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The Effect of Subglacial Chemical Processes on Glacier Sliding

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Bernard Hallet*
Affiliation:
Geology Department, University of California, Los Angeles, California 90024, U.S.A.
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Abstract

The glacier sliding theory of Nye is modified to include the effect of solutes in subglacial regelation waters on the sliding process. Motivation for this development stems from studies of subglacially formed chemical deposits that appear to be widespread on rock surfaces recently exposed by retreating temperate glaciers. These deposits indicate clearly that considerable local concentration of solutes commonly occurs subglacially as a result of the selective rejection of solutes into the melt during the freezing associated with regelation sliding. Because solutes accumulate where regelation waters refreeze, they tend to lower the temperature there and hence inhibit the heat transport away from these areas that is essential for regelation sliding. For a simple sinusoidal bed and solute distribution in the regelation water film, the modified theory shows that a maximum excess of solutes of, for example, several millimoles/1 of dissolved CaCO3 along lee surfaces relative to stoss surfaces impedes basal sliding significantly, especially if the bed roughness wavelength does not exceed about one meter.

Résumé

Résumé

La théorie de Nye du glissement des glaciers est modifiée afin d'incorporer l'effet des solutés dans l'eau de fonte sous-glaciaire sur le glissement des glaciers. Le motif de ce développement est dérivé d'études des dépôts chimiques formés à la base des glaciers tempérés et qui apparaissent être largement répandus sur les surfaces rocheuses qui ont été récemment découvertes par le recul de ces glaciers. Ces dépôts indiquent clairement, que couramment, les solutés sont fortement concentrés à des endroits bien spécifiques à la base des glaciers, à cause du rejet sélectif des solutés dans l'eau pendant le regel associé avec le glissement. Comme les solutés s'accumulent là où les eaux de fontes regèlent, ils ont tendance à y abaisser la température et ainsi à ralentir le Iransport de chaleur qui est essentiel pour le glissement par fonte et regel. Avec un modèle simple consistant en un lit de profil sinusoïdal et en une distribution sinusoïdale de solutés dans le film d'eau de fonte sous-glaciaire, la théorie modifiée indique que, par exemple, si la concentration de CaCO3, dissout dans l'eau à l'aval d'obstacles sur le lit rocheux dépasse celle à l'amont de quelques millimoles/l, leglissement du glacier est considérablement ralenti, surtout si la longueur des ondulations du lit ne dépasse pas un mètre.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Gleittheorie für Gletscher von Nye wird so modifiziert, dass sie den Einfluss von Lösungen im subglazialen Regciations-wasser auf den Gleitprozess zu berücksichtigen gestattet. Der Grund für diese Entwicklung liegt in Studien an subglazial entstandenen chemischen Ablagerungen, die anscheinend auf frischen Kelsflächen, die beim Rückzug temperierter Gletscher frei werden, häufig vorkommen. Diese Ablagerungen lassen eindeutig darauT schliessen, dass eine beträchtliche lokale Konzentration von Lösungen gewöhnlich subglazial als Ergebnis des selektiven Ausfalles von Lösungen in das Schmelzwasser während des Gefrierens beim Regela-tiotisgleiten auftritt. Weil Lösungen sich dort anhäufen, wo Regelationswasscr wieder gefriert, bewirken sie dort auch einen Abfall der Temperatur und verhindern so den Wärmctransport aus diesen Bereichen, der wesentlich für das Regelationsgleiten ist. Für ein einfaches, sinusförmiges Bett und eine einfache Lösungsverteilung im Film des Regelalionswassers zeigt die modifizierte Theorie, dass ein maximaler Lösungsüber-schuss von beispielsweise einigen Millimolcn/1 gelösten CaCO3, längs der Leeseite gegenüber der Stosseite das Gleiten am Untergrund merklich behindert, besonders wenn die Wellenlänge der Rauhigkeit des Bettes etwa einen Meter nicht überschreitet.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1976
Figure 0

Fig. 1. Wavelength dependence of glacier sliding velocity in the presence and absence of solutes in regelation waters. Temperate ice slides over sinusoidal beds with constant roughness under a fixed shear stress of 1 bar. CaCO3, dissolved in regelation waters is distributed sinusoidally. The maximum concentration difference between lee and stoss sides and the corresponding temperature deviation αMofrom the mean are indicated. Values of I bar a l and 10 m~l were taken respectively for the ice viscosity and the transition wavenumber. These curves, and those in Figures 2 and 3. are truncated below 0.05 m because, for shorter wavelengths, the theory is no longer valid for the. highest solute variabilities considered.

Figure 1

Fig. 2. Reduction in the sliding velocity due to the presence of solutes as a function of bed wavelength λ and solute concentration Mo. Basal shear stress τ is fixed at 1 bar (105 Pa) and the roughness R at 0.04. The percent reduction in sliding velocity approaches 100παMoR TC for shorter wavelengths.

Figure 2

Fig. 3. Reduction in the sliding velocity due to the presence of solutes as a function of the bed wavelength and roughness. Basal shear stress is held constant at 1 bar (103 Pa).

Figure 3

Fig. 4. Dissolutional furrows (darker areas), and chemical deposits '(lighter areas) formed under a sliding temperate glacier. The schematic cross-section, taken through the center of the photograph, shows where the calcite deposits (CD), solutional furrows (SF) and striated surfaces (SS) are located with respect to the microtopography. The ice was formerly sliding in contact with the bed, without cavitation, in the direction indicated by the foot-long (30 cm) ruler.