Decisivo per la sopravvivenza di un ghiacciaio è il suo bilancio di massa, la differenza tra accumulazione e ablazione (fusione e sublimazione). Il mutamento climatico può causare variazioni sia nella temperatura che nelle precipitazioni nevose, causando mutamenti nel bilancio di massa, il quale controlla il comportamento a lungo termine del ghiacciaio e ne è l'indicatore climatico più sensibile. Dal 1980-2008 la perdita media di massa accumulata nei ghiacciai secondo il World Glacier Monitoring Service era di -12 m (in 19 anni consecutivi di bilanci di massa negativi).
Un ghiacciaio con un bilancio negativo sostenuto non si trova in equilibrio e si ritirerà, mentre uno con un bilancio positivo sostenuto è ugualmente i disequilibrio ma avanzerà. Il ritiro del ghiacciaio comporta la perdita della regione di bassa elevazione del ghiacciaio. Dato che le elevazioni più alte sono più fredde di quelle basse, la scomparsa di porzioni più basse del ghiacciaio riduce l'ablazione complessiva, perciò aumentando il bilancio di massa e ristabilendo potenzialmente l'equilibrio. Tuttavia, se il bilancio di massa di una porzione significativa della zona di accumulo del ghiacciaio è negativa, esso è in disequilibrio con il clima locale e fonderà.
Il sintomo chiave di un ghiacciaio in disequilibrio è l'assottigliamento lungo l'intera lunghezza del ghiacciaio. Per esempio, il Ghiacciaio Easton (raffigurato sotto) si restringerà probabilmente a metà della sua dimensione, ma con un tasso più lento di riduzione, e si stabilizzerà su questa dimensione, nonostante la temperatura più calda, nel corso di alcuni decenni. Tuttavia, il Ghiacciaio Grinnell (raffigurato sotto) si restringerà con un tasso in aumento fino a scomparire. La differenza è che la sezione superiore del Ghiacciaio Easton rimane "in salute" e coperta di neve, mentre quella superiore del Ghiacciaio Grinnell è spoglia, in fase di fusione e assottigliata. I piccoli ghiacciai con pendii poco pronunciati, come il Grinnell, hanno più probabilità a cadere in disequilibrio, se vi è un cambiamento del clima locale.
Nel caso di un bilancio di massa positivo, il ghiacciaio continuerà ad avanzare espandendo la sua area a bassa elevazione, ottenendo una maggiore fusione. Se ciò non creerà ancora un bilancio in equilibrio, il ghiacciaio continuerà ad avanzare. Se un ghiacciaio è vicino a un grande corpo d'acqua, specialmente un oceano, il ghiacciaio può avanzare fino a che le perdite dovute al distacco di iceberg non riporti quasi l'equilibrio.
Metodi di misurazione
Bilancio di massa
Il bilancio di massa viene misurato determinando la quantità di neve accumulata durante l'inverno, e successivamente la quantità di neve e ghiaccio rimossa per mezzo della fusione in estate. La differenza tra questi due parametri è il bilancio di massa. Se la quantità di neve accumulata durante l'inverno è più grande della quantità di neve e ghiaccio fusi durante l'estate, il bilancio di massa è positivo e il ghiacciaio aumenterà di volume. D'altra parte, se la fusione di neve e ghiaccio durante l'estate è maggiore del rifornimento di neve in inverno, il bilancio di massa è negativo e il volume del ghiacciaio decresce. Il bilancio di massa viene riportato in metri di acqua equivalente, e rappresenta mediamente lo spessore ottenuto (bilancio positivo) o la perdita (bilancio negativo) del ghiacciaio durante un dato anno.
