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Thermoluminescence Techniques in Determination of the Stress and Crystallization History of Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

E. J. Zeller
Affiliation:
Department of Geology, University of Kansas, Lawrence, Kansas
L. B. Ronca
Affiliation:
Department of Geology, University of Kansas, Lawrence, Kansas
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

A series of glow-curve measurements were made to determine the general nature of the thermoluminescence of natural ice. The curves were made by subjecting the samples to ultraviolet radiation from a quartz-envelope mercury arc lamp while keeping the samples at liquid air temperature. The samples were then heated by passing a stream of air over the sample container. The resultant rise in temperature is non-linear but is nearly uniform from run to run. The light emitted was measured by the microphotometric portion of the standard apparatus for determination of mineral thermoluminescence.

Curves were obtained on samples collected from the ice tunnel in the ice cap at Jungfraujoch and from freshly fallen and old snow at Bern in Switzerland. A systematic variation in glow-curve shape was found. This variation appears to be directly related to the stress history of the ice. Ice which has been subjected to high shearing stress can he readily distinguished from ice which has not.

Résumé

Résumé

Une série de courbes d’incandescence a été enrégistrée pour étudier la nature générale de la thermoluminescence de la glace naturelle. Les échantillons ont été mis à la température de l’air liquide et irradiés par la lumière ultraviolette d’une lampe à mercure avec fenètre de quartz. Pour obtenir une courbe le récipient contenant l’échantillon a été chauffé par un courant d’air. L’augmentation de la température n’était pas linéaire, mais elle ne variait pas d’une courbe à l’autre. La lumière émise a été mesurée par la partie microphotométrique de l’appareil standard pour la détermination de la thermoluminescence des minéraux.

Des courbes ont été obtenus pour des échantillons pris dans la galerie du glacier du Jungfraujoch et des échantillons de neige fraîche et ancienne dc Berne. Une variation systématique de la forme des courbes a été trouvée. Cette variation apparaît étre en relation directe avec l’histoire de la déformation de la glace. La glace qui a été soumise à de grandes tensions de cisaillement peut facilement être distinguée de l’autre glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Es wurde eine Serie von Glowkurven aufgenommen, um die allgemeine Natur der Thermolumineszcnz von natürlichem Eis zu bestimmen. Die Proben sind unter einer Quarz-Quecksilberdampflampe der Ultraviolettstrahlung ausgesetzt worden, wobei sie unter Temperatur der flüssigen Luft gehalten wurden. Die Proben wurden dann erwärmt, indem man einen Luftstrom über den Probenbehälter leitete. Der resultierende Temperaturanstieg ist nicht linear, jedoch von Aufnahme zu Aufnahme fast gleichförmig. Das emittierte Licht wurde mit der Standardapparatur zur Bestimmung der Thermolurnineszenz von I Iineralen geniessen.

Es wurden Kurven von Proben erhalten die im Eistunnel des Gletschers am jungfraujoch gesammelt worden sind, sowie von frisch gefallenem und altem Schnee von Bern (Schweiz). Es konnte eine systematische Variation der Glowkurvenform festgestellt werden. Diese Variation scheint in direkter Beziehung zur Druckgeschichte des Eises zu stehen. Man kann leicht unterscheiden, ob Eis hohen Scherkräften ausgesetzt war oder nicht.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1963
Figure 0

Fig. 1.The glow-curves of the different ice samples. The temperature in degrees centigrade is plotted on the horizontal axis, the light intensity in arbitrary units on the vertical axis. Curve a: ice frozen with liquid air. Curve b: fresh snow. Curve c: snow, two months old, showing recrystallization. Curve d: frost crystals from a crevasse. Curve e: clear ice crevasse filling. Curve f: compacted firn. Curve g: glacier ice with randomly distributed air bubbles. Curve h: glacier ice with aligned air bubbles and flow structures. Curve i: glacier ice at contact with bedrock, showing shear and flow structures

Figure 1

Fig. 2.A is the glow-curve of argificially frozen ice; B, of the same sample immediately after pressure has been applied, and C, 15 days after application of the pressure. The three curves have been normalized with the −190° C. peak height being made equal to one. The actual intensity from the pressed sample is about 130 times larger than the intensity from the unpressed sample

Figure 2

Table IRatio of height of −140° C. Peak to height of −190° C. Peak in Glow-Curves of Various Ice Samples