Hostname: page-component-6766d58669-6mz5d Total loading time: 0 Render date: 2026-05-18T10:39:20.599Z Has data issue: false hasContentIssue false

Longitudinal Variations in Glacial Flow: Theory and Test Using Data from the Byrd Station Strain Network, Antarctica*

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

I. M. Whillans
Affiliation:
Institute of Polar Studies, and Department of Geology and Mineralogy, Ohio State University, Columbus, Ohio 43210 U.S.A.
S. J. Johnsen
Affiliation:
Raunvisindastofnun Háskólans, Dunhaga 3, Reykjavík, Iceland
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

A theory advanced by Budd (1970) for ice-flow variation due to bed effects is improved and applied to the flow of the ice sheet leading to Byrd Station, Antarctica. Linear viscous rheology is used and a biharmonic equation for stress and strain-rate variation is solved. Basal boundary conditions include an undulating bottom topography and longitudinal variations in basal sliding and shear stress. Near Byrd Station it is found that variations in basal sliding and shear stress have more important direct effects than does the bed topography. This result is important to considerations on the stability of glacial flow. Distortions of internal layers are calculated and these closely match the distortions observed in the internal layers detected by the NSF-SPRI-TUD radar. The phase relationship between internal layer distortion and surface topography provides a positive test for the theory. The theory does not predict a spectral power maximum in surface topographic relief at a wavelength of three ice thicknesses. Such wavelengths however dominate and we speculate that this may be due to the dynamics of glacial erosion and deposition or with subglacial water motion.

Résumé

Résumé

Une thėorie avancée par Budd (1970) pour les variations de l’écoulement de la glace dues aux effets du lit est développée et appliquée à l’écoulement de la calotte de glace conduisant à la station Byrd, Antarctique. On utilise une rhéologie visqueuse linéaire et on résoud une équation biharmonique pour les variations des efforts et des vitesses de déformation. Les conditions aux limites de base comportent une topographie du fond avec ondulations et des variations longitudinales du glissement à la base et du cisaillement. Prés de la station Byrd on a trouvé que les variations dans le glissement au fond et le cisaillement ont des effets directs plus importants que la topographie du lit. Ce résultat est important pour des considérations sur la stabilité de l’écoulement glaciaire. On calcule les distorsions des couches internes et elles coïncident trės bien les distorsions observées dans les niveaux internes détectées par le radar NSF-SPRI-TUD. La concordance de phase entre la distorsion des couches internes et la topographie de surface constitue un test positif pour la théorie. La théorie ne prévoit pas que la meilleure analyse spectrale du relief topographique superficiel doive faire appel à une longueur d’onde de trois fois l’épaisseur de la glace. C’est cependant cette longueur d’onde qui prédomine et nous pensons que ce fait peut être dû à la dynamique de l’érosion et du dépôt glaciaire, ou à un mouvement de l’eau sous glaciaire.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eine von Budd (1970) vorgetragene Theorie der Schwankungen des Eisflusses infolge der Einwirkung der Untergrundes wird verbessert und auf den Fluss des zur Byrd Station, Antarktika, führenden Eisschildes angewandt. Benutzt wir die linear-viskose Rheologie und die Lösung einer biharmonischen Gleichung für die Änderung der Deformationsraten. Die Randbedingungen am Untergrund erfassen eine gewellte Topographie des Felsbettes und Schwankungen der Gleit- und Scherspannung. In der Nähe der Byrd Station ergibt sich, dass die Schwankungen des Gleitens und der Scherspannung am Untergrund stärker wirken als die Gestalt des Bettes. Dieses Ergebnis ist für Betrachtungen zur Stabilität des Eisflusses von Bedeutung. Verbiegungen innerer Schichten werden berechnet; sie stimmen sehr gut mit den Verbiegungen jener innerer Schichten überein, die mit dem NSF-SPRI-TUD-Radar entdeckt wurde. Die Phasenbeziehung zwischen der Verbiegung innerer Schichten und dem Oberfiächenrelief liefert eine Bestätigung der Theorie. Die Theorie ergibt kein Maximum der spektralen Leistungsdichte im Relief der Oberfläche bei einer Wellenlänge von drei Eisdicken. Doch überwiegen solche Wellenlängen; wir vermuten, dass dies auf der Dynamik der glazialen Erosion und Ablagerung oder auf der Bewegung subglazialen Wassers beruht.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1983
Figure 0

Fig. 1. Longitudinal section to illustrate coordinate system.

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Fig. 2. Measured quantities from the Byrd Station Strain Network. Byrd Station is at 162 km, and the ice divide at 0 km.

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Fig. 3. Ice flow characteristics for three models of basal variation (a) flat bed with sliding variation, (b) intermediate, and (c) undulating bed with no sliding variation.

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Fig. 4. Flow variations for a flat bed with sliding variations. The vectors are to be added to the average flow. Slow, fast and slow sliding regions alternate. The model corresponds to Figure 3a.

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Fig. 5. Flow variations for an undulating bed and sliding variations, and corresponding to Figure 3b.

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Fig. 6. Top and bottom surfaces and selected internal radio-reflecting layers along the BSSN.

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Fig. 7. Radar record (a) and a tracing (b) of relevant features from the site labelled “fold” in Figure 2a. These data and those of Figure 6 were obtained by D. J. Drewry under the NSF–SPRI–TUD radio echo-sounding program.

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Fig. 8. Transfer functions relating the size of surface undulations to basal conditions as a function of wavelength.