现行滑动理论的不足
在上面的理论模型中没有充分描述冰在硬床上滑动的许多过程。一个明显的例子是没有考虑基面冰中的岩石颗粒和下面基岩之间的摩擦力。为了研究这一效应，Iverson et al.(2003)在挪威的Svartisen冰下实验室进行了一项实验。该实验室位于Engabreen (Enga冰川)下基岩的隧道系统中出口冰川这些隧道是为一个水力发电项目而挖掘的。一条专门为科学研究而挖掘的倾斜隧道向上通向冰川的底部，通往210米厚的滑动温带冰下的床层。利用这个倾斜的隧道，艾弗森和他的同事们在冰川底部放置了一个仪器面板。面板的上表面由一块0.09平方米的光滑花岗岩板组成。满载碎片的冰块滑过平板，平板上的剪切牵引力以及滑动速度、水压和面板内的温度都被记录了下来。面板上的剪切牵引力从60到110千帕不等，一度上升到200千帕。空间平均驱动应力估计在150到300千帕之间，因此测量到的面板上的剪切牵引力占总阻力的很大一部分。由于石碑很光滑，并且与面板的固定边缘齐平，如果冰没有沉积物，那么它所受到的剪切引力大概可以忽略不计。
让我们来探究一下面板和脏冰之间摩擦力大的原因。冰相对较软，所以人们可能会想象，嵌入基面冰中的粒子只会被推到冰中，而不会对冰床施加持续的高接触力。然而，在温带冰川此时，冰床上的冰正在融化，部分或全部融水可能会流失。为了弥补这一损失，冰必须流过颗粒流向河床。正如Hallet (1979a)首次认识到的那样，正是这种流动将颗粒推向床层，并保持颗粒与床层之间的高接触力。这就是为什么冰川床是有条纹的。与冰通过床层上障碍物的流动一样，冰通过颗粒流向床层的流动可以用复冰还有塑性流动。与床上的凸起一样，一定大小的粒子，约0.1米，比更小或更大的粒子受到更大的作用力。冰通过重聚更容易超过较小的颗粒，通过塑性流动更容易超过较大的颗粒。
“摩擦”阻力也可能发生在冰暂时冻结在床上的区域。Robin(1976)提出了形成这种冷斑的两种机制。在第一个，他称之为"热泵(图7.6a)，即在高压区形成的水
高磷冷
冰流
低P
冰通过冻结融水而升温
高磷冷
低P
冰通过冻结融水而升温
图7.6。冷斑的形成(Robin, 1976年之后)。(a)从冰面上挤压出来的水向冰川面的边障碍物的液体可能会流失，因此无法在障碍物顶部的低压区重新冻结。(b)障碍物之间压力的微小变化会导致障碍物顶部的巨大变化。
图7.6。冷斑的形成(Robin, 1976年之后)。(a)从障碍物有压力一侧的冰中挤出的水可能会流失，因此无法在障碍物顶部的低压区重新冻结。(b)障碍物之间压力的微小变化会导致障碍物顶部的巨大变化。
两种情况下的平均压力相同:24.2/11 = 2.2 MPa b-D -
10 d -
在熔点降低的凸起的应力一侧，通过三个冰晶相互毗邻形成的静脉从冰中挤压出来(见图8.1)。当这些“冷”冰被运送到凸起的顶部时，那里的压力较小，任何留在冰中的水和沿着的遗留物界面重新冻结，释放出聚变的热量，从而使冰变暖。冰内部的水可能首先结冰，然后是界面处的水。如果存在的水量足够多，就会释放出足够的热量来将冰加热成新的压力融化不冻结界面上所有的水。然而，如果有一些融水从凸起周围逸出，如图7.6a所示，那么界面上的所有水都可能冻结，从而将冰川粘结在床层上。
Robin讨论的第二种机制涉及到凸起之间区域水压的局部增加。因为冰川的重量是恒定的，任何这样的增加都会降低凸起应力侧的压力，那里的压力已经高于平均水平。在图7.6b所示的例子中，凸起之间的面积是凸起面积的10倍。因此，凸起之间的压力每增加0.1 MPa，凸起上的压力就会减少1 MPa，导致压力熔点增加0.7°C。处于压力熔点的冰，在压力较高时温度较低。因此，压力的下降会导致任何存在的水冻结，可能包括冰-岩石界面上的任何水。