Per determinare il bilancio di massa nella zona di accumulo, la profondità della coltre nevosa viene misurata usando il sondaggio, gli snowpitsIl termine anglosassone snowpit indica "una fossa scavata nella neve profonda, spesso a scopo di protezione o per campionamento onde ottenere una valutazione del clima" o la stratigrafia dei crepacci. La stratigrafia del crepaccio fa uso degli strati annuali che appaiono sulle pareti del crepaccio. In modo affine agli anelli degli alberi, questi strati sono dovuti al deposito di polvere in estate e ad altri effetti stagionali. Il vantaggio della stratigrafia del crepaccio è che essa fornisce una misurazione bidimensionale dello strato della coltre di neve, non un punto di misurazione, ed è anche impiegabile in profondità laddove il sondaggio o gli snowpits non sono praticabili. Nei ghiacciai temperati, la resistenza dovuta all'inserimento di una sonda aumenta bruscamente quando la sua punta arriva al ghiaccio che si era formato l'anno precedente. La profondità della sonda è una misura dell'accumulazione netta sopra questo strato. Gli snowpits scavati attraverso le coltri nevose residue degli inverni passati sono usati per determinare la profondità e la densità della coltre nevosa. Il bilancio di massa della coltre nevosa è il prodotto di densità e profondità.
Senza considerare la tecnica della sua misurazione, la profondità osservata viene moltiplicata per la densità della coltre nevosa onde determinare l'accumulo equivalente in acqua. È necessario misurare in primavera la variazione di densità della coltre nevosa. Con le misurazioni della densità della coltre nevosa completate al termine della stagione di ablazione si ottengono valori adeguati per una zona particolare dei ghiacciai alpini temperati, i quali non necessitano di essere misurati ogni anno. Le misurazioni effettuate nella zona di ablazione sono praticate utilizzando dei pali inseriti verticalmente nel ghiacciaio alla fine della precedente stagione di fusione o all'inizio di quella in corso. La lunghezza del palo esposto con la fusione del ghiaccio viene misurata alla fine della stagione di fusione (ablazione). La maggior parte dei pali deve essere sostituita ogni anno.
Bilancio netto
Il bilancio netto è il bilancio di massa determinato tra i successivi minimi del bilancio di massa. Questo è un metodo stratigrafico focalizzato sui minimi che rappresentano un orizzonte stratigrafico. Nelle medie latitudini settentrionali, a un anno di ghiacciaio segue un anno idrologico, inizio e fine verso i primi di ottobre. Il minimo del bilancio di massa è la fine della stagione di fusione. Il bilancio netto è allora la somma del bilancio invernale osservato (bw, winter balance) di solito misurato in aprile o maggio e il bilancio estivo (bs, summer balance) misurato a settembre o inizio ottobre.
Bilancio annuale
Il bilancio annuale è il bilancio di massa misurato tra date fisse specifiche ogni anno, e per quel che riguarda le medie latitudini settentrionali, il periodo è ugualmente verso inizio ottobre.
Metodi geodetici
I metodi geodetici sono un modo indiretto per determinare il bilancio di massa del ghiacciaio. Le cartine di un ghiacciaio fatte in due punti diversi del tempo possono essere confrontate, osservando così la differenza nello spessore del ghiacciaio, usato per determinare il bilancio di massa durante un certo numero di anni. Ciò si può fare al meglio oggi usando il Global Positioning System differenziale.
A volte i primi dati dei profili della superficie del ghiacciaio provengono dalle immagini utilizzate per fare le carte topografiche e i modelli digitali di elevazione. La mappatura aerea, ovvero la fotogrammetria, è adesso usata per rilevare i ghiacciai maggiori e le cappe di ghiaccio come quelli trovati in Antartide e Groenlandia; tuttavia, a causa dei problemi nello stabilire i punti di controllo al suolo nel terreno montano, correlando le caratteristiche nella neve e laddove l'ombreggiatura (shading) è comune, gli errori di elevazione sono in genere non minori di 10 m.
L'altimetria laser fornisce una misurazione dell'elevazione di un ghiacciaio lungo uno specifico percorso, per es., la linea centrale del ghiacciaio. La differenza tra queste due misurazioni è la variazione di spessore, che fornisce il bilancio di massa nel corso dell'intervallo di tempo tra le misurazioni. È un buon metodo praticabile in un certo lasso di tempo, ma non per il rilevamento del mutamento annuale. Il valore dei programmi geodetici sta fornendo una verifica indipendente dalla tradizionale operazione del bilancio di massa, confrontando i mutamenti cumulativi in dieci o più anni.
