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A Tentative Theory of Ogive Formation

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

C. A. M. King
Affiliation:
Department of Geography, Nottingham University
W. V. Lewis
Affiliation:
Department of Geography, Cambridge University
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Abstract

The dark and light bands on glaciers known as ogives are only found beneath ice falls and avalanche fans. They are not to be confused with sedimentary layering, which may appear similar. Vareschi’s pollen studies are considered in relation to the present theory; his evidence is re-interpreted and shown to support the theory put forward.

The Norwegian glacier Austerdalsbreen has a fine double set of ogives, one set on ice from Odinsbreen and the other on ice from Thorsbreen. These ogives are continuous from near the feet of these ice falls down to the end of the main glacier. The ice from the collecting ground of Jostedalsbreen which moves slowly towards the head of these ice falls is normally stratified as seen in the deep crevasses immediately above the ice falls. The high velocity of flow, 2,000 m. per year in the upper part of Odinsbre ice fall, causes the ice to stretch into a thin and heavily crevassed layer which exposes a very high proportion of surface per unit volume to the sun, the rain and the snow. In summer this leads to:(1) crystal changes, primarily of enlargement, (2) an infusion of dirt which blows on to the glacier from the neighbouring snow-free and vegetation-free land surfaces, and (3) water filling the bottom of some of the deeper crevasses, which may later freeze. On the other hand, the ice which passes down the ice falls in winter is largely protected by a mantle of snow; crystal changes then are slow, little dust collects, and less water pours into the crevasses which, instead, are filled with new snow. So the ice reaching the lower part of the ice falls and moving on to form the main glacier, Austerdalsbreen, has been subjected throughout its mass to seasonal differences. These differences seem to be more systematic in the deeper ice, and only when the chaotic surface layers are melted away, do they appear on the surface of Austerdalsbreen as well defined ogives. The greater proportion of blue, bubble-free ice with large crystals in the “summer” ice, is alone sufficient to distinguish it from the lighter-coloured “winter” ice with its more frequent bands of white bubbly ice having very small crystals. But as ablation continues, more and more dust is brought to the surface and this still further darkens the “summer” ice. In addition the darker ice melts more readily and tends to form troughs in the glacier surface which retard stream flow, hold the lingering snows, and trap further dust and dirt. The cracks between large crystals also hold dirt better than the smooth hard white surfaces which occur more frequently in the “winter” ice. Hence the ogives remain distinct throughout their journey down Austerdalsbreen. Near the snout the medial moraine is very abundant along the darker bands deriving from Thorsbreen, and this further supports our view that this darker ice was in the ice fall in summer when most debris falls from the rock walls on to the ice fall.

Résumé

Résumé

Les alternances de bandes sombres et claires existant à la surface des glaciers, appelées ogives, se recontrent uniquement en aval des chutes de glace et des pieds d’avalanches. Il ne faut pas les confondre avec des formations sédimentaires qui peuvent prendre le même aspect. La présente théorie fait appel aux études de pollen de Vareschi: leurs résultats sont réinterprêtés; ils confirment la présente théorie.

Le glacier Norvégien Austerdalsbreen présente une double série d’ogives, l’une sur la glace de l’Odinsbre et l’autre sur la glace du Thorsbre. Les ogives s’étendent depuis le pied des chutes de glace jusqu’à la langue du glacier principal. La glace du bassin de drainage de Jostedalsbreen qui avance lentement vers la tête de ces chutes de glace est normalement stratifiée comme on peut le voir dans les crevasses profondes juste en amont des chutes de glace. La grande vitesse d’écoulement, 2000 mètres par an au début de la chute de glace Odinsbre, oblige la glace à se déployer en une mince couche fortement crevassée, de la surface de laquelle une importante proportion par unité de volume est soumise à l’action du soleil, de la pluie et de la neige. Cela amène en été, (1) les cristaux à changer, surtout à s’agrandir, (2) la glace à se souiller de débris provenant des surfaces voisines libres de neige et de végétation, (3) les crevasses profondes à recueillir de l’eau qui gèle par la suite. D’autre part, la glace qui franchit les chutes de glace en hiver est largement protégée par un manteau de neige; les modifications des cristaux sont alors lentes, les chutes de poussière faibles et peu d’eau s’écoule dans les crevasses remplies de neige fraîche. Aussi la glace atteignant la partie basse de la chute de glace et avançant pour former la partie principale du glacier, Austerdalsbreen, a été soumise dans sa masse à des différences saisonnières. Ces différences semblent être plus systématiques dans la glace profonde, et n’apparaissent sur la surface de l’Austerdalsbre comme des ogives bien définies, que lorsque les couches chaotiques superficielles ont fondu. L’importance de la proportion de glace bleue, sans bulles d’air, à gros cristaux, dans la glace “d’été” est en elle-même suffisante pour la distinguer de la glace “d’hiver”, moins colorée, avec ses bandes plus fréquentes de glace bulleuse à très petits cristaux. Mais à mesure que l’ablation continue, de plus en plus de poussière arrive en surface pour finalement noircir la glace “d’été”. Enfin, la glace plus foncée fond plus facilement et tend à former des creux à la surface du glacier qui retardent l’écoulement des eaux, retiennent les restes de neige et continuent à recueillir poussières et impuretés. Les fissures entre les gros cristaux retiennent aussi la poussière mieux que les surfaces blanches, lisses et dures qui forment plus fréquemment la glace “d’hiver”. A partir de là, les ogives restent distinctes tout au long de leur descente de l’Austerdalsbre. Près de la langue, la moraine médiane est très abondante le long des bandes sombres venant du Thorsbre, et ceci confirme notre point de vue que cette glace plus sombre se trouvait dans la chute de glace en été, au moment où une plus grande quantité de débris tombe des falaises rocheuses sur la chute de glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die dunklen und hellen Bänder auf Gletschern, die unter dem Namen Ogiven bekannt sind, kommen nur unter Eisbrüchen und Lawinenfächern vor. Sie dürfen nicht mit Ablagerungsschichten verwechselt werden, die ähnlich aussehen können. Vareschi’s Pollen-Analyse wird in Zusammenhang mit der vorliegenden Theorie betrachtet; seine Beweisführung wird neu dargestellt, woraus sich eine Stütze für die Theorie ergibt.