除了增加冰川和床层之间的阻力外，这种冷斑块可能是一种有效的侵蚀机制。从冰床上松动下来但没有明显突出在上面的岩石碎片被一层融化膜与冰分开。只要融化膜存在，它们就可能被岩石间的摩擦力困在床层中，这种摩擦力超过了冰通过融化膜所施加的阻力。然而，如果熔体膜被冻结，这些碎片可能被夹带。
围绕上述简单关联理论的使用也存在许多问题。例如，Nye (1973a)指出，在障碍物上的任何一点上，冰通过重新移动通过该障碍物所需的融化速率(或冻结速率)完全由障碍物的几何形状决定，特别是由障碍物面朝向运动方向的倾斜度决定。熔体速率决定了热源和热源，因此温度分布是已知的，因此压力分布也是已知的。融化和冻结的速度也决定了水通量必需的。令人尴尬的事实是，对于正常的床层几何形状，由简单理论预测的压力分布通常不能提供与所需的水通量一致的熔体膜中的压力梯度。为了解决这种差异，必须考虑熔体膜厚度的空间变化和温度梯度。
杂质为关联理论提供了第二个问题。水以融化膜的形式在冰床上的障碍物上移动，可能会吸收来自冰床或冰床和冰之间的岩粉的离子。这些杂质降低了凝固点。因此，在障碍物的背风处的温度比在有障碍物的情况下要低纯水，通过障碍物的温度梯度相应减小(见图7.2)。这降低了通过障碍物的热通量，从而降低了Sr。
当杂质聚集在冷冻水胶片在背风处出现凹凸，发生分馏;一些杂质被形成的冰带走了，而其余的留在熔体膜中。稳态状态是这样一种情况，即薄膜中杂质的浓度是这样的:在冷冻过程中，离子从背风侧的去除速率等于从凸起的应力侧流入水中的离子。这样形成的不纯冰会在下一个合适的冰川下的凸起处融化，周围正在发生再融合，由此产生的不纯融水将获得更多的杂质。经过几次这样的循环，障碍物背风面的水中离子浓度就会高到足以引起沉淀。最常见的这种沉淀物是CaCO3，但也观察到Fe/Mn涂层。Hallet (1976a, 1979b)， Hallet et al. (1978)， Ng and Hallet(2002)对碳酸钙沉淀进行了详细的研究，Hallet (1976b)计算了碳酸钙沉淀的程度基底滑动在一个由单一波长的正弦波组成的假设床上
“哦,
“哦,
图7.7。溶质对滑过正弦凸点速度的影响。(源自Hallet, 1976b.)转载已获作者和国际冰川学学会许可。)
波长,米
波长,米
图7.7。溶质对滑过正弦凸点速度的影响。(源自Hallet, 1976b.)转载已获作者和国际冰川学学会许可。)
熔体膜中不同浓度的CaCOj降低(图7.7)。请注意，在图7.7中，S为最小值的波长(即ac)从无溶质情况下的0.6 m减小到溶质浓度最高时的0.2 m。这是因为溶质降低了重聚过程的效果，有效地将图7.3中的Sr曲线向下移动。
溶质的进一步影响已在与电线的再聚拢实验中观察到(Drake和Shreve, 1973)。随着驱动重定向的应力的增加，导线背风处的压力减小，并可能达到三点压力。这时会形成一个蒸汽袋，温度不能再升高。由于应力侧的温度可以随着压力的增加而继续降低，导线周围的平均温度小于远场温度，热量将从周围流向导线。这增加了熔化的速度，但也意味着在电线高压侧形成的一些融水不会在背风侧重新冻结。随着电线的推进，这些水聚集在口袋里，然后留在冰上，形成尾流。这种过程可能发生在基底剪力牵引相对较大的地区的冰川之下。
最后，基底冰的流变性可能与床层之上的冰有所不同，从而改变了塑性流动的作用，并可能在障碍物的背风处形成空洞。下面将讨论这些影响。
继续阅读:冰下till变形
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