7.6: Рух льодовиків

Рух льодовиків

Загальні аспекти руху льодовиків

Важливим наслідком міркувань балансу в попередньому розділі є те, що льодовик має тенденцію потовщуватися у верхній частині і тонко в нижній частині, тим самим збільшуючи нахил його поверхні. Льодовик тече під власною вагою, пропускаючи лід через лінію рівноваги для підтримки рівноважного нахилу. Малюнок 7-10 - це високо схематичне уявлення про те, як це робить льодовик. Малюнок 7-11, струмовий вертикальний переріз через репрезентативний льодовик долини, є менш ідеалізованим способом погляду на це.

Малюнок 7-10. Схематичне зображення посилення і втрати льоду в похилому льодовику.

Малюнок 7-11. Потоковий вертикальний переріз через репрезентативний льодовик долини, показуючи лінії накопичення, абляції та течії.

Розряд (об'ємна швидкість потоку) льодовика найбільший на сніговій лінії. Чому? Тому що якщо профіль залишатиметься незмінним, річний розряд через будь-який переріз дорівнює інтегралу накопичення мінус абляція на всій площі льодовика над цим поперечним перерізом, і саме на лінії рівноваги цей інтеграл є найбільшим, тому що вище льодовика лінії рівноваги, там, де крива накопичення і крива абляції перетинаються, крива накопичення всюди вище кривої абляції; див. Рис. 7-5. Чи тече льодовик там найшвидше? Може бути, а може і ні; це залежить від того, як товщина льодовика змінюється в поздовжньому профілі.

На малюнку 7-12, аналогічно малюнку 7-10, показано вертикальний перетин через крижаний покрив. У типовому крижаному покриві лінія рівноваги знаходиться поблизу країв льодовика, оскільки накопичення невелике на широкій площі, але абляція зосереджена поблизу країв. Зверніть увагу на збільшення придонної швидкості до краю і дуже повільний рух льоду глибоко в центрі льодовика. Якщо ви хочете знайти найстаріший лід, ось де шукати.

Малюнок 7-12. Вертикальний переріз через репрезентативний крижаний покрив, що показує лінії накопичення, абляції та потоку.

Швидкість льодовиків

Льодовик не рухається досить швидко, щоб рух був відчутний безпосередньо оком, хоча в деяких випадках швидкість становить до декількох десятків метрів на день, тому ви могли майже побачити, як він рухається, якби у вас був тільки правильний спостережний пункт, де ви могли б отримати хороший огляд контакту між базою - льодовиком. і підстилає порода. Але зазвичай швидкості становлять близько метрів на тиждень або метрів на місяць.

Поверхневі швидкості на льодовику долини можна легко виміряти, висаджуючи прямий ряд кілків через льодовик, оглядаючи їх положення щодо фіксованих точок на стінках фундаменту, а потім повертаючись пізніше, щоб переглянути позиції, щоб побачити, наскільки далеко льодовик рухався вниз по долині. (Такого роду речі не так легко для крижаних покривів і крижаних шапок, хоча.) Перша систематична робота такого роду була у Французьких Альпах в 1840-х роках.

Якби ви подивилися на відновлені позиції ряду кілків, які профілі ви б бачили? Рисунок 7-13, вид карти, показує, що зазвичай зустрічається: приблизно параболічний або U-подібний розподіл швидкості. Так само, як і з потоками вільної поверхні, які ми розглядали в розділах 1 і 5, ця зміна швидкості поперек профілю є проявом внутрішньої деформації зсуву.

На малюнку 7-14 видно, що можна вирішити загальний рух на дві складові: внутрішню деформацію і базальне ковзання, або базальне ковзання. Базальне ковзання варіюється за важливістю від нуля в холодних, повільних льодовиках до великих в теплих швидких льодовиках.

Малюнок 7-13 (лівий). Вид на карту долини льодовика, показуючи розподіл швидкості.

Малюнок 5-14 (праворуч). Вид на карту долини льодовика, що показує роздільну здатність руху в базальне ковзання і внутрішню деформацію.

Малюнок 7-15 (лівий). Вертикальний потік поперечного перерізу через долину льодовика, показуючи розподіл швидкості.

Малюнок 7-16 (праворуч). Вертикальний потік поперечного перерізу через долину льодовика, показуючи роздільну здатність руху в базальне ковзання і внутрішню деформацію.

На малюнках 7-15 і 7-16 видно, що картина розподілу швидкостей аналогічна в вертикальному перерізі. Знову рух може бути вирішено в компонент базального ковзання і компонент внутрішньої деформації.

Малюнок 7-17 є прикладом незвично повного результату по швидкості льоду на поверхні льодовика, щодо основи породи, як функції потокового положення на долинному льодовику.

Малюнок 7-17. Профіль вертикальної швидкості в льодовику Атабаска, Канада. (Від Дикуна і Патерсона, 1963.)

Важливо зрозуміти ще один аспект швидкості льодовика. Через скупчення у верхній частині льодовика те, що знаходиться на поверхні льодовика в даний час, виявляється на деякій глибині нижче поверхні льодовика в більш пізній час. Швидкість, з якою деякий маркерний об'єкт рухається вниз від поверхні, називається швидкістю занурення. Відповідна швидкість руху маркера вгору до поверхні льодовика в зоні абляції називається швидкістю виникнення. У льодовиках помірних регіонів типова величина швидкості занурення в зоні накопичення становить 1 м/рік, а типове значення швидкості сходження в зоні абляції 3—4 м/рік.

РОЗШИРЕНА ТЕМА: ЯК ВИМІРЮЄТЬСЯ ПОВЕРХНЕВА ШВИДКІСТЬ ЛЬОДОВИКА

1. Як насправді вимірюється поверхнева швидкість льодовика? В основному, стандартними методами геодезії - але це більше, ніж здається на перший погляд. У наступному обговоренні зверніться до малюнка 7-18. Припустимо, що ви імплантуєте вертикальний кіл в поверхню льодовика десь в області абляції. Кут нахилу крижаної поверхні в цій частині льодовика дорівнює α, а товщина льодовика, мінімальна відстань від корінної породи до поверхні льодовика, - Н.

Малюнок 7-18. Ескіз визначення для аналізу поверхневої швидкості льодовика.

2. Зачекайте час Δ t, поки кол рухається на деяку відстань вниз по льодовику. Горизонтальна складова руху кола, щодо фундаментної породи під льодовиком, між часом t o і часом t _o + Δ t дорівнює Δ x, а вертикальна складова, знову ж по відношенню до основи, дорівнює Δ y. Зрозуміло, що горизонтальна складова середньочасової швидкості U льодовика, відносно корінної породи, дорівнює Δ x/Δ t. Так само вертикальна складова швидкості, знову ж таки відносно основи, є Δ y/Δ t. А результуюча швидкість льодовика щодо породи є векторною сумою цих двох швидкісних складових.

3. Зверніть увагу на малюнку 7-18, що поверхня льоду опускається (або піднімається) на відстань Δ H нормально до поверхні льоду протягом часу Δ t. Подумайте про чисту швидкість зміни товщини льоду, Δ H /Δ t. Частина Δ H/Δ t припадає на низхідне танення поверхні льоду, але частина викликана струменевим стисненням або розширенням всього льодовика в цьому поперечному перерізі, незалежно від абляції або накопичення в цій точці.

4. Давайте спочатку розберемося з низхідним таненням поверхні льоду. Це призводить до ще однієї цікавої вертикальної швидкості: вертикальної швидкості льоду щодо локальної площини льодовикової поверхні. Це швидкість, з якою поверхня льоду піднімалася або опускалася вертикально, якби не було абляції або накопичення. Саме ця вертикальна швидкість була названа швидкістю появи (в зоні абляції) або швидкістю занурення (в зоні накопичення) в пункті 6.2.7. Це так називається, тому що якщо льодовик знаходиться в рівновазі зі збалансованою економікою, швидкість появи - це те, наскільки швидко речі, вбудовані в лід, наближаються до поверхні, а швидкість занурення - це те, як швидко речі, покладені на поверхню льоду, «відходять» від поверхні, щоб стати вбудованими в льодовик.

5. Показана на вершині кола в момент t _o + Δ t - відстань h, зміна висоти вершини кола щодо площини крижаної поверхні (не щодо основи під льодовиком). За допомогою деякої тригонометрії можна записати швидкість виникнення V _e

(1)

6. Компонент v _e V _e перпендикулярно поверхні льоду становить всього V _e sin α. Це являє собою частину чистої швидкості зміни товщини льоду H, викликаної плавленням; позитивний v _e відповідає негативному Δ H /Δ t. Інша частина Δ H, пам'ятайте, викликана розширенням або стисненням; назвіть її v _d. Знак Δ H /Δ t визначається відносними значеннями v _e і v _d: в зоні абляції, якщо v _d негативний, то Δ H /Δ Він повинен бути негативним, оскільки позитивний v _e сприяє негативному Δ H/Δ t. Тільки якщо v _d позитивний і більший за абсолютним значенням, ніж v e, поверхня льоду піднімається відносно основи, незважаючи на танення поверхні льоду вниз.

6.2.8 Поки ми говорили лише про поверхневі швидкості. Як знайти швидкість льодовика на глибині? Це велика робота. Пробурити свердловину від поверхні до основи льодовика термобуром, зі швидкістю щось на зразок метра на годину. Це досить легко в льодовикові льоду, який має температуру танення, але це дуже важко в льодовику, який нижче температури танення. Після того, як ви закінчите отвір, ви повинні встановити кожух, як для захисту від талої води, так і для того, щоб отвір від закриття деформацією!

6.2.8 Потім поставте інклінометр вниз по отвору і зчитуйте нахил отвору як функцію глибини; що дозволяє побудувати вертикальний профіль отвору (щодо поверхні льодовика) як функцію часу і від цього знайти швидкості (щодо поверхні льодовика). Цей профіль відносної швидкості перетворюється в профіль абсолютної швидкості шляхом об'єднання його з уже виміряною абсолютною поверхневою швидкістю. Але те, що ви не можете визначити цим методом, так це вертикальну складову швидкості на глибині. Нарешті, якщо ваша діра досягає основи, ви можете побічно виміряти базальне ковзання. І навіть якщо отвір закінчується на невеликій відстані від основи льодовика, отримати гарне уявлення про базальному ковзанні можна просто шляхом екстраполяції. На малюнку 5-19 показаний приклад вертикального профілю швидкості, виміряного таким чином.

Малюнок 7-19. Вектори поверхневих швидкостей з льодовика Південного Каскаду, Вашингтон, США, (Від Мейєра та Танборна, 1965 р.)