Der norwegische Gletscher Austerdalsbreen zeigt eine klare Doppelschar von Ogiven, eine im Eis des Odinsbreen, die andre im Eis des Thorsbreen. Diese Ogiven erscheinen ohne Unterbrechung vom Fuss der zugehörigen Eisbrüche bis hinunter zum Ende des Hauptgletschers. Das Eis im Nährgebiet des Josteldalsbreen, das sich langsam gegen die beiden Eisbrüche vorschiebt, zeigt eine normale Schichtung, die man in den tiefen Spalten unmittelbar über den Eisbrüchen beobachten kann. Durch die hohe Fliessgeschwindigkeit, 2000 m pro Jahr im Oberteil des Odinsbreen-Bruches, wird das Eis zu einer dünnen und stark zerrissenen Schicht gedehnt, in der ein sehr hoher Anteil an Oberflähe pro Volumeneinheit der Sonne, dem Regen und dem Schnee ausgesetzt wird. Im Sommer führt dies zu folgenden Erscheinungen: (1) Wechsel in der Kornstruktur, vor allem Wachstum; (2) Aufnahme von Schmutz, der auf den Gletscher aus den umliegenden Schnee- und vegetationsfreien Gebieten geweht wird; (3) Füllung des Grundes einiger tiefer Spalten mit Wasser, das später gefrieren kann. Anderseits ist das Eis, das im Winter den Bruch passiert, weitgehend durch eine Schneedecke geschützt. Kornstrukturwechsel gehen dann langsam vor sich, nur wenig Staub sammelt sich an und wenig Wasser dringt in die Spalten, die dafür mit Neuschnee gefüllt werden. So war das Eis, das den unteren Teil der Brüche erreicht und schliesslich den Hauptgletscher Austerdalsbreen bildet, in seiner ganzen Masse jahreszeitlich verschiedenen Bedingungen ausgesetzt. Diese Unterschiede scheinen in ihrer Systematik mit der Eistiefe zuzunehmen, denn nur nach Abschmelzen der chaotischen Oberflächenschichten erscheinen sie auf der Oberfläche des Austerdalsbreen als wohlerkennbare Ogiven. Der grössere Anteil an blauem, blasenfreiem Eis mit grossen Körnern im “Sommer”-Eis genügt allein schon, um es von dem helleren “Winter”-Eis zu unterscheiden, das von vielen Bändern weissen, blasenreichen, kleinkörnigen Eises durchsetzt ist. Doch mit dem Fortschreiten der Ablation wird mehr und mehr Staub auf die Oberfläche gebracht, der das “Sommer”-Eis weiter trübt. Zusätzlich schmilzt das dunklere Eis leichter und neigt zur Bildung von Trögen in der Gletscheroberfläche, die den Fluss von Schmelzwasser-strömen verzögern, langsame Schneepartikel aufhalten und weiteren Staub und Schmutz einfangen. In den Sprüngen zwischen den grossen Eiskörnern hält Schmutz auch besser fest als auf den glatten, harten und weissen Oberflächen, die im “Winter”-Eis häufiger vorkommen. Dadurch bleiben die Ogiven auf ihrem ganzen Weg über den Austerdalsbreen erkennbar. In Zungennähe ist die Mittelmoräne längs der dunklen Bänder, die vom Thorsbreen herkommen, sehr mächtig. Diese Tatsache unterstützt wiederum unsere Ansicht, dass dieses dunklere Eis während des Sommers durch den Gletscherbruch ging, als der meiste Schutt von den Felsufern in den Bruch fiel.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1961
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Fig. 1. Location map of grosser Aletschgletscher, showing firn fields and ogives

