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The Movement of Melting Ice Over Rough Surfaces

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

B. D. Chadbourne
Affiliation:
H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol BS8 ITL,England
R. M. Cole
Affiliation:
H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol BS8 ITL,England
S. Tootill
Affiliation:
H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol BS8 ITL,England
M. E. R. Walford
Affiliation:
H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol BS8 ITL,England
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Abstract

Laboratory experiments show that pieces of melting ice about one centimetre across, moving under normal loads across roughened glass surfaces, travel much faster than regelation theory predicts. The discrepancy is as much as 40 times for the finest scale surfaces, (prepared by grinding with carborundum particles of 60 μm mean diameter) and increases further if the load is reduced below three bars. On the other hand melting ice moves, under similar conditions, across rough porous glass surfaces at approximately the speed predicted by regelation theory. We suggest the reason is that melt water, produced by the dissipation of frictional energy, accumulates at the interface between ice and ground glass where it promotes sliding, but can easily drain away from a porous surface. Similar effects at the bed of a temperate glacier may cause the contribution of regelation to the bed-slip process to depend sensitively upon the melt-water regime.

Résumé

Résumé

Des expériences de laboratoire montrent que des morceaux de glace fondante d’environ un centimètre de diamètre, se déplaçant sous des pressions normales sur des surfaces de verre dépoli, avancent beaucoup plus vite que ne le prévoit la théorie du regel. La discordance va jusqu’à 40 fois pour les surfaces à aspérités les plus fines (préparées en broyant le verre avec des particules de carborundum de 60 μm de diamètre moyen) et croît ensuite si la charge est réduite endessous de trois bars. Au contraire, la glace fondante, dans des conditions analogues, sur une surface en verre rugueuse et poreuse, se déplace approximativement à la vitesse prévue par la théorie du regel. Nous suggérons une explication selon laquelle l’eau de fusion, produite par la dissipation de l’énergie de frottement, s’accumule à l’interface entre la glace et le verre dépoli où elle accélère le glissement, tandis qu’elle peut facilement être évacuée à travers une surface poreuse. Des effets analogues sur le lit d’un glacier tempéré peuvent expliquer que la contribution du phénomène de regel au processus de glissement sur le lit dépende étroitement du régime de l’eau de fusion.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Laborversuche haben gezeigt, dass Stücke von schmelzendem Eis mit einem Durchmesser von etwa 1 cm, die unter normaler Belastung über eine aufgerauhte Glasoberfläche gleiten, sich viel schneller bewegen als nach der Regelationstheorie zu erwarten wäre. Die Abweichung erreicht den Faktor 40 für Oberflächen mit feinster Struktur (hergestellt durch Schleifen mit Carborundum-Teilchen von 60 μm mittlerem Durchmesser) und steigt noch weiter an, wenn die Belastung unter 3 bar fällt. Andrerseits gleitet schmelzendes Eis unter ähnlichen Bedingungen über rauhe, poröse Glasoberflächen ungefähr mit der von der Regelationstheorie vorhergesagten Geschwindigkeit. Nach unserer Meinung ist dies darauf zurückzuführen, dass Schmelzwasser, das sich durch die Ausbreitung der Reibungsenergie bildet, sich im Bereich zwischen Eis und Glasfläche sammelt, wo es Gleiten verursacht, während es von einer porösen Oberfläche leicht abfliessen kann. Ähnliche Wirkungen am Untergrund eines temperierten Gletschers können zur Folge haben, dass der Beitrag der Regelalion zur Gletscherbewegung stark vom Schrnelzwassersystem abhängt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1975
Figure 0

Fig. 1. Scanning electron micrographs of the surface of soda glass after grinding with “90 mesh” carborundum paste.

Figure 1

Table 1. Measured Sliding Velocities Compared With Those Calculated From Regelation Theory

Figure 2

Fig. 2. Transmitted light photograph of sintered glass sample with pore diameter specified as 100 μm.