Physical limits to meltwater penetration in firn
Physical limits to meltwater penetration in firn
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雪融水渗透的物理极限
DOI：
10.1017/jog.2021.44
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发表时间：
2021
影响因子：
3.4
通讯作者：
Meierbachtol, Toby W.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Humphrey, Neil F.;Harper, Joel T.;Meierbachtol, Toby W.
控制融化水渗透到冷雪中的过程仍然没有得到很好的约束。在这里，利用现场实验开发了一个颗粒尺度的模型，以研究积雪中融水入渗的物理限制。在格陵兰岛的两个地点，钻井将水抽入冷积雪中，深度为>；75m，并测量了冷积雪柱的热水文演化。这些水没有填满所有可用的孔隙空间，而是形成了向下渗透的栖息含水层，这些含水层因温度和密度条件而停止。这两个地点在~40m深处形成了深层含水层，其密度远远低于空气孔闭合密度(−18°C时约725 kg m−3，−14°C时约750 kg m−3)，表明深层仍有一些孔隙空间无法进入。建立了降雪的几何颗粒尺度模型，以量化冷降雪中下降的全饱和湿润锋的极限。模型与现场数据的一致性意味着该模型包含了积雪晶格中水和热流的一阶效应。该模型限制了降雪密度、温度和颗粒/孔尺寸在抑制湿润锋迁移方面的相对重要性。结果表明，深层渗透，包括导致降雪含水层形成的渗透，并不能进入所有可用的降雪孔隙空间。
Processes governing meltwater penetration into cold firn remain poorly constrained. Here, in situ experiments are used to develop a grain-scale model to investigate physical limitations on meltwater infiltration in firn. At two sites in Greenland, drilling pumped water into cold firn to >75 m depth, and the thermo-hydrologic evolution of the firn column was measured. Rather than filling all available pore space, the water formed perched aquifers with downward penetration halted by thermal and density conditions. The two sites formed deep aquifers at ~40 m depth and at densities considerably less than the air pore close-off density (~725 kg m−3 at −18°C, and ~750 kg m−3 at −14°C), demonstrating that some pore space at depth remains inaccessible. A geometric grain-scale model of firn is constructed to quantify the limits of a descending fully saturated wetting front in cold firn. Agreement between the model and field data implies the model includes the first-order effects of water and heat flow in a firn lattice. The model constrains the relative importance of firn density, temperature and grain/pore size in inhibiting wetting front migration. Results imply that deep infiltration, including that which leads to firn aquifer formation, does not have access to all available firn pore space.
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Meierbachtol, Toby
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