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乌鲁木齐河源冰川雪冰演化研究成果

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:图4.20显示了新雪到细粒雪的变化情况,黑色加粗直线表示竹板。表4.9给出了不同竹板细粒雪到粗粒雪的演化时间。继续跟踪L1,经过约6.5个月,于2004年4月24日发现其被粒雪冰包裹,表明该层粗粒雪已经完成了到粒雪冰的改造。而粗粒雪演化为粒雪冰的时间则跨越了季节,在整个成冰历时中占到85%~97%。表4.10列出了雪-粒雪-粒雪冰各阶段的转化时间。表4.10雪-粒雪-粒雪冰演化时间

乌鲁木齐河源冰川雪冰演化研究成果

1.新雪到细粒雪的演化时间

新雪密实化程度低,转化为细粒雪的时间序列短,在现有竹板变化资料的基础上结合雪层剖面记录即可得到演化时间。图4.20显示了新雪到细粒雪的变化情况,黑色加粗直线表示竹板。由图4.20(a)可得,竹板L18在2003年12月15日位于新雪层,2004年1月31日位于风板,到2004年2月28日即位于细粒雪,说明竹板L18所在雪层到此已经完成了新雪到细粒雪的演变。图4.20(b)给出了夏季的变化情况。具体的转化时间见表4.6。

图4.20 新雪到细粒雪演化示意图

表4.8 新雪到细粒雪的转化时间

由此可见,新雪转化为细粒雪的时间T新→细为1周~2.5个月,有明显的季节差异,夏、冬季所需时间比约1∶11。这是因为夏季气温较高,雪层因接收来自大气中的热量而迅速升温,产生的表面融水垂直下渗,使得粒雪化过程加剧。首先,冬季整个雪层处于稳定的负温状态,主要依靠雪层自身的压力作用,以重结晶的方式成冰,成冰时间较长;其次,新雪密度较小,空隙度大,其垂直压应力大于水分量,因此在重力作用下易发生沉陷。据谢自楚(1969)的研究,沉陷的结果可使粒雪的密度增加到550(或580)kg/m3左右,而夏季融水的出现使晶粒被水膜包裹,增加了晶粒活动的自由度,促发雪的沉陷。

2.细粒雪到粗粒雪的演化时间

本阶段的演化依然可以通过雪层剖面记录得到。如图4.21所示,2003年9月13日竹板L15处于较新的细粒雪层,10月31日该层细粒雪已转化为中粒雪,2004年1月31日观测发现被粗粒雪包裹[图4.22(a)],其间经历了大约4.5个月。图4.21(b)所示的转化发生在春季。表4.9给出了不同竹板细粒雪到粗粒雪的演化时间。

图4.21 细粒雪到粗粒雪演化示意图

表4.9 细粒雪到粗粒雪的转化时间(www.xing528.com)

分析表明:细粒雪转化为粗粒雪的时间T细→粗为20天~4.5个月。该阶段的季节差异也很大,夏、冬季转化时间比约1∶7。然而较之新雪转化为细粒雪,差异有所减小。这是由于比起新雪,细粒雪孔隙度减小,密度增加,粒雪层在重力作用下的垂直向下运动受到制约。此外,由于上覆新雪,夏季融水的作用程度也相对减弱。

3.粗粒雪到粒雪冰的演化时间

粗粒雪在晶粒性质上(硬度、密度、粒径等)与新雪和细粒雪有着较大差异,其密实化程度高,转化时间序列长,雪层相对稳定。粗粒雪层中竹板的位置,基本反映了该雪层的变质程度。本阶段,我们根据前述原理,利用竹板叠加累计的方法计算转化时间。即将具有相同位置的竹板依次替换叠加,累计其变化时间。具体方法如下:

根据竹板资料,首先对竹板L14进行跟踪观测。L14的初始位置位于最新形成的粗粒雪中,距冰面149 cm,经过约11个月的连续变化2004年8月18日到达距冰面98 cm处。在2003年9月13日的资料中找到具有相似雪层位置的竹板L9(距冰面99 cm)。根据前述原理,此时的L9与2004年8月18日的L14具有相近的变质程度。对L9跟踪观测得到其末端位置(2004年8月18日位置,下同)距冰面55 cm,历经约11个月。同理找到具有近似位置的竹板L5(2003年9月21日距冰面55 cm),经过约11个月得到其末端位置距冰面20 cm,具有相似高度的竹板为L1(距冰面的初始距离为18 cm)。继续跟踪L1,经过约6.5个月,于2004年4月24日发现其被粒雪冰包裹,表明该层粗粒雪已经完成了到粒雪冰的改造。ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4分别表示每根竹板的演化时间(如图4.22所示),利用①式即可得到粗粒雪成冰的时间T粗→冰约为40个月。用同样方法依次叠加竹板L15-L11-L7-L3,得到上述过程历时仍为40个月。

粗粒雪转化为粒雪冰的时间是跨越季节的,其转化阶段主要发生在夏季消融期。早期研究通过在典型剖面模拟人工污化融水的下渗过程,得出融水影响的深度可达20 m,因此融水依然是粗粒成冰的主要因素。夏季消融强烈,融水在密度较大、温度较低的粗粒雪层受阻发生冻结并释放潜热,释放的潜热又成为加热该冰层的主要热力来源。冬季低温期,由于粗粒雪所处层位靠下,上覆新雪及细粒雪的压力作用较大,以冷型变质为主。

图4.22 竹板累计叠加示意图

基于上述各阶段的转化时间,利用②式即可得到1号冰川4130 m处成冰年限T新→冰为41~47个月。浮动范围由新雪转化为粗粒雪的季节差异引起。而粗粒雪演化为粒雪冰的时间则跨越了季节,在整个成冰历时中占到85%~97%。这与本项研究中用污化层定年得到的结果(3~4年)十分吻合,与谢自楚(1969)所指的成冰时间(3~5年)亦相似。表4.10列出了雪-粒雪-粒雪冰各阶段的转化时间。

表4.10 雪-粒雪-粒雪冰演化时间

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