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The Creep of NaCl-Doped Ice Monocrystals

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

N. W. Riley
Affiliation:
Department of Mechanical Engineering, University of Birmingham, Birmingham B15 2TT, England
G. Noll
Affiliation:
Department of Physics, University of Birmingham, Birmingham B15 2TT, England
J. W. Glen
Affiliation:
Department of Physics, University of Birmingham, Birmingham B15 2TT, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Monocrystals of ice grown from NaCl solutions (concentration 5 X 10–4 to 10–2 mol/l) have been tested in creep at —10°C by basal glide. The maximum resolved shear stress ranged from 0.6 to 2.5 bar. The resulting creep curves show a deceleration, that is, the creep rate decreases with time. At the highest concentration the creep is essentially transient; the strain tends to a fixed value. This is unlike the behaviour of similarly orientated monocrystals of pure ice or of ice grown from solutions of other dopants so far reported in the literature.

The possible causes for this behaviour are discussed and the implications for the mechanical properties of polycrystalline ice, and in particular sea ice and glacier ice, are described.

Résumé

Résumé

Des monocristaux de glace obtenus par croissance à partir de solutions de NaCl (concentrations 5X 10–4 à 10–2 mol/l) ont subit des essais de fluage à -10°C, le plan basai étant le plan de glissement. La valeur maximale de la contrainte réduite est comprise entre 0,6 et 2,5 bar. Les courbes de fluage obtenues montrent une décélération c'est-à-dire une diminution de la vitesse de déformation au cours du temps. Aux concentrations les plus élevées, il y a essentiellement un fluage transitoire: la déformation tend vers une valeur limite. Ce comportement est très différent de celui de monocristaux de même orientation de glace pure ou de glace dopée avec d'autres composés tel qu'il est indiqué dans la littérature.

Les origines possibles de ce comportement sont discutées et les explications quant aux propriétés mécaniques de la glace polycristalline (en particulier de la glace de mer ou de glacier) sont décrites.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eis-Kinkrislalle, die aus NaCl-Lösungen (Konzentration 5 x 10–4 bis 10–2 mol/l) gezüchtet wurden, wurden im Kriechversuch bei -10°C durch basale Gleitung verformt. Die maximale Schubspannung in der Gleitebene erstreckte sich von 0,6 bis 2,5 bar. Die gewonnenen Kriechkurven zeigen ein verzögertes Kriechen, d.h. die Kriechgeschwindigkeit nimmt mit der Zeit ab. Bei der höchsten Konzentration findet man im wesentlichen ein Übergangskriech-verhalten; die Verformung strebt einem festen Wert zu. Dies ist vom bisher in der Literatur beschriebenen Verhalten ähnlich orientierter Einkristalle aus reinem Eis oder von Eis aus Lösungen anderer Dotierungsstoffe verschieden.

Die möglichen Ursachen für dieses Verhalten werden besprochen, und die Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften von vielkristallinem Eis, im besonderen von Meereis und Gletschereis, wird beschrieben.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1978
Figure 0

Table 1. Dopant Concentrations in the Mother Solution and in the Crystals

Figure 1

Fig. 1. Creep curves of ice momcryslals grown from. NaCl solutions, concentration c0 of mother solution between 5*10–4 to 1*10–2 mol/l, temperature -10°C, maximum resolved shear stress τ=2.5 bar.

Figure 2

Fig. 2 Creep curves for ice monocrystats grown from NaCl solutions with concentration c0 of the mother solution 10–2 mol/l . One crystal was loaded in two steps, the maximum resolved shear stress, originally 0.6 bar,was increased after 1h to 1.2 bar. The other crystal had a constant load for which τ= 1bar.