冰川学家将测量结果转化为数字模型：制定“滑移定律”以估计冰川速度

据外媒报道，实地照片显示了一些冰川滑过的坚硬、粗糙的地区：花岗岩上的岩石圆顶、岩石台阶，以及石灰岩上的凹陷。冰川床使研究人员和他们的仪器相形见绌。在他们前往瑞士阿尔卑斯山（Rhone、Schwarzburg 和Tsanfleuron冰川）和加拿大落基山脉（(Castleguard 冰川）最近被退去的冰川床时，四位冰川学家使用激光和无人机技术精确测量岩床并记录它们非常不同的轮廓。

研究人员将测量结果转化为这些冰川床的高分辨率数字模型。然后，他们用这些模型中可管理但有代表性的子单元去研究冰川如何沿着基岩底层滑动。

爱荷华州立大学地质和大气科学教授、研究负责人尼尔-艾弗森说：“最简单的说法是，我们研究了冰川底部的力与冰川移动速度之间的关系。”

小的力量变化，大的速度变化

艾弗森表示，研究小组开发的冰川“滑移定律”描述了 "冰和水对岩床施加的力与冰川速度之间的关系"。而这一“滑移定律”可以被其他研究人员用来更好地估计冰原流入海洋、掉落冰块和提高海平面的速度。

除艾弗森外，该研究团队还包括：克里斯蒂安-海拉诺，2018年至2020年在爱荷华州立大学担任博士后研究助理，目前在瑞典斯德哥尔摩大学担任数学博士后研究员；卢卡斯-佐特，2012年至2015年在爱荷华州立大学担任博士后研究助理，目前在威斯康星大学麦迪逊分校担任地球科学副教授；以及雅各布-伍德，威斯康星大学地球物理专业博士生。

美国国家科学基金会的拨款支持了该团队的工作。Helanow是《科学进展》杂志刚刚在线发表的一篇论文的第一作者，该论文描述了在基岩上移动的冰川的新“滑移定律”。Helanow的计算--基于一个关于冰如何从粗糙的基岩上滑过和局部分离的物理学模型--以及由此产生的滑移定律表明，冰川床的微小力量变化可以导致冰川速度的巨大变化。

研究人员使用两种方法来收集最近暴露的岩石冰川床的地形的高分辨率测量。他们使用基于地面的激光雷达测绘技术来进行详细的三维测量。而且，他们派出无人机从不同的角度拍摄冰川床，允许详细绘制分辨率约为4英寸的地形图。

艾弗森说：“我们在这个模型中使用了实际的冰川床，以其完全的三维、不规则的形式。事实证明，这很重要。”以前的工作使用了理想化的冰川床的二维模型。研究人员已经了解到这种模型并不足以推导出冰川床的滑移规律。

“我们所做的主要事情，”Halanow说，“是使用观察到的，而不是理想化的冰川床，看看它们如何影响冰川的滑移。”

一个普遍的滑移规律？

这项工作是在Zoet和Iverson确定的另一个滑移规律之后进行的，该规律于2020年4月在《科学》杂志上发表。

两者之间有几个关键的区别。第一个滑移定律考虑的是冰川在柔软的、可变形的地面上移动的运动，而第二个滑移定律解决的是冰川在坚硬的地面上移动的问题。而且，第一个滑移定律是由模拟冰川床面滑移的实验室设备的实验数据支持的，而不是基于对前冰川床面的实地测量和计算机建模。

即便如此，这两个滑移定律最终还是具有相似的数学形式。"它们非常相似--无论是软床还是硬床的滑移规律，"Iverson说。"但重要的是要认识到，过程是不同的，方程中的常数对于硬床和软床有相当不同的值。"

这让研究人员想到了更多的数值分析。他们写道：“这些结果可能指向一个普遍的滑移规律，这将简化和改善对冰川向海洋排放的估计。”