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\ begingroup美元

维基百科上关于“南极冰盖上面写着:

南极洲的结冰开始于4550万年前始新世中期,并在3400万年前始新世-渐新世灭绝事件期间升级。

这篇文章后来说:

冰通过降水以雪的形式进入冰盖。然后,这些雪被压实形成冰川冰,在重力作用下向海岸移动。

然而,从南极洲的照片来看,这种冰向海岸的转移并不是在南极洲的每个地方都发生的。更确切地说,许多地方似乎一直被古老的冰层覆盖着。

如果降水在各地以连续的速度循环,那么就不可能获得150万年前的核心样本(根据《自然》杂志的一篇文章)或覆盖古老湖泊的沃斯托克站等结构。

一个类似的位置是圆顶F根据维基百科的说法,那里的年降水量约为25毫米(毫米;约。0.98英寸)。

所以问题是,如果我们每年有25毫米的降水,即使只有1000万年,我们应该有250公里厚的冰层。或者如果只有500万年的时间跨度,它应该会给我们带来125公里厚的冰层。

合理地说,我们可以允许一些冰的压缩,但仍然要记住,我们这里讨论的不是中子星。

为什么现在的南极冰盖只有几英里厚呢?

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  • \ begingroup美元 南极洲实际上有多少降水?更重要的是,有多少让它远离内陆。 \ endgroup美元
    - - - - - -约翰
    2017年7月12日5:29
  • \ begingroup美元 @John,当然,降雨量因地区而异,但例如,对于圆顶F的位置,我的问题中已经说明了降雨量。 \ endgroup美元
    - - - - - -neo
    2017年7月14日1:13

4答案4

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\ begingroup美元

冰在重力作用下向低海拔方向漂浮,这种流动一直持续到冰盖底部开始漂浮,形成冰架或冰山。

由于冰下地形、基底融化和物质平衡,流速变化较大,流出速度较快的是冰川。这种模式在某种程度上类似于河流如何将雨水输送到海岸。

冰盖的厚度是由一种复杂的关系控制的积累消融和压实。

流速测量,从南极洲绘制措施(NASA),绘制自Quantarctica

冰速图显示,一些地区没有受到流向海岸的冰流的影响。其中一些地区是无冰的。在一些内陆地区,比如沃斯托克,速度也非常慢。同样,注意这是表面速度。在底部,冰的流动速度较慢,或者根本不流动。

为了进一步研究质量平衡,我建议您下载Quantarctica仔细看看这些数据集。Shepherd等人(2012)是用来估计冰质量变化和目前变化的方法的良好开端。

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    \ begingroup美元

    一个值得考虑的有趣点来自于你对降水速率恒定的假设。许多地球系统过程具有非平凡的随机变化(或高维混沌)。考虑冰的质量守恒:

    冰层厚度的变化=(降水,质量)-(选择你喜欢的过程,质量)。

    (质量输入)和(质量输出)过程在空间和时间上都具有显著的随机可变性。当你对一个随机变量积分时,一件特殊的事情发生了:你得到了一个随机游走。下图显示了5个随机游走

    随机漫步
    (来源:Jburkardt在people.sc.fsu.edu

    注意到几个不同的随机漫步是如何随着时间分散开来的吗?随机漫步的性质是,所有漫步的标准差,随时间的平方根增长。例如,在给定的时间点上,所有位置的扩散,与时间的平方根成比例地增长。如果随机漫步不是随机的,而是一个常量,你会得到一条直线(这就是你描述的情况)。

    因此,这是第一点:恒定的降水量会导致冰厚线性增加,并且没有限制地增长。通过加入一些随机性来更好地接近自然,冰厚增长的速率是随时间的分数而不是线性的。真正的随机漫步仍然是无界的,所以很明显存在一些在之前文章中提到的负反馈机制。

    第二点(实际上回答了你的问题)。由于这是一个二维表面,你可以将冰川地形建模为二维随机场。在没有强迫的情况下,冰川地形的动力学实际上是一个扩散方程。一个随机的强制扩散表面有一个自然的(或内部的)截止长度尺度,或者超过这个尺度冰就不会生长。然而,这个截止尺度将是冰表面扩散率的函数,而不是系统和强迫之间的反馈机制。所以这就是说,它可能是一个反馈机制,或者它可能是由系统的材料特性内部设置的。我去看看有没有人写过这方面的论文。

    下图显示了一个2D随机场的示例。我不知道它到底是怎么产生的,但它基本上是一种你会从二维随机扩散方程中得到的解。

    二维随机噪声

    \ endgroup美元
      3.
      \ begingroup美元

      一方面是沉淀,另一方面是升华和流出。冰直接蒸发成水蒸气,尤其是在夏天。冰越厚,由于上覆冰的重量,冰底部的压力越大,因此流出的速度也就越快。冰越厚,降水越少,因为冰盖上的大气越少。在250公里厚,甚至125公里厚的冰盖底部的压力将是如此之大,以至于流出的速度将比现在快得多,甚至远远超过目前每年大约1英寸的平均降雨量。事实上,对于如此厚的冰盖,降水将为零,因为它的高度将高于任何可观测到的大气。即使忽略升华和流出,冰盖也不可能达到125公里的厚度,更不用说250公里了,因为在达到这样的厚度之前,冰盖上的降水早就消失了。

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        \ begingroup美元

        根据“冰盖模型”

        冰表现为一种可变形的塑性材料,这意味着存在一个临界剪切应力,低于此应力不会发生应变(变形或流动)……如果边坡过低,基底剪应力与临界剪应力不匹配,…但随着雪的堆积…流程将开始. ...其结果是冰川具有平衡剖面

        基于这一理论的简化模型得出,高度的增长近似为到边缘距离的平方根。

        在这里输入图像描述

        落在地表上的雪不会停留在地表上,而是通过冰盖进行更深的旅行,因为它被随后的雪所掩埋,并被压缩成固体冰。在南极洲最深处的内陆地区,降雪可能需要10万年才能到达海洋。
        美国国家航空航天局在这里输入图像描述

        \ endgroup美元

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