Gradient Metamorphism, Zonal Weakening of the Snow-pack and Avalanche Initiation

Abstract

A co-ordinated study involving both a field investigation in Yellowstone National Park and a laboratory investigation was undertaken to evaluate the process of temperature-gradient metamorphism on the mechanical properties of snow. Both parts of the investigation showed that, when subjected to a negative temperature gradient, low-to-medium density snow metamorphoses first into a fine-grained anhedral depth hoar before finally acquiring a fully developed, and stronger, euhedral crystal structure. Measurements indicated that the subhedral snow was the weakest stage in the metamorphic process and that, while strength may drop to as low as 10% of the original strength, the material stiffness decreased by less than 50% Also, it was observed that the location of weakest snow was usually the point of a local maximum density and largest temperature gradient, thus suggesting a relationship between metamorphic state and thermal conductivity. Métamorphose de gradient, affaiblissement localisé du manteau neigeux et departs d'avalanches. Une étude concertée comprenant de, observations de terrain dans Yellowstone National Park et une recherche en laboratoire ont été entreprises pour estimer l'influence du métamorphisme de gradient thermique sur les propriétés mécaniques de la neige. Les deux parties de cette recherche ont montré que, lorsqu'elle est soumise à un gradient de témperature négatif, la neige de densité faible ou moyenne se transforme d'abord en un givre de profondeur irrégulier à grains fins avant d'acquérir finalement une structure pleinement développée de gros cristaux réguliers. Des mesures indiquent que la neige au stade intermédiaire était la plus fragile dans le processus de la métamorphose et que, alors que la résistance peut descendre jusqu'à 10% de la résistance initiale, la densité matérielle décroît de moim de 50%. Aussi on observe que l'emplacement de la neige la moins solide était d'habitude le point de densité locale maximum et de plus fort gradient de température, ce qui suggére une relation entre le stade de la métamorphose et la conductivité thermique. Temperatur-Metamorphose, zonale Schwächung der Schneedecke und Lawinenauslösung. Zum Studium der Veränderungen der mechanischen Eigenschaften des Schnees unter einem Temperaturgradienten wurde eine koordinierte Untersuchung, bestehend aus Feldbeobachtungen im Yellowstone National Park sowie aus Laborversuchen, vorgenommen. Beide Teiluntersuchungen zeigten, dass Schnee von geringer bis mittlerer Dichte unter dem Einfluss eines negativen Temperaturgradienten sich zuerst in feinkörnigen anhedralen Tiefenreif verwandelt, bevor er endgültig eine vollentwickelte festere euhedrale Kristallstruktur annimmt. Messungen wiesen darauf hin, dass der subhedrale Schnee das schwächste Stadium im metamorphen Prozess darstellt, und dass die Materialsteife um weniger als 50% abnahm, während die Festigkeit bis auf 10% der ursprünglichen Festigkeit sinken kann. Ebenso wurde beobachtet, dass an der Stelle des nachgiebigsten Schnees gewöhnlich ein lokales Dichtemaximum und der höchste Temperaturgradient herrschte. Dies lässt eine Beziehung zwisch en dem Stadium der Metamorphose und der Wärmeleitfähigkeit vermuten.