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摘要

本文研究了格陵兰冰盖东北冰流（NEGIS）中的冰流变形机制。通过在东格陵兰冰芯项目（EastGRIP）的钻孔中部署分布式声学传感（DAS）技术，我们观测到了一种与常规冰流非线性粘性流变学不一致的冰变形模式：冰内地震事件级联。这些事件级联在冰芯中表现为类似地质推覆构造的结构，表明冰流内部发生了脆性变形。本文通过分析DAS数据，揭示了这些冰内地震事件的特征和成因，并探讨了其对冰流动力学的影响。

相关研究的重要性

• 冰流动力学：理解冰流的变形机制对于预测冰盖在气候变化中的行为至关重要，这直接影响到全球海平面上升的预测。
• 冰盖模拟：准确的冰盖模拟需要精确的冰流流变学模型，这对于评估冰盖对气候变化的响应和未来的海平面上升具有重要意义。
• 冰芯研究：冰芯中的微观结构和化学成分可以提供冰流历史和环境条件的线索，有助于理解冰流的物理过程。

前人相关研究及不足

• 冰流模拟的局限性：
• 研究：前人研究主要依赖于Glen流变学定律来模拟冰流的粘性流动（如参考文献49）。
• 不足：这些模型在小尺度上（如冰流的代表性体积单元，RVE）的适用性受到质疑，因为它们无法解释冰流中的脆性变形现象（如参考文献50）。
• 冰流变形机制：
  • 研究：前人研究通过冰芯晶体学和地质物理方法研究冰流的变形机制（如参考文献12、13）。
  • 不足：这些研究主要集中在冰流的粘性流动，对冰流中的脆性变形机制了解有限。
• 冰流中的地震活动：
  • 研究：前人研究观测到冰流中的微地震活动，但主要集中在冰床和表面裂缝区域（如参考文献34、35）。
  • 不足：这些研究未能解释冰流内部的地震活动，特别是与冰流变形机制的关系。

本文使用的数据和方法

• 数据：
  • DAS数据：本文使用了在东格陵兰冰芯项目（EastGRIP）钻孔中部署的分布式声学传感（DAS）技术获取的数据。
  • 冰芯数据：结合了东格陵兰冰芯项目的冰芯数据，包括冰芯的微观结构和化学成分。
• 方法：
  • DAS技术：通过DAS技术记录冰流中的地震活动，分析地震事件的特征和成因。
  • 波场模拟：通过波场模拟技术，验证观测到的地震事件的成因机制。
  • 冰流模型：结合冰流模型，探讨冰内地震活动对冰流动力学的影响。

本文获得的结果

• 冰内地震事件特征：
• 观测到冰流内部的地震事件级联，这些事件具有明显的垂直反演对称性，且传播速度介于S波和P波之间。
• 这些事件级联在冰芯中表现为类似地质推覆构造的结构，表明冰流内部发生了脆性变形。
• 成因机制：
• 通过波场模拟，推断这些地震事件是由水平断层面上的滑动引起的，且这些断层面可能由火山灰层中的杂质促进的晶界裂纹引发。
• 这些事件级联可能与冰流中的宏观塑性变形有关，且这种变形机制在冰流中较为常见。
• 对冰流动力学的影响：
• 保守估计表明，这些地震事件级联可能产生与GPS测量的水平应变率相当的应变率，对冰流的宏观变形有显著贡献。
• 这些观测结果表明，冰流的代表性体积单元（RVE）可能在千米尺度上，而不是厘米尺度。

本文的创新之处和贡献

• 创新之处：
  • 首次使用DAS技术：首次在冰流研究中使用DAS技术，揭示了冰流内部的地震活动。
  • 揭示脆性变形机制：首次揭示了冰流内部的脆性变形机制，与常规的粘性流变学不一致。
• 贡献：
  • 改进冰流模型：为改进现有的冰流模型提供了新的数据和理论依据，特别是在小尺度上的冰流变形机制。
  • 提高海平面上升预测的准确性：通过更准确的冰流模型，提高对冰盖质量损失和海平面上升的预测准确性。

本文的不足

• 空间分布的不确定性：
• 本文观测到的冰内地震活动的空间分布尚不明确，需要更多的观测数据来验证其在冰流中的普遍性。
• 时间分布的不确定性：
• 本文的观测时间较短，需要更长时间的观测数据来验证冰内地震活动的时间分布特征。
• 模型的局限性：
• 本文提出的冰流模型仍存在一定的局限性，需要进一步的实验和观测数据来验证和完善。

总结

• 本文通过在东格陵兰冰芯项目中部署DAS技术，揭示了冰流内部的地震活动和脆性变形机制，为改进冰流模型和提高海平面上升预测的准确性提供了新的数据和理论依据。尽管本文在空间和时间分布的观测上存在一定的局限性，但其创新性和贡献为未来的研究提供了重要的方向。