Hostname: page-component-6766d58669-88psn Total loading time: 0 Render date: 2026-05-15T04:08:11.174Z Has data issue: false hasContentIssue false

Equilibrium Profile of Ice Shelves

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

T. J. O. Sanderson*
Affiliation:
British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council, Madingley Road, Cambridge CB3 0ET, England
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Abstract

Using expressions for ice-shelf creep derived by Weertman (1957) and Thomas (1973[b]) a general method is developed for calculating equilibrium thickness profiles, velocities, and strain-rates for any ice shelf. This is done first for an unconfined glacier tongue and the result agrees well with data for Erebus Glacier tongue (Holdsworth, 1974). Anomalies occur within the first 3 km after the hinge zone and these are too great to be the result of local bottom freezing; they are probably due to disturbance of the velocity field. Secondly, profiles are calculated for bay ice shelves. Thickness gradients are largely independent of melt-rate or flow parameters but are inversely proportional to the width of the bay. Data from Antarctic ice shelves agree with this result both qualitatively and quantitatively. The theory is readily extended to ice shelves in diverging and converging bays. An ice shelf in a diverging bay can only remain intact if it is thick enough and slow enough to creep sufficiently rapidly in the transverse direction. If it cannot, it will develop major rifts or will come adrift from the bay walls. It is then likely to break up. The presence of ice rises or areas of grounding towards the seaward margin can radically alter the size of the ice shelf which can form. The theory could be used as a starting point to study non-equilibrium behaviour.

Résumé

Résumé

A partir des expressions du glissement des calottes glaciaires données par Weertman (1957) et Thomas (1973[b]), on développe une méthode générale pour calculer les profils d’équilibre en épaisseur, les vitesses et les déformations d’une calotte glaciaire. On le fait d’abord pour une langue de glace de versant et les résultats concordent bien avec les mesures sur la langue flottante de l’Erebus Glacier (Holdsworth, 1974). Des anomalies apparaissent dans les trois premiers kilomètres après la zone charnière et elles sont, trop importantes pour être le résultat d’un gel localisé au fond; elles sont probablement dues à des troubles dans le champ des vitesses. En second lieu, on a calculé des profils pour les glaces de baies. Les gradients d’épaisseur sont largement indepéndants des vitesses de fusion ou des paramètres d’écoulement mais sont inversement proportionnels á la largeur de la baie. Les données issues des calottes antarctiques corroborent bien ces résultats, qualitativement et quantitativement. La théorie est facile à étendre aux glaces recouvrant des baies divergentes ou convergentes, Une couverture glaciaire dans une baie divergente ne peut rester intacte qui si elle est assez épaisse et assez lente pour glisser assez vite dans la direction transversale. Si elle ne le peut, elle va développer de profondes crevasses ou viendra divaguer le long des flancs de la baie. Elle a alors toutes les chances de se briser. La présence de domes insulaires de glace ou de zones déglacées à proximité du littoral peut altérer radicalement la dimension des calottes qui peuvent se former. On pourrait utiliser la théorie comme point de départ et pour I’étude du comportement loin de l’état d’équilibre.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Mit Hilfe der von Weertman (1957) und Thomas (1973[b]) hergeleiteten Formeln für das Kriechen von Schelfeisen wird eine allgemeine Methode zur Berechnung von Gleichgewichtsprofilen, Geschwindigkeiten und Verformungsraten für ein beliebiges Schelxsfeis entwickelt. Dies geschieht zunächst für eine unbegrenzte Gletscherzunge; das Ergebnis stimmt gut mit Daten für die Zunge des Erebus Glaciers überein (Holdsworth, 1974). Abweichungen treten innerhalb der ersten 3 km nach der Ablösungszone auf; sie sind zu gross, als dass sie die Folge lokalen Auffrierens an der Unterseite sein könnten. Vermutlich beruhen sie auf Störungen im Geschwindigkeitsfeld. Sodann werden Profile für Bucht-Schelfeise berechnet. Die Dickengradienten sind weitgehend unabhängig von der Abschmelzrate oder von Fliessparametern, jedoch umgekehrt proportional zur Breite der Bucht. Daten von antarktischen Schelfeisen stimmen mit diesem Ergebnis sowohl qualitativ wie quantitativ überein. Die Theorie lässt sich leicht auf Schelfeise in divergierenden und konvergierenden Buchten erweitern. Ein Schelfeis in einer divergierenden Bucht kann nur dann intakt bleiben, wenn es dick und langsam genug ist, um schnell genug in Querrichtung kriechen zu können. Trifft dies nicht zu, so wird es grössere Pressrücken entwickeln oder sich von den Küsten der Bucht ablösen, Es dürfte dann zusammenbrechen. Das Vorhandensein von Eiskuppeln oder Aufsetzgebieten gegen den vorderen Rand hin kann die Grösse des entstehunds-fähigen Schelfeises grundlegend ändern. Die Theorie könnte den Ausgangspunkt für das Studium nicht-stationären Verhaltens bilden.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Fig. 1. Longitudinal section of an ice shelf.

Figure 1

Fig. 2. Comparison of models with (a) ice thicknesses and (h) ice velocities measured by Holdsworth (1974) for Erebus Glacier tongue. The solid line shows Holdsworth’s assumed fit to his data points. The dashed lines show model A, in which the model is fitted to data at the hinge gone, and model B, in which the model is fitted to data at the 3 km mark.

Figure 2

Fig. 3. Simple model of temperature changes as a land-based glacier becomes afloat. The solid lines show the temperature profiles after 0, 5, 25, and 100 years, plotted against height ξ above the bottom of the ice shelf. The dashed line shows the linear initial profile used to simplify the conduction calculation.

Figure 3

Fig. 4. Plan views ice shelves in (a) a parallel-sided bay, (b) a bay with diverging sides, and (c) a bay with converging sides.

Figure 4

Fig. 5. Behaviour of ice-shelf models for a parallel-sided bay with zero net accumulation: (a) ice thicknesses, (b) velocities, (c) strain-rates, and (d) the opposing terms, the Weertman term, and the shear term. The shear term is plotted as a positive quantity. The shorter dashes show the behaviour of a model with too great an initial thickness, the longer dashes one with too small an initial thickness.

Figure 5

Table I. Thickness and Velocity at the Seaward Margin for Bay Ice-Shelf Models

Figure 6

Fig. 6. Behaviour of ice-shelf models for a parallel-sided bay with 0.5 m a−1 melt (dashed line) and with 0.5 m a−1 freezing (solid line).

Figure 7

Fig. 7. Relationship between thickness gradient and half-width for ice shelves. The solid line shows the theoretical curve based on Equation (22). Data are plottedfor eight ice shelves: Bach Ice Shelf (J . F. Bishop, personal communication); Jelbartisen (Autenboer and Decleir, 1975) ; George VI Ice Shelf, southern end (J. F. Bishop, personