一个解冻unlithified沉积物bedglaciological含义
很大一部分直接衬底的床底中纬度冰原的最后一个冰河时期是厚unlithified沉积物组成的序列而不是石头。柔软的床已经被许多研究的主题在过去25年以来首次承认他们的意义。他们已经被证明是进而丰富,结果仍然是一个非常活跃的研究和争论的来源。因此重要的是要注册什么,一直在猜测什么,剩下的主要问题是在确定他们的角色在牵引床的冰川和一代的。(到这一术语经常被滥用在冰河学文献引用积极变形subsole材料。术语应该被限制在一个沉积沉积物,沉积物在运输。变形subsole材料称为变形沉积物,变形层或变形subsole推覆体)。
1在每一个场合下水井通过或者挖掘现代冰川发现unlithified沉积物立即低于冰川唯一和测量已经能够检测变形,他们已经这么做了。在大多数情况下,他们报告变形层的厚度不大于约0.3 - -0.65米(博尔顿& Hindmarsh说他是1987,0.38 - -0.45米;布莱克,1992年,0.3;汉弗莱et al ., 1993年,0.65;艾弗森et al ., 1994年,0.35;
冰川 |
碎片体积 |
碎片区 |
潜在的融化 |
源 |
浓度(%) |
厚度(m) |
直到厚度(m) |
南极东部边缘 |
他一直 |
15 |
0 - 1.8 |
Yevteyev (1959) |
南极伯德的核心 |
7 |
4.8 |
0.34 |
麻醉品et al。(1979) |
营的世纪,格陵兰岛 |
0.1 |
15.7 |
0.016 |
赫伦& Langway (1979) |
Nordenskioldbreen斯匹次卑尔根 |
40 |
0.4 |
0.16 |
博尔顿(1970) |
巴恩斯冰帽,巴芬 |
6 - 10 |
8 |
0.048 - -0.08 |
Barnett & Holdsworth (1974) |
Breidamerkurjokull、冰岛 |
50 |
0.15 - -0.3 |
0.075 - -0.15 |
博尔顿et al。(1974) |
Breidamerkurjokull、冰岛 |
8 - 10 |
0.05 - -0.2 |
0.004 - -0.02 |
博尔顿(1979) |
奴,阿拉斯加分散的相 |
0.04 - -8.4 |
0.2 8 |
> 0.0008 |
劳森(1979) |
奴,阿拉斯加分层相 |
-74 - 0.02 |
3日- 15日 |
> 0.006 |
劳森(1979) |
冰川d 'Argentiere,法国 |
43 |
0.02 - -0.04 |
0.009 - -0.017 |
博尔顿et al。(1979) |
片、冰岛 |
15-31 |
2 - 5 |
0.3 - -1.55 |
Humlum (1981) |
Bondhusbreen、挪威 |
0.39 |
5 |
1.95 |
哈根et al . (1983) |
瓦、巴芬岛 |
14-57 |
0.8 - -2.9 |
> 0.4 |
Dowdeswell &夏普(1986) |
基于数据编制的科克布莱德(1995)
基于数据编制的科克布莱德(1995)
图2.5冰川下的剪切变形的例子。(a)剪切褶皱的底部Whitevale厚到单位,多伦多,潜在的砂质沉积物已经并入到由于局部应力集中,导致褶皱,随后被简单的剪切应变减毒。(b)积累一系列个人折叠单位(1 - 5)直到Sangaste附近,爱沙尼亚。个人折叠代表累积沉积连续变形的视野的完整性和内部的应变模式由个人折叠单位反映。不连续剪切飞机各个单位之间发生。有一个薄区均质沉积物的底部,但低于这个,原始沉积床上用品被干扰相对较少。
图2.5冰川下的剪切变形的例子。(a)剪切褶皱的底部Whitevale厚到单位,多伦多,潜在的砂质沉积物已经并入到由于局部应力集中,导致褶皱,随后被简单的剪切应变减毒。(b)积累一系列个人折叠单位(1 - 5)直到Sangaste附近,爱沙尼亚。个人折叠代表累积沉积连续变形的视野的完整性和内部的应变模式由个人折叠单位反映。不连续剪切飞机各个单位之间发生。有一个薄区均质沉积物的底部,但低于这个,原始沉积床上用品被干扰相对较少。
博尔顿et al ., 2001,一般< 0.5米;艾弗森et al ., 2003年,> 0.4)。例外的发现Truffer et al。(2000)表明,谁的滑脱面变形必须躺床上的深度大于2米以下冰川唯一。
