Hostname: page-component-74656f9884-g96k6 Total loading time: 0 Render date: 2026-11-11T02:07:09.411Z Has data issue: false hasContentIssue false

An Experimental Study of Temperature-Gradient Metamorphism

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

D. Marbouty*
Affiliation:
Centre d’Études de la Neige, Établissement d’Études et de Recherches Météorologiques, Direction de la Météorologie, Domaine Universitaire, B.P. 24, 38402 Saint-Martin-d'Héres’, France
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Abstract

The present study was carried out with a view to quantifying the effects of the main parameters ot temperature-gradient metamorphism. Cold-room simulation tests showed crystal growth to be an increasing function of the temperature-gradient modulus with a lower limit of around 0.25 deg/cm. This growth also proved to be a function of temperature itself reaching a maximum at around –5°C Furthermore the shape of depth-hoar crystals was also shown to depend on temperature and to resemble approximately that obtained when crystals are formed in the atmosphere. Temperature-gradient metamorphism is observed to take place at constant density. Increase in crystal size is a decreasing function of density with a lower limit of around 150 kg/m3, below which destructive metamorphism occurs accompanied by packing (similar to ET metamorphism): the upper limit is situated at approximately 350 kg/m3 and no depth-hoar crystals occur above this value. The series of Cold-room simulations enabled a highly simplified model of crystal growth to be constructed.

Résumé

Résumé

Cette etude a été menée dans le hut de metter en évidence l'influence quantitative, sur la metamorphose de gradient, des principaux paramétres dont elle dépend. Pour cela nous avons procédé á des simulations en chambre froidc. Nous avons ainsi pu vénfier que le grossissement des cristaux est une fonction croissante du module du gradient de temperature avec une limite inféricure vers 0,25 deg/cm. Ce grossissement est également fonction de la temperature elle-méme avec un maximum vers - 5°C. De plus la forme des cristaux de givre de profondeur depend de cette méme température et l'on retrouve approximativement les formes générales obtenues lors de la croissance des cristaux dans l'atmosphére. La metamorphose de gradient se déroule á densité constante. Le grossisse- ment des cristaux est une fonction décroissante de la masse volumique avec une limite inférieure vers 150 kg/m3 en dessous de laquelle il se produit d’abord une metamorphose destructive avec tassement (semblable á une métamorphose d'isothermie)et une limite supéricure vers 350 kg/m3 au dessus de laquelle on n’obtient plus de cristaux de givre de profondeur. Toutes ces simulations nous ont permis de batir un modèle très simple de grossissement des cristaux.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die vorliegende Studie wurde unter dem Aspekt der Quantifizierung des Einflusses der Hauptparameter fur die Metamorphose unter einem Temperaturgefalle angestellt. Simulierte Tests in der Kaltekammer zeigten dass das Kristallwachstum eine steigende Funktion des Moduls des Temperaturgradienten ist, deren untere Grenzc bei etwa 0,25 deg/cm liegt. Dieses Wachstum erwies sich auch als Funktion der Temperatur selbst. mit einem Maximum bei etwa -5°c Weiterhin liess sich zeigen, dass die Form der Kristalle von Tiefenreif ebenfalls von der Temperatur abhángt; sie ähnelt etwa der, die bei Kristallbildung in der freien Atmosphäre auftritt Metamorphose unter Temperaturgefälle findet bei konstanter Dichte statt. Die Zunahme der Kristallgrosse ist eine abnehmende Funktion der Dichte mit einer unteren Grenze von etwa 150 kg/m3 unterhalb derer eine destruktive Metamorphose, verbunden mit Setzung (ähnlich der isothermen Meta- morphose) eintritt. Die obere Grenze liegt bei ungefähr 350 kg/m3; die Serie der Simulationen in der Kältekammer erlaubte den Aufbau eines stark vereinfachten Modells fur das Kornwachstum.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Author(s) 1980 
Figure 0

Fig. 1. Diagram showing a simulation box.

Figure 1

Fig. 2. Photographs of crystals obtained as a function of temperature gradient.

Figure 2

Table I. Mean grain diameter (in mm) after 26 d versus TEMPERATURE GRADIENT AT TWO DIFFERENT TEMPERATURE LEVELS

Figure 3

Fig. 3. Density distribution versus grain type.

Figure 4

Fig. 4. Variation in grain-size versus initial density and temperature.

Figure 5

Fig. 5. Effect of temperature-gradient metamorphism versus the initial crystal.

Figure 6

Fig. 6. Example of transformations of a naturally stratified sample.

Figure 7

Table II. Crystal size (relative value of mean diameter) versus temperature

Figure 8

Fig. 7. Examples of characteristic shapes of depth-hoar crystals.

Figure 9

Fig. 8. Depth-hoar crystals at various stages of development showing the gradual appearance of striations.

Figure 10

Fig. 9. Graphs depicting the functions f, g, h, and φ of the temperature-gradient metamorphism model.

Figure 11

Fig. 10. Results of simulation tests. The straight line is the result given by the model. The dots represent the measurements on each sampling. The crosses show the observer’s estimates. All these results correspond to the level –10°C.