Effect of Temperature on the Creep of Ice

Abstract

Creep tests on homogeneous, isotropic polycrystalline ice gave an apparent activation energy for creep of 16.4 kcal/mol (68.8 kJ/mol) over the temperature range −10° to −60° C. Above −10° C the Arrhenius relation for temperature dependence is invalid, and creep rate becomes progressively more temperature dependent as the melting point is approached. Between −20° and −50° C the apparent activation energy for creep of a single crystal of ice was found to be 16.5 kcal/mol (69.1 kJ/mol). A complete creep curve for a single crystal loaded in uniaxial compression parallel to the basal plane was qualitatively similar to the classical creep curve; creep rate at all stages was very much faster than for polycrystalline ice under the same conditions. Creep tests on polycrystalline ice at 0° C gave a stress/strain-rate relation for that temperature, but its precise meaning is unclear, since recrystallization complicated the results. Résumé Des expériences de fluage d’échantillons de glace polycristalline et isotrope donnent une énergie apparente d’activation pour le fluage de 16.4 kcal/mol (68,8 kJ/mol) pour tout l’intervalle de température de −10° à −60° C. Au-dessus de −10° C, la relation Arrhenius en fonction de la température n’est plus valable et la vitesse de fluage devient progressivement plus dépendante de la température que l’on s’approche du point de fusion. Entre −20° et −50° C, l’énergie apparente d’activation de fluage pour un monocristal de glace était de 16,5 kcal/mol (69,1 kJ/mol). Une courbe de fluage complète pour un monocristal sous contrainte compressive uniaxiale parallèle au plan de base était qualitativement similaire à la courbe de fluage classique; la vitesse de fluage pour tous les stades était plus grande que pour de la glace polycristalline dans les mémes conditions. Des expériences de fluage de la glace polycristalline à 0° C donnèrent une relation entre contrainte et vitesse de déformation pour cette température. mais sa signification précise n’est pas claire, comme un phénomène de recristallisation complique les résultats. Zusammenfassung Kriechuntersuchungen mit homogenem, isotropem, polykristallinem Eis ergaben im Temperaturbereich von −10° bis −60° C eine scheinbare Aktivationsenergie von 16,4 kcal/mol (68.8 kJ/mol). Über −10° C ist die Arrhenius-Beziehung der Temperaturabhängigkeit ungültig; die Kriechgeschwindigkeit wird, je näher man dem Schmelzpunkt kommt, immer stärker temperaturabhängig. Zwischen −20° und −50° C wurde die scheinbare Aktivationsenergie für einen einzelnen Eiskristall mit 16,5 kcal/mol (69,1 kJ/mol) bestimmt. Eine vollständige Kriechkurve für einen Einkristall, der durch einachsigen Druck parallel zur Basisebene beansprucht wurde, war der klassischen Kriechkurve qualitativ ähnlich; die Kriechgeschwindigkeit war in jedem Stadium erheblich schneller als die des polykristallinen Eises unter denselben Bedingungen. Kriechversuche mit polykristallinem Eis bei 0° C ergaben eine Druckspannungs-Relation für diese Temperatur, deren wirkliche Bedeutung jedoch unklar ist, weil Rekristallisation die Ergebnisse kompliziert.