Ghețar - Bilanț termic sau energetic Britannica
Echilibrul de masă și variațiile de temperatură ale unui ghețar sunt determinate parțial de energia termică primită sau pierdută în mediul extern - un schimb care are loc aproape în totalitate la suprafața superioară. Căldura este primită de la radiația solară cu lungime de undă scurtă, radiația de lungime de undă lungă de la nori sau vapori de apă, transferul turbulent din aerul cald, conducerea în sus din straturile inferioare mai calde și căldura degajată de condensarea roua sau bruma sau de înghețarea lichidului apă. Căldura se pierde prin radiații cu lungime de undă lungă, transfer turbulent în aer mai rece, căldura necesară evaporării, sublimării sau topirii gheții și conducerii în jos către straturile inferioare.
În regiunile temperate, radiația solară este în mod normal cea mai mare sursă de căldură (deși o mare parte din radiația de intrare este reflectată de pe o suprafață de zăpadă), iar cea mai mare parte a pierderilor de căldură se îndreaptă către topirea gheții. Este incorect să ne gândim la topirea zăpezii sau a gheții ca fiind direct legată de temperatura aerului; structura vântului, vârtejurile turbulente de lângă suprafață, determină cea mai mare parte a transferului de căldură din atmosferă. În regiunile polare, căldura se obține în principal din radiația solară primită și se pierde prin radiația cu lungime de undă lungă, dar conducerea căldurii din straturile inferioare și transferul turbulent de căldură către sau din aer sunt de asemenea implicate.
Fluxul ghețarului
În zona de acumulare, soldul de masă este pozitiv an de an. Aici ghețarul ar deveni din ce în ce mai gros dacă nu ar fi fluxul compensator de gheață departe de zonă (vezi video). Acest flux furnizează masă zonei de ablație, compensând pierderea continuă de gheață acolo.
Debitul ghețarului este o simplă consecință a greutății și a proprietăților de fluaj ale gheții. Supusă unei tensiuni de forfecare în timp, gheața va suferi fluare sau deformare plastică. Rata de deformare plastică sub tensiune de forfecare constantă este inițial mare, dar se reduce până la o valoare constantă. Dacă această valoare constantă, viteza de deformare forfecare, este reprezentată grafic împotriva tensiunii pentru multe valori diferite ale tensiunii aplicate, va rezulta un grafic curbat. Curba ilustrează ceea ce este cunoscut sub numele de legea debitului sau legea constitutivă a gheții: rata de deformare de forfecare este aproximativ proporțională cu cubul de tensiune de forfecare. Adesea numită legea fluxului Glen de către glaciologi, această lege constitutivă stă la baza tuturor analizelor fluxului de straturi de gheață și ghețari.
Deoarece gheața tinde să se acumuleze în zona de acumulare a unui ghețar, se dezvoltă o pantă de suprafață către zona de ablație. Această pantă și greutatea gheții induc o tensiune de forfecare în toată masa. Într-un caz cu geometrie simplă, tensiunea de forfecare poate fi dată de următoarea formulă:
unde τ este tensiunea de forfecare, ρ densitatea gheții, h grosimea gheții și α panta de suprafață. Fiecare element de gheață se deformează în funcție de mărimea tensiunii de forfecare, determinată de (4), la o rată determinată de legea fluxului Glen, menționată mai sus. Prin adăugarea sau integrarea deformării de forfecare a fiecărui element de-a lungul grosimii ghețarului, se poate produce un profil de viteză. Se poate da expresie numerică ca:
unde u1 este viteza suprafeței cauzată de deformarea internă și k1 o constantă care implică proprietățile și geometria gheții. În acest caz simplu, viteza este aproximativ proporțională cu a patra putere de adâncime (h 4). Prin urmare, dacă grosimea unui ghețar este doar ușor modificată de modificările bilanțului net de masă, vor exista mari schimbări în debit.
Ghețarii care se află la temperatura de topire la bază pot aluneca, de asemenea, pe pat. Două mecanisme funcționează pentru a permite alunecarea peste un pat dur. În primul rând, protuberanțele mici de pe pat determină concentrații de stres în gheață, o cantitate crescută de flux de plastic și curenți de gheață în jurul protuberanțelor. În al doilea rând, gheața din partea amonte a protuberanțelor este supusă unei presiuni mai mari, care scade temperatura de topire și determină topirea unei părți din gheață; în partea din aval, inversul este adevărat și apa de topire înghețează. Acest proces, denumit regelare, este controlat de viteza la care căldura poate fi condusă prin denivelări. Primul proces este cel mai eficient cu butoane mari, iar al doilea proces este cel mai eficient cu umflături mici. Împreună, aceste două procese produc alunecarea la pat. Cavitățile umplute cu apă se pot forma în raza butoanelor de roci, complicând și mai mult procesul. În plus, studiile au arătat că alunecarea variază pe măsură ce presiunea bazală a apei sau cantitatea se modifică. Deși procesul de alunecare a ghețarului peste roca de bază este înțeles într-un mod general, niciuna dintre mai multe teorii detaliate nu a fost confirmată prin observarea pe teren. Această problemă este în mare parte nerezolvată.