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Fig. 2. Gross-Fiescherhorn, Klein-Grünhorn and lower Ewigschneefeld with 300 m. ice fall to Konkordiaplatz from the northern slopes of the Dreieckhorn, Switzerland. (Photograph by Photo-Verlag Gyger, Adelboden, Switzerland)

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Fig. 3. Gross-Grünhorn, Trugberg and the Grosser Aletschgletscher from Sphinx. By courtesy of Eidg. Landestopographie, Bern, Switzerland

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Fig. 4. Vareschi’s pollen diagrams (After Godwin)

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Fig. 5. Veslgjuv-breen, Midt-Jotunheimen, Norway

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Fig. 6. Panorama of Austerdalsbreen from ast Camp Station, July 1959

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Fig. 7. Looking west over Jostedalsbreen, showing the head of Thorsbreen and Odinsbreen, and all Lokebreen, taken 28 August 1947. By courtesy of wideroe’s Flyveselskap of Polarfy A/S

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Fig. 8. The top of Odinsbreen, showing unconformity of new snow lying on fractured sedimentary layers

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Fig. 9. Sedimentary banding in deep crevasse near the top of Odinsbreen.

(Photograph by W.G. Jenkins)
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Fig. 10. Sedimentary banding 20 m. down a bergschrund.

(Photograph by W.G. Jenkins)
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Fig. 11. Looking vertically up the crevasse shown in Figure 10, showing the vertical stratification in the crevasse.

(Photograph by W.G. Jenkins)
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Fig. 12. Pit sections dug near the top of Odinsbreen to show the distribution of dirt bands and ice bands of sedimentary origin

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Fig. 13. Semi-logarithmic graph to show the variation in the rate of flow of Odinsbreen and Austerdalsbreen. The time taken for ice to travel down the glacier is also indicated

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Fig. 14. Lokebreen ice fall, showing snow-filled crevasses, taken 23 August 1955.

(Photograph by Miss Judith Thomas)
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Fig. 15. Upper Odinsbreen, where the velocity is about 2,000 m. yr. −1

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Fig. 16. Plane-table survey of the ogives of Austerdalsbreen in July 1959

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Fig. 17. Ice structures dipping 90° away from the normal dip in the zone of the tunnel site.

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Fig. 18 A white ice band near the tunnel entrance

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Fig. 19. Inclusion of white ice at the foot of the ice fall

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Fig. 20 Jagged inclusion of while ice, shown in plan near the foot of the ice fall

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Fig. 21 Close-up of wedge-shaped inclusion of white ice and of dark ice near the foot of the ice fall

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Fig. 22. A general view of Odinsbre and Thorsbre ice falls from Austerdalsbreen

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Fig. 23. Irretvelar inclusions of dark ice near the ice fall of Odiasbreen

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Fig. 24. Inclusions of and while ice rendered long, thin and parallel by compression

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Fig. 25. Very thin parallel layers of dark and of white ice near the west side of Austerdalsbreen

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Fig. 26. Parallel ice layers in the compressed ogives near the west side of Austerdalsbreen

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Fig. 27. Closer view of the subject of Figure 26

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Table I

Figure 28

Fig. 28. Panorama from above point W C S S (Figure 16) on the west side of Austerdalsbreen

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Fig. 29. The junction zone of waves and ogives on Austerdalsbreen.

(Photograph by G. R. Elliston)
Figure 30

Fig. 30. The junction zone of waves and ogives from the lower part of Odinsbre ice fall

(Photograph by J. N. Jennings)
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Fig. 31. Waves merging down-glacier into ogives below Thorsbre ice fall

(Photograph by Miss Judith Thomas)
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Fig. 32. The waves below Odinsbre ice fall

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Fig. 33. Panorama of the east side of Austerdalsbreen from point 4 E (Fig. 16)

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Fig. 34. Snow patches along dark ogives, 2 july 1958

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Fig. 35. The concentration of dirt at the bottom of a snow patch

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Fig. 36. Dirt concentrated along layers of coarsely crystalline ice

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Fig. 37. Dirt by a stream interrupting a light ogive

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Fig. 38. Streams draining a light ogive and waterlogging and darkening a dark ogive

Figure 39

Fig. 39. A close-up photograph of dirt on a dark ogive

Figure 40

Fig. 40. A close-up photograph of a light ogive, close to that in Figure 39

Figure 41

Fig. 41. The ogives Austerdalsbreen showing concentrations of debris in the mediclsmoraine corresponding with the dark ogives.

(Photograph by J.C. Stokes, 1956)