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Permeability, Brine Content and Temperature of Temperate Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

L. Lliboutry*
Affiliation:
Laboratoire de Glaciologie du C.N.R.S., 2, rue Très-Cloîtres, 38 Grenoble, France
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Abstract

A temperate glacier is defined as a glacier containing liquid inclusions in which the concentration of salts is not too high. Nevertheless these salts suffice to produce a depression in temperature comparable with that due 10 the pressure, and much greater than that due to interfacial energies. Because of this a large part of the liquid water present in the ice is not mobile, contrary to the theory of Nye and Frank. Deformation and recrystallization is bound to close off capillary intergranular channels, for glacier ice is usually impermeable. An explanation is given of why firn, at a depth which the annual cold wave does not reach, is nevertheless transformed relatively suddenly into practically impermeable ice. Saline inclusions will migrate with a velocity inversely proportional to the potential temperature (difference from the melting point of pure ice at the pressure in question) and proportional to the gradient of this potential temperature. This velocity, the salinity, the liquid water content, and the ice temperature, parameters which are all functions of the depth, are calculated for a steady state in a stagnant or moving glacier. Under the action of anisotropic stresses, isolated inclusions perpendicular to the maximum compressive stress will enlarge at the expense of their neighbours. If however the two inclusions are connected by a capillary channel, no enlargement occurs, but instead the salt content decreases, evacuated to the other inclusion. This process would constitute an objection to the theory of glacier sliding by melting and refreezing around small obstacles, unless new subglacial mechanisms were to occur.

Résumé

Résumé

Une glace tempérée est définie comme une glace renfermant des inclusions liquides dont la concentration en sels n’est pas trop forte. Ces sels suffisent néanmoins pour provoquer un abaissement de température aussi important que celui dû à la pression, beaucoup plus que celui dû aux énergies interfaciales. De ce fait une grande partie de l’eau liquide présente dans la glace n’est pas vadose, contrairement à la théorie de Nye et Frank. Déformation et recristallisation doivent obturer les canaux capillaires entre les grains, car la glace de glacier est généralement imperméable. Les inclusions salines migrent à une vitesse inversement proportionnelle à la température potentielle (différence avec la température de fusion de la glace pure sous la pression considérée) et proportionnelle au gradient de cette température potentielle. Cette vitesse, la salinité, la teneur en eau liquide et la température de la glace, paramètres tous fonction de la profondeur, sont calculés pour un état de régime, dans un glacier stagnant ou en mouvement. Sous l’effet des contraintes anisotropes les inclusions isolées perpendiculaires à la compression maximale grossissent aux dépens de leurs voisines. Lorsque deux inclusions communiquent par un canal capillaire il n’y a pas grossissement, mais disparition des sels, évacués vers l’autre inclusion. Ce processus constituerait une objection à la théorie du glissement par fonte et regel contre les petits obstacles, si on ne faisait pas intervenir de nouveaux mécanismes sous-glaciaires.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Ein temperierter Gletscher ist definiert als Gletscher mit flüssigen Einschlüssen, in denen die Salzkonzentration nicht allzu hoch ist. Trotzdem genügen die Salze zu einer Absenkung der Temperatur, die mit der drurkabhängigen Absenkung vergleichbar, jedoch viel grüsser als jene ist. die durch Energieaustausch zwischen den Ebenen hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde ist im Gegensatz zur Theorie von Nye and Frank ein grosser Teil des im Eis vorhandenen Wassers nicht beweglich. Deformation und Rekristallisation müssen die kapillaren Kanäle zwischen den Körnern verschliessen, da Gletschereis normalerweise undurchlässig ist. Eine Erklärung dafür wird gegeben, warum Firn in einer Tiefe, die von der jährlichen Kältewelle nicht erreicht wird, trotzdem verhältnismässig schnell in praktisch undurchlässiges Eis umgewandelt wird. Salzige Einschlüsse wandern mit einer Geschwindigkeit, die umgekehrt proportional zur potentiellen Temperatur (Differenz zum Schmelzpunkt reinen Eises unter entsprechendem Druck) und proportional zum Gradienten dieser potentiellen Temperatur ist. Diese Geschwindigkeit, die Salzhaltigkcit, der Gehalt an flüssigem Wasser und die Eistemperalur,—Parameter, die alle von der Tiefe abhängen—werden für einen stagnierenden oder bewegten Gletscher in stationärem Zustand berechnet. Unter der Einwirkung von anisotropen Spannungen vergrüssern sich isolierte Einschlüsse rechtwinklig zum Maximum der Druckspannung auf Kosten ihrer Nachbarn. Wenn jedoch die beiden Einschlüsse durch einen kapillaren Kanal verbunden sind, tritt keine Yergrösscrung auf, sondern stattdessen nimmt tier Salzgehalt durch Abwanderung in den anderen Einschluss ab. Dieser Prozess würde gegen die Theorie des GSetscbergleitcns durch Schmelzen und Wicdergefneren an kleinen Hindernissen sprechen, es sei denn, dass neue subglaziale Mechanismen auftreten würden.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1971
Figure 0

Table I. Reported values of salt concf.mtratîon in snow precipitation

Figure 1

Fig. 1. Différent types of liquid inclusions in polycrystalline ice

Figure 2

Fig. 2. Separation of capillary channels by air bubbles