Ricerca del bilancio di massa a livello globale
Sono state eseguite ricerche sul bilancio di massa in varie nazioni del mondo, in massima parte condotte nell'emisfero settentrionale a causa della maggiore quantità di ghiacciai che vi si trovano a media latitudine. Il Servizio per il Monitoraggio Mondiale dei Ghiacciai (World Glacier Monitoring Service) annualmente compila le misurazioni del bilancio di massa provenienti da tutto il mondo. Dal 2002-2006, i dati continui sono disponibili solo per 7 ghiacciai dell'emisfero meridionale e 76 per quello settentrionale. Il bilancio medio di questi ghiacciai fu al suo massimo negativo nel periodo 2005/2006. La somiglianza di risposta dei ghiacciai nel Nord America occidentale indica la natura su larga scala del mutamento climatico in corso.
Alaska
Il Ghiacciaio Taku in prossimità di Juneau è stato studiato dal Juneau Icefield Research Program fin dal 1946, lo studio continuo più lungo sul bilancio di massa di tutti i ghiacciai del Nord America. Il Taku è il ghiacciaio temperato alpino conosciuto più spesso al mondo, che ha sperimentato un bilancio di massa positivo tra gli anni 1946 e 1988, con un enorme avanzamento. Il ghiacciaio da allora si è trovato in uno stato di bilancio di massa negativo che potrebbe portare a una regressione, se l'attuale andamento continuasse. Il Juneau Icefield Research Program dal 1953 ha inoltre studiato il bilancio di massa del Ghiacciaio Lemon Creek. Il ghiacciaio ha avuto dal 1953–2006 un bilancio medio annuale di -0,44 m l'anno, con una perdita media del suo spessore di oltre 27 m, perdita confermata dall'altimetria laser.
Bilancio di massa dei ghiacciai austriaci
La massa dei ghiacciai austriaci Hintereisferner e Kesselwandferner è stata continuamente monitorata rispettivamente dal 1952 e dal 1965. Continuamente misurato per 55 anni, il ghiacciaio Hintereisferner ha uno dei periodi più lunghi di studio continuato rispetto a tutti gli altri ghiacciai al mondo, basato su dati misurati e un metodo di valutazione costante. Attualmente questa rete di misurazioni comprende circa 10 fosse di neve (snow pits) e circa 50 pali di ablazione distribuiti attraverso il ghiacciaio. In termini di bilanci specifici cumulativi, l'Hintereisferner ha subito una perdita netta di massa tra il 1952 e il 1964, seguita da un periodo di recupero fino al 1968. Giunse a un minimo intermittente nel 1976, brevemente recuperato nel 1977 e 1978 e da allora ha continuamente perduto massa in 30 anni. La massa totale persa è stata di 26 m a cominciare dal 1952. Il ghiacciaio Sonnblickkees è stato misurato dal 1957 ed ha perso 12 m di massa, con una media annuale di -0,23 m.
Nuova Zelanda
Fin dal 1957 in Nuova Zelanda sono in corso studi sul bilancio di massa dei ghiacciai. Il Tasman è stato da allora studiato dalla Ricerca Geologia Neozelandese (New Zealand Geological Survey) e successivamente dal Ministero dei lavori, che ne misurarono la stratigrafia e il movimento complessivo. Tuttavia, nel 1950 anche i modelli di fluttuazione precedenti sono stati documentati sui ghiacciai Franz Josef e Fox. Altri ghiacciai sull'Isola del Sud studiati dal 1968 comprendono l'Ivory, mentre sull'Isola del Nord, il ritiro e la ricerca sul bilancio di massa sono stati condotti sui ghiacciai di Mount Ruapehu fin dal 1955. Sul Ruapehu, le stazioni fotografiche permanenti hanno permesso di fornire le prove dei mutamenti subiti dai ghiacciai montani nel corso del tempo.
Programma per il bilancio di massa del ghiacciaio delle Cascate del Nord