变形机理图
到目前为止，我们的讨论主要集中在冰川中最常见的蠕变类型，称为幂律蠕变，因为蠕变速率与应力的某次方> 1成正比(式(4.4))。幂律蠕变的主要过程是位错滑移和爬升。为了完整起见，还应该提到一些其他类型的蠕变。
近年来，研究冰变形机制的科学家们发现，绘制“地图”来显示在冰点处的变形机制是很有用的不同的温度和应力(图4.16)。温度通常归一化为除以熔化温度(开尔文，0Km)。这叫做同源温度。同样地，应力由杨氏模量归一化。图4.16中使用的应力为V3ae。请注意，等效八面体应力显示在右侧纵坐标上。
图4.16中的粗线将图划分为以单一变形机制为主的区域。幂律蠕变占据了图表右侧的大部分空间。幂律蠕变场的左下方是扩散流场。在这种流动中，原子从受压缩的晶界移动到受压缩的晶界
温度、oC
-250年
-200年
-150年
-100年
塑性(围压作用下)
动态再结晶晶界迁移率
-250年
-200年
-150年
-100年
塑性(围压作用下)
动态再结晶与晶界迁移
图4.16。粒径为1毫米的冰的变形机理图(经Duval等人的许可改编，1983年，图1)。版权所有1983年美国化学学会
同源温度，0/0Km
图4.16。粒径为1毫米的冰的变形机理图(经Duval等人的许可改编，1983年，图1)。版权所有1983年美国化学学会
在紧张。在低温下，原子被认为沿着晶界运动(晶界或科布蠕变)，而在高温下，它们可能穿过晶界晶格(晶格扩散或纳巴罗-鲱鱼蠕变)。这两个扩散蠕变场在0.8 0/0Km处用一条垂直虚线分开。沿着将这两个扩散蠕变场彼此分开以及与幂律场分开的粗线的阴影表示场的重叠区。在阴影区右侧边缘，幂律蠕变贡献了90%的变形，左侧边缘，扩散蠕变贡献了90%的变形。
在2 ~ 10 MPa的八面体应力下，断裂也会导致变形。破裂发生在拉应力低于压缩应力的情况下，因此该区域具有相当大的宽度。在足够大的围压下，破坏被抑制，然后可以到达图的上部。
图中显示的另一个领域是标记为“动态再结晶和晶界迁移”的领域。当温度高于-10°C时，蠕变速率随温度的增加比预测的活化能为79 kJ mol-1更快。此外，还有电气方面的迅速增加冰的电导率(Mellor和Testa, 1969)，以及热容不太显著但仍然显著的增加(Harrison, 1972)。最后，多极大值结构在-10°C以上变形的冰川冰中很常见，但在-10°C以下的冰中很少或不存在(Hooke和Hudleston, 1980)。如果晶界熔化开始于-10℃左右，则可以解释前三种现象。晶界熔化是指在晶界处，特别是在多晶点处形成具有类液结构的加宽带(Duval et al.， 1983;de La Chapelle等人，1995)。这种类液层在某种程度上是杂质在晶界处集中，降低熔点的结果(式(2.1))。此外，这种表面上的分子不能很好地与周围的相邻分子结合，因此即使在没有杂质的情况下也能形成类液体层。这一层可以解释蠕变速率的增加(因为液相减少了晶粒间的相互作用，从而减弱了内部应力场)，电导率的增加(因为不纯水的电导率比纯冰高得多)，以及热容的增加(因为熔化吸收了一些热量)。它是否能解释多重极大值织物的发展尚不确定，但试图发展一种解释这些织物的理论应该考虑到这一点。
在冰川中，应力很少超过0.2 MPa，温度很少低于-50°C，因此对于我们的目的，只有变形机制图的右下角是感兴趣的。从图的这一部分可以看出，只要冰的晶粒尺寸约为1毫米，就应该同时发生扩散蠕变和幂律蠕变。然而，这实际上是冰川冰颗粒尺寸的下限。晶粒尺寸10-30毫米在极性和多种燃料的冰川(图4.12)，在冰川深处可以找到更大的晶体极地冰川而在温带冰川．随着晶粒尺寸的增大，幂律蠕变场增大，扩散蠕变场变小。这在直观上是合理的，因为更大的晶粒尺寸意味着更长的扩散路径。
在扩散蠕变中，应变率与应力成线性正比，与幂律蠕变的情况相反。目前，似乎没有明确的现场证据表明纯粹的扩散蠕变在冰川中是重要的。然而，Alley(1992)、Montagnat和Duval(2000)提出，在晶粒生长过程中，晶界的迁移可以湮灭位错，从而将位错密度降低到公式(4.3)预测的水平以下(p. 58)。在这种情况下，n很可能小于3。因此，与晶界迁移有关的扩散过程，加上位错滑动，在南极和格陵兰冰盖较冷的地区向几百米深处移动，可能是重要的。另一方面，Thomas (1973b)和Jezek等人(1985)在对南极冰盖边缘的漂浮冰架的研究中发现，在温度为-15°C和应力仅为0.04-0.06 MPa时，n«3的幂律蠕变似乎占优势。
继续阅读:冰川冰的流动规律
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