二是共同找到剪切并拖动折叠结构反映出纵向剪切变形在沉积物沉积前冰川和冰盖(哈特,1995 b;Benn &埃文斯,1998;博尔顿和多臂机,1998)。一些证明冰川下的剪切变形深度几米的(见图2.9)。这样的折叠往往深处,然而,本地化,可能只是反映了局部应力集中和屏蔽本地导致变形的剪切运动,下降到比正常的深处。找到结构是更常见的折叠包薄得多,测量厚度相似的主动变形的视野(图2.5)。经常发现折叠高度减毒等货架组成大量的褶皱包和石香肠(Benn &埃文斯,1996),似乎已经积累的顺序在另一片之上(图2.5 b)而不是代表一个“冻结”的变形。
3的粗糙度冰川床基本重要的滑脱构造的过程。沙床的有效粗糙度是相当不同的岩床。是否发生滑脱构造对其表面或冰滑内部变形,表面粗糙度剪切面主要是在极其细微的或submillimetric谷物和偶尔的规模度量规模的大型碎屑(如果存在)而不是在10 - 100粗糙度顺利侵蚀岩床的规模。因此,滑脱构造的主要方式是通过冰滑复冰(Weertman, 1957)在个人谷物,或通过一粒一粒对沉积物中变形运动。塑性流动的冰,主导尺度> 10厘米
1米,相对不重要,与基岩表面占主导地位。然而,唯一的直接研究冰川在温带山谷冰川(Kamb & LaChapelle, 1964;博尔顿et al ., 1979)表明,在大部分研究为数不多的情况下,唯一由debris-rich地平线的基底几厘米,唯一与冰川形成一个冷冻沉积物地毯。似乎在这些情况下,冰川唯一及其之间的任何滑动床并不发生在ice-sediment联系但sediment-sediment接触。像其他颗粒沉积物、水压力将是一个失败的基本决定因素,在冰川的独家或底层沉积物。
4费舍尔&克拉克(1997)展示了粘滑运动行为的冰川底部滑动发生在冰川时期唯一最高的水压力,滑脱是转移到沙床水压力下降(参见艾弗森et al ., 2003)。图2.6显示了6小时累计冰川下的剪应变增量的模式记录的应变标记(也水压力传感器)在冰川下的沉积物(博尔顿et al ., 2001)。应变集中在冰川唯一(传感器在0和0.1之间)在水压力峰值和下级(0.1至0.3米,或0.3和0.5米)期间降低水压。图2.7表明这可能是怎么产生的。Tulaczyk Piotrowski &(1999)和Piotrowski(本卷,第9章)已经表明,有可能也是一个空间分区之间的变化基底滑动和沉积物变形。博尔顿(1987)表明,沉积物变形的可能性也会被减到最小,摩擦对鼓丘up-glacier部分的最大化,这将是“粘点”(Whillans, 1987)冰川床,interdrumlin区容易变形。
5有效冰川沉积物变形下的流变行为是一个具有相当大的争议。博尔顿和琼斯(1979)认为伴侣——库仑破坏准则
朱利安•天
朱利安•天
距离-米
图2.6 (a)六小时的纵向剪切应变测量模式下Breidamerkurjokull,冰岛(博尔顿et al ., 2001)。菌株在天最大的252年、254年和255年,也是天的相对较高的水压力。几个模式的应变发生。大多数菌株似乎是由基底滑动在12.00小时252天,254年和255年(高和增加水压力的时期),而在18.00小时每一天大多数菌株似乎发生在0.1和0.3之间米深度。显著的应变发生在0.5和1.0之间m在254年和255年。(b)进步净累积应变从250 - 261天。虽然详细的短期模式各有不同,如(一)所示,净效应是一个简单的模式,大约一半的应变是由沉积物由基底滑动变形,一半。在x和y,例如,几乎所有的净压力基底滑动。
距离-米
图2.6 (a)六小时的纵向剪切应变测量模式下Breidamerkurjokull,冰岛(博尔顿et al ., 2001)。菌株在天最大的252年、254年和255年,也是天的相对较高的水压力。几个模式的应变发生。大多数菌株似乎是由基底滑动在12.00小时252天,254年和255年(高和增加水压力的时期),而在18.00小时每一天大多数菌株似乎发生在0.1和0.3之间米深度。显著的应变发生在0.5和1.0之间m在254年和255年。(b)进步净累积应变从250 - 261天。虽然详细的短期模式各有不同,如(一)所示,净效应是一个简单的模式,大约一半的应变是由沉积物由基底滑动变形,一半。在x和y,例如,几乎所有的净压力基底滑动。
粘滑运动和水压力循环
-
- 水压力下降。冰/床耦合增加。更少的滑动,更多的变形。水压力下降进一步扩张。
扩张地平线巩固,进一步冰锁/床。胀性剪切带下降。
哎呀nOOoQ
扩张地平线巩固,进一步冰锁/床。膨胀变形的剪切带下降。
-
- 水压力下降到低于临界水平的失败。纵向应力积聚,后来公布的滑动。
滑动
沉积物变形-
没有变形
图2.7表明粘滑运动过程的解释在图2.6。
