמה היא לוקחת מהים בכל טמפרטורת קיץ.
היום פני הים עולים בכ־4 mm בשנה, בערך מחצית מזה מקרחונים ומיריעות קרח שנמסים, ורוב השאר כי מי הים מתפשטים כשהם מתחממים (ראו אקלים). אם כל הקרח של גרינלנד היה נמס, פני הים היו עולים בכ־7 m; זה של אנטארקטיקה היה מוסיף כ־58 m. קרח ים ומדפי הקרח שצפים בשולי אנטארקטיקה שונים: קרח צף כבר דוחק מים במשקל שלו עצמו, ולכן ההמסה שלו כמעט לא משנה את גובה פני הים, אף שאובדן המדפים מאפשר לקרח שמאחוריהם לזרום לים מהר יותר.
מה המודל משמיט
יריעת הקרח מצוירת בצורה הפשוטה ביותר שגלציולוגים משתמשים בה, כיפה שעבה בדיוק מספיק כדי ללחוץ על המצע שלה בכוח קבוע, והזרימה שלה מחושבת לפי המקומות שבהם השלג יורד ונמס, בהנחה שיריעת הקרח כבר התייצבה בגודל קבוע. יריעת קרח אמיתית צריכה אלפי שנים כדי להסתגל אחרי שהאקלים משתנה, ולכן אף אחת מהן לא נמצאת באיזון מושלם. ליריעות קרח אמיתיות יש גם זרמי קרח מהירים, מדפי קרח צפים, הרים ועמקים מתחתיהן, ואקלים שמשתנה ממקום למקום; כאן הקיץ פשוט מתחמם בהדרגה דרומה ומתקרר עם הגובה, ועל קרח גבוה יורד פחות שלג, כי האוויר שם קר ויבש.
המודל מראה את יריעת הקרח שאקלים מסוים מחזיק, כשמתחילים מיריעה גדולה ונותנים לה להתכווץ. אם מתחילים מקרקע חשופה, ייתכן שאותו אקלים לעולם לא יגדל יריעה כזאת: יריעת קרח שכבר קיימת שומרת על פני שטח גבוהים וקרים, ולכן היא יכולה לשרוד קיצים שבהם יריעה חדשה לא הייתה מצליחה להתחיל. הקרקע מוצגת כשהיא כבר שקעה עד הסוף מתחת לקרח. חישוב גובה פני הים מתייחס ליריעת הקרח ככיפה שאורכה פי 1.4 מרוחבה, ומתעלם מקרח שמונח מתחת לגובה פני הים, שלא היה מעלה את פני הים אילו נמס. הסחיפה הקרחונית, שחיקת הסלע בידי הקרח, אינה מוצגת.