冰川與冰蓋中冰的流動被認為是由位錯蠕變這一變形機制所控制。位錯蠕變是一種應變率與應力的n次方成正比，與晶粒尺寸無關的變形機制。以往研究認為n的經驗值為3，而更多的實驗室數據發現n的值應為4。n值上的差異可能是不同的實驗方式或數據采集方式所致。如圖1，在peak stress（小形變量）采集的力學數據反映了材料在均勻、各向同性的顯微結構下的流變學性質；而在flow stress（大形變量）采集的力學數據則反映了材料在各向異性的顯微結構下的流變學性質。
n值上的差異導致冰川流動的模擬和預測結果的差異，為了理解并彌合這一差異，中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室副研究員綦超聯合賓夕法尼亞大學教授Goldsby，對一系列冰樣品開展了低溫有圍壓的軸向壓縮變形實驗，并分析了實驗的力學數據，不同數據采集方式下，計算冰的位錯蠕變的應力指數n。
研究發現，在peak stress下獲得的n值為3.6，與此前小形變量實驗發現的n=3.5非常接近。在flow stress下獲得的n值為3.9，與前人在形變量實驗發現的n=4.0非常接近。同時，實驗數據揭示了不同初始晶粒尺寸的樣品（0.23 mm和0.63 mm）在peak stress的數據上存在差異（圖2綠色與粉色實線）；peak stress和flow stress兩種形變量下獲得的n值不同。結果表明，在實驗的溫壓條件下，晶粒尺寸影響冰樣品的流變性質，通過計算可得晶粒尺寸指數為0.35。然而，位錯蠕變的定義是與晶粒尺寸無關的變形機制。這指示學界先前提出的冰的“位錯蠕變”域可能并非位錯蠕變，而是一種晶界滑移蠕變。該研究將改變學界對冰的變形機制的認識。
相關研究成果發表在JGR: Solid Earth上。研究工作得到國家自然科學基金面上項目、美國航空航天局基金等的支持。
論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JB021824
圖1.不同形變量下獲得的peak stress和flow stress數據的示意圖。（a）恒定應變率下的典型應力-應變圖；（b）應力-應變率的雙對數坐標圖。圖中顯示了當peak stress和flow stress下獲得的n值不同的情況
圖2.實驗結果的力學數據，在應變率-應力雙對數坐標上的圖。綠色方框和藍色圓圈代表初始晶粒尺寸為0.23 mm的冰樣品分別在10和20 MPa的圍壓下變形的數據；粉色三角代表初始晶粒尺寸為0.63 mm的冰樣品在10 MPa的圍壓下變形的數據；空心標記代表數據取自peak stress，實心標記則為flow stress；粗實線和虛線是數據的擬合；細虛線和點劃線是Goldsby-Kohlstedt流變率公式的計算值