在此设置里亚尔。(1987)发现,博尔顿和欣德马什非线性粘性法或宾汉固体法适合七个数据点相关的有效压力从平均剪切应力计算重力驱动压力。许多后续的田间试验(Kamb, 1991;胡克et al ., 1997;Tulaczyk et al ., 2000)和实验室实验(艾弗森et al ., 1998)表明,变形沉积物(前情况下),直到(后者)显示塑料行为可以被描述使用库仑破坏准则。异常的是,这样的故障判据,如果适用,例如,图2.4所示的设置,在有效压力至少立即冰川下鞋底,预测失败一层剪切带的实验Hooyer &艾弗森(2000 b)建议不应超过20毫米的厚度,立即在冰川的独家。然而,典型的变形测量厚度的视野(1)超过一个数量级大,和垂直压力剖面(图2.6 b)是一个粘性材料的特征。Tulaczyk碎屑联锁(1999)将创建一个剪切带的碎屑直径10 - 15倍,但即使在大多数货架之间的联锁一般只可能是极其细微的颗粒。几点建议,协调这些数据:
(1997)•欣德马什认为塑料流变学在大尺度上可能出现粘性,虽然未能表明小规模可塑性的过程转化为大规模的粘度。
•博尔顿&多臂机(1998)和艾弗森&艾弗森(2001)表明,短期的水压波动如2.4图所示。可能产生垂直变化的位置库仑失败,所以他们总time-integrated变形的一种粘性见图2.6 b,以及粘滑运动行为图2.6所示。艾弗森和艾弗森(2001)简化这样累积变形的法律形式:
其中e是应变率,是一个常数,P是冰压力,S是沉积物强度、内摩擦系数m, N是有效压力和t是剪切应力。图2.7还显示了如何本地化失败和扩张可以取代的位置没有任何外部水压力的变化。
•福勒(2002)注意到了一个更基本的问题:速度场的无约束的性质完全塑性行为。因此,至关重要的问题:如何沉积物床产生阻力冰川流;流变学什么和流法律应该应用于sediment-floored冰原吗?
很明显,冰川下的液压政权,它的时间依赖性,根本重要性的冰川下的沉积物床的行为。等相对较细粒度的材料,直到clay-silt-sand矩阵,高孔隙水压力产生很低的有效压力足够显著减少联锁和收银台的力量。软沉积物床因此从根本上不同的岩床上的持续高水压力,造成排水不畅,可以维持一个状态中,联锁差,床常年提供的摩擦阻力小于屈服强度的冰,和低剪切应力流可以在长期内持续。几个活跃的南极西部冰盖的冰流似乎反映这种状态(例如巷
图2.8头的模式分布沿着彩屏部分模仿冰盖下的淤泥透镜对10-8ms-1 (k)和粘土透镜(k 10-9ms-1)躺在厚厚的桑迪单位。有一个相对较小的水平梯度和无关紧要的垂直梯度在沙滩上由于其高导电性,但有很强的垂直梯度的粘土和淤泥镜头从冰川水通过它们到底层桑迪含水层。在ice-bed接口,有效压力和摩擦会沿着一个ice-sand界面高,低的ice-silt ice-clay界面接口和更低,具有较强的区域变化的剪切强度和剥离的本质在ice-bed接口。粗线在粘土透镜代表每隔100 kPa。
图2.8头的模式分布沿着彩屏部分模仿冰盖下的淤泥透镜对10-8ms-1 (k)和粘土透镜(k 10-9ms-1)躺在厚厚的桑迪单位。有一个相对较小的水平梯度和无关紧要的垂直梯度在沙滩上由于其高导电性,但有很强的垂直梯度的粘土和淤泥镜头从冰川水通过它们到底层桑迪含水层。ice-bed接口,有效压力和摩擦会沿着一个ice-sand界面高,低的ice-silt ice-clay界面接口和更低,具有较强的区域变化的剪切强度和剥离的本质在ice-bed接口。粗线在粘土透镜代表每隔100 kPa。
冰盖终点站公里距离
冰盖终点站距离公里et al ., 1987;范·德·维恩Whillans & 1997)和部分更新世冰川似乎这样做(马修斯,1974;博尔顿和琼斯,1979)。时间水压力的变化可能会造成明显的粘性行为冰川下的沉积物(1997年,看到欣德马什)。也可能导致分区之间的应变ice-bed接口和沉积物由于其影响程度之间的联锁冰川唯一和底层沉积物(艾弗森et al ., 1995)。有人建议Tulaczyk Piotrowski & (1999) sediment-floored冰川下的床可能是一个东拼西凑的区域集中在ice-bed滑界面和区域更大比例的向前移动的冰川是占在沉积物变形。任何此类拼凑可能通过时间改变由于季节和昼夜变化,表面水的注入点的变化,和当地床水力几何形态的变化会改变排水路径和有效压力。
图2.8说明了摩擦的冰川底部可以改变由于不同geohydrological属性在床上。水的冰荷载和通量底部的冰川已经规定,有冰川下的床的电导率和磁导率的依赖有效的压力。结果表明细粒度低电导率沉积物质量上覆高导电层可以在本地有效减少压力和摩擦阻力在床上。
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