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冰川运动
2014-01-18 11:57:24   来源:化石网   评论:0 点击:

冰川运动 glacier flow  冰川冰在重力作用下自源头向末端的移动。包括塑性变形和底部滑动两种过程。运动是冰川区别于其他自然冰体(如河冰、湖冰、海冰和地下冰)的最主要特点。一系列的冰川地质地貌现象,如

冰川运动 glacier flow

  冰川冰在重力作用下自源头向末端的移动。包括塑性变形和底部滑动两种过程。运动是冰川区别于其他自然冰体(如河冰、湖冰、海冰和地下冰)的最主要特点。一系列的冰川地质地貌现象,如裂隙、褶皱等的形成,冰川侵蚀、搬运和沉积作用都与冰川运动紧密有关。

  塑性变形  冰是一种多晶体固体,当温度不远低于它的融点时,冰的变形方式像高温金属一样,变形速率与施加的应力之间成非线性关系。冰的变形可用位错理论解释。用X线衍射观测到,冰内位错的组态与其他可塑性变形物质的情况明显相似。除了晶体内位错运动和晶体间彼此相对移动外,晶体生长,晶体边界迁移和重结晶作用,对多晶体冰的变形均有重要影响。多晶体冰变形远比单晶冰变形缓慢。

  冰的第二蠕变包括一般冰川流动中重要的应力范围(0.5~2巴)。切应变率 (εxy)与切应力(τxy)的关系为:εxy=Aτnxy,这就是通常所谓格伦冰流律。式中n为常数(变化范围为1.5~4.2,平均值约为3);A为系数,取决于冰温度、冰晶大小及方位、杂质含量和其他可能因素。虽然上述关系式已被确立,而且可以用位错理论表述,但是,不同的试验却获得差异很大的A和n值。在给定应力和温度下测得的应变率值差可达10倍左右。在应力低于约1巴时,n值降低,接近于1。全部塑性变形发生在最低层。速度沿着离冰川源头的距离上的变化一般趋势为:纵向应变率在积累区为正,而在消融区为负。在平行于冰流方向的应力分量大于垂直于冰流方向的应力分量的地方出现伸张流,即冰层在拉伸力作用下流动;反之则出现压缩流,即冰层在压应力作用下流动;在两者相等处出现层状流,即冰体在单一剪切力中变形,流线平行于冰体表面。

  底部滑动  只发生在冰川的底部冰处于融点的情况下。冰川顺冰床流动,遇到基岩凸起时,同时产生两种过程。一种是再冻结(又称复冰现象)。当冰川运动通过这种凸起时,在凸起的上游一侧遇到阻力,产生余压,使冰融化,融水绕凸起流动,流至下游一侧便产生再冻结。冻结释放的潜热,通过凸起及周围的冰,传导到上游一侧,又使这里的冰融化。这样的机制不适用于基岩凸起的长度大于1米处,因为通过这种凸起的热传导,微不足道,不产生融化和冻结的反复过程。当冰温低于融点时,也不产生这种现象。另一种过程是塑性流动的增强。在凸起附近,冰内纵向应力大于冰内应力平均值,这里的应变率也大于冰内应变率的平均值,冰的运动速度同应变率和距离的乘积成正比。比较大的基岩凸起,会使冰体在凸起较大的距离上增大应力和提高运动速度。比较小的凸起这种效应较差。冰床上如果有水,会影响滑动速度;基岩、岩块和砾石之间的摩擦降低滑动速度,许多地方冰与岩层之间有砾石层也会减低滑动速度。冰川表面运动速度为冰的塑性变形速度和滑动速度之和,滑动速度与冰面速度的比率变化很大,各地钻孔测得的比率变化不同。

  冰川跃动(glacier surges)  有些冰川在经历了较长时期的稳定甚至停滞之后,在短暂时间内突然出现异常快速的前进或巨大的水平位移。跃动期间运动速度为正常冰川速度的10~100倍。这种冰川称跃动冰川。在同一条冰川中跃动是重复地在有规律的时间间隔中发生的;跃动起因于冰川内部的不稳定性。在跃动冰川发生地区,只是若干条冰川而并非所有冰川都发生跃动。

  苏联中亚帕米尔的梅德韦日冰川在1963年和1973年跃动期间的特点是:冰舌末端区内停滞冰复活或被积极活动冰所超越;新的积极活动的末端在不到两个月内前进了1.5公里,最大运动速度为105米/日;运动速度不稳定。喀喇昆仑山的哈桑阿巴德冰川在20世纪初也发生过跃动,在一个冬季和春季内冰舌末端前进了9.6公里。

  冰川的运动速度  常态冰川运动很缓慢。不同冰川的冰面速度变化很大。中国天山乌鲁木齐河源Ⅰ号冰川,1980~1981年间51个测点的平均年流速为6米,最大年速度测点仅为10.62米。珠穆朗玛峰北坡绒布冰川中游海拔5520米处1966~1968年间最大年流速达117米。阿尔卑斯山的大山谷冰川(长10~20公里),一般年流速为80~150米,格陵兰的林克斯冰川每天的运动速度高达28米。同一条冰川在不同部分的运动速度亦有明显差异。在纵向上,零平衡线附近流速最大,而向源头或冰舌末端流速降低;在横向上,冰川中心线上流速最大,向两侧逐渐减少;在垂向,冰面流速大于冰内和冰下。冰川运动速度也随着时间而变化。一般说,时间间隔越短,速度变化愈大。冬、夏平均速度彼此间相差达10%或20%,逐月的速度差值可达40%;隔数小时测得的速度变化差,已知的达 100%或更大。产生这种差异的原因是每一点处的运动发生一系列的“跳动”,而在不同点上跳动并不同步。运动速度的季节变化主要由于冰厚度变化和冰床处融水的“润滑作用”影响所致。

 

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