On mechanisms of calving from Antarctic ice shelves
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts wurde das kleinskalige Kalben an antarktischen Schelfeisen untersucht. In diesem Prozess treten Kalbungsereignisse kleiner Eisberge auf, die häufig eintreten und die dadurch charakterisiert sind, dass die Eisberge nicht durch einen Riss abgelöst werden, der über lange Zeit episodisch wächst. Ziel des Projekts war es ein Kalbungsgesetz zu entwickeln, das in der Zukunft in großskaligen Eismodellen eingesetzt werden kann. Methode, die hierfür war ein kontinuumsmechanisches Modell, das mittels der finiten Elemente Methode numerisch gelöst wurde. Ein wesentliches Element ist hierbei das Konstitutivgesetz. So wurde im Rahmen dieses Projekts das viskoelastische Maxwell Modell eindeutig als die adequate Beschreibungsform des Materialverhaltens von polykristallinem Eis in polaren Regionen identifiziert. Das numerische Modell simuliert das Kalben einzelner Eisberge zum Zeitpunkt des Erreichens eines kritischen Zustands. Hierbei hat es sich als schwierig erwiesen einen eindeutigen kritischen Zustand zu definieren. Die in der Literatur existierende kritische Spannung (Hayhurst) erweist sich als zu hoch, um kleinskaliges Kalben zu initiieren, während ein Dehnungskriterium durch die Entwicklung der Dehnung über die Zeit nicht realistisch erscheint. Als erfolgversprechendster Ansatz wurde ein Selbstähnlichkeitskriterium entwickelt, dessen einzige Schwachstelle der Nachweis, der Kritikalität des ersten Kalbungszustands ist. Dies kann auch als ein Hinweis interpretiert werden, dass die Adaption des Hayhurst Kriteriums, das durch Analogie mit Metallen auf die Glaziologie übertragen wurde, nicht korrekt ist, oder durch einen Faktor gewichtet werden muss, der der Tatsache Rechnung trägt, dass sich polares Eis im Gegensatz zu Metallen immer nahe der homologen Temperatur befindet. Abschließend soll darauf hingewiesen werden, dass mit diesem Projekt die Grundlage gelegt wurde, viskoelastische Modellierung von Eis auch in anderen Fragestellungen anzuwenden. So ist dieses Materialverhalten auch bei der Bewegung der Aufsetzlinie durch Gezeiten notwendig, als auch bei der zeitlichen Entwicklung von subglazialen Kanälen des hydrologischen Systems des Inlandeises und Schmelzkanälen an den Unterseiten von Schelfeisen. Das in diesem Projekt erarbeitete Modellkonzept kann also in weiteren Fällen der Lösung wichtiger glaziologischer Fragestellungen dienen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2014. A Law for Small Scale, Continuous Calving. Proc. Appl. Math. Mech., 14(1), pp.431–432
Christmann, J., Müller, R., Humbert, A.
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2015. Measurement of the fracture toughness of polycrystalline bubbly ice from an Antarctic ice core, Earth Syst. Sci. Data, 7, pp.87–92
Christmann, J., Müller, R., Webber, K. G., Isaia, D., Schader, F. H., Kipfstuhl, S., Freitag, J., Humbert, A.
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2015. On the link between surface and basal structures of the Jelbart Ice Shelf, Antarctica, Journal of Glaciology, 61(229), pp. 975–986
Humbert, A., Steinhage, D., Helm, V., Hoerz, S., Berendt, J., Leipprand, E., Christmann, J., Plate, C., Müller, R.
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Fracture Mechanical Analysis of Failure Processes in Antarctic Ice Shelves. PhD Thesis, Technische Universität Kaiserslautern, Department of Mechanical Engineering, 2015
Plate, C.
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2016. Discussion of Different Model Approaches for the Flow Behavior of Ice. Proc. Appl. Math. Mech., 16(1), pp.313–314
Christmann, J., Rückamp, M., Müller, R., Humbert, A.
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2016. Viscous and viscoelastic stress states at the calving front of Antarctic ice shelves, Annals of Glaciology, 57(73), pp.10–18
Christmann, J., Plate, C., Müller, R., Humbert, A.
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Viscoelastic Modeling of Calving Processes at Antarctic Ice Shelves. PhD Thesis, Technische Universität Kaiserslautern, Department of Mechanical Engineering, 2017
Christmann, J.
