冰的流动机理

冰川流动是因为冰川内部的冰在重力作用下变形。这种引力是由于前一节讨论的积累和消融之间的空间不平衡导致冰川向终点倾斜的事实而产生的。如果没有表面坡度——堆积和消融之间没有不平衡——冰川就不会流动。由于重力作用而使冰块变形的单位面积的力称为剪应力。在冰块内任何一点所经历的剪应力水平取决于冰的厚度和冰川的表面坡度。这可以概括为:

T = pg(s - z) sina其中T是冰川内某一点的剪应力，p是冰的密度， g为重力加速度，a为冰川表面坡度，s为冰川表面高程，z为冰川内某一点的高程。

在冰川底部，(s - z)的乘积将等于冰的厚度，因此冰川底部的剪应力为基础剪应力，由:

T = PGH sin a，其中T为剪应力，p为冰的密度，g为重力加速度，h为冰川的厚度，a为冰川的表面坡度。该方程预测了基底剪应力将随冰川厚度和表面坡度的变化而变化，在冰厚和冰陡的地方，基底剪应力值较高。

不同的材料在变形或断裂之前可以承受不同的剪应力值。以冰为例，在相对较低的剪应力值下会发生变形，而从冰川下面获得的剪应力值是非常恒定的。在大多数情况下，流经基岩的冰川底部的剪应力大约在50到100千帕之间(100千帕= 1.0巴或kg / cm2)。冰在低于50千帕的水平下通常不会变形，通常不能承受超过150千帕的剪切应力。冰川流因为堆积和消融之间的空间不平衡导致表面坡度增加，导致剪切应力增加，直到冰变形或流动。

当冰川流过的河床不是刚性的，而是由可变形的沉积物组成时，基底剪应力值可能要低得多。在这种情况下，由于冰川内的应力转移到河床，很大一部分的冰川向前运动可能是由这种变形沉积物内的流动产生的。因此，运动可能主要不是由冰的特性控制，而是由下面沉积物的力学和水文特性控制(见第3.3.3节)。

在刚性基岩上流动的冰川下发现的剪应力值相对恒定，这是一个重要的特征，解释了为什么大多数冰体具有抛物线轮廓;也就是说，冰川斜坡的边缘很陡，然后变平

Soft-deforming沉积物

图3.6冰原横截面示意图，说明可变形的冰下沉积物区域可能如何影响冰表面剖面。[修正自:博尔顿(1993)在霍姆斯的物理地质学原理(编. p.l l . d.)。Duff)，查普曼和霍尔

Soft-deforming沉积物

图3.6冰原横截面示意图，说明可变形的冰下沉积物区域可能如何影响冰表面剖面。[修正自:博尔顿(1993)在霍姆斯的物理地质学原理(编. p.l l . d.)。Duff)，查普曼和霍尔

向中心方向移动。如果剪应力是恒定的，从上面的方程可以得出，大的冰厚度必然与小的表面斜率相关联，而小的冰厚度必然与大的表面斜率相关联。因此，冰川的纵剖面呈抛物线状，边缘处坡度高，堆积区坡度低。如果冰川流过一层可变形的沉积物(图3.6)，则该剖面的坡度可能会减小或改变。这种冰表面剖面的一致性使得重建已经消失很久的新生代冰盖的形式成为可能，如果它们以前的边缘是已知的(框3.2)。基础剪应力值的一致性对于提供一种方法也很重要

继续阅读:方框33基础剪应力的估计和冰川重建的准确性

这篇文章有用吗?

0 0