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\ begingroup美元

维基百科上关于"南极冰原他说:

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

文章后来写道:

冰通过降水以雪的形式进入冰盖。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。相反,许多地方似乎都被永久的古老冰层覆盖着。

如果降水在各地以连续的速度循环,就不可能获得150万年前的岩心样本(根据《自然》杂志的一篇文章),也不可能获得像东方站这样覆盖古老湖泊的结构。

一个类似的位置是圆顶F根据维基百科的说法,它的年降水量约为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公里厚的冰盖。或者如果我们只经历了500万年的时间跨度,它应该会给我们带来125公里厚的冰盖。

合理地说,我们可以考虑一些冰的压缩,但仍然要记住,我们在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?

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  • \ begingroup美元 南极洲到底有多少降水?更重要的是,有多少能让它深入内陆。 \ endgroup美元
    - - - - - -约翰
    2017年7月12日5:29
  • \ begingroup美元 @John,降水量当然因地区而异,但以Dome F地区为例,我的问题中已经说明了降水量。 \ endgroup美元
    - - - - - -neo
    2017年7月14日1:13

4答案4

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\ begingroup美元

冰在重力作用下向较低的高度漂浮,这种流动一直持续到冰盖的底部开始漂浮,冰形成冰架或冰山。

由于冰下地形、基底融化和物质平衡的原因,流速变化幅度较大,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将雨水输送到海岸的方式。

冰原的厚度是由之间的复杂关系控制的积累消融和压实。

流速测量,从南极洲绘制流速从措施(NASA),从Quantarctica

冰层速度图显示,一些地区不受流向海岸的水流影响。其中一些地区是无冰的。同样在一些内陆地区,如东方,速度非常慢。同时,注意这是表面速度。在底部,冰流动较慢或根本不流动。

为了进一步研究质量平衡,我建议您下载Quantarctica再仔细看看数据集。Shepherd等人(2012)是一个很好的第一阅读方法用来估计冰质量的变化和目前的变化。

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    \ begingroup美元

    一个值得考虑的有趣观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:

    冰厚度变化=(降水,质量进)-(选择你喜欢的过程,质量出)。

    (质量输入)和(质量输出)过程在空间和时间上都有显著的随机变异性。当你对一个随机变量积分时,会发生一件特殊的事情:你会得到一个随机游走。下图显示了5次随机游走

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

    注意到几个不同的随机游走是如何随着时间分散的吗?随机游走有这样的特性,所有游走的标准差,都随着时间的平方根而增长。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增长。如果随机游走不是随机的,而是常数,你就会得到一条直线(这就是你描述的情况)。

    所以这是第一点:恒定的降水速率导致冰厚度线性增加,无约束地增长。通过加入一些随机性来更好地接近自然,冰厚度增长的速度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,所以显然存在一些负反馈机制在起作用,就像之前的文章中提到的那样。

    第二点(实际上回答了你的问题)。由于这是一个二维表面,你可以用二维随机场来模拟冰川地形。在没有强迫的情况下,冰川地形动力学实际上是一个扩散方程。一个随机强迫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系数的函数,而不是系统和强迫之间的反馈机制。也就是说,它可以是一个反馈机制,也可以是由系统内部的物质属性决定的。我看看有没有人写过这方面的论文。

    下图显示了一个二维随机场的例子。我不知道它是怎么产生的,但它基本上是你从随机强迫的二维扩散方程中得到的那种解。

    二维随机噪声

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      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。冰层越厚,由于上面冰层的重量,冰层底部的压力就越大,因此流出的速度也就越快。冰层越厚,降水就越少,因为冰盖上方的大气越少。250公里厚,甚至125公里厚的冰盖底部的压力将如此之大,以至于外流速度将比目前快得多,甚至远远超过目前每年1英寸的平均降水量。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感知的大气。即使忽略了升华和流出作用,冰盖也不可能达到125公里的厚度,更不用说250公里了,因为冰盖上的降水在达到这个厚度之前就已经消失了。

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        \ begingroup美元

        根据“冰原模型”

        冰表现为一种可变形的塑料材料,这意味着存在一个临界剪应力,低于这个临界值就不会发生应变(变形或流动)。如果坡度过低,基底剪应力与临界剪应力不匹配,…但随着雪的堆积…流量将开始. ...这样做的结果是冰川有一个平衡的轮廓

        基于这一理论的简化模型的结果是高度的增长近似为距离边缘的平方根。

        在这里输入图像描述

        落在地面上的雪不会停留在表面上,而是在冰盖中走得更深,因为它被随后的雪所掩埋,并被压缩成固态冰。降落在南极洲内陆最深处的雪可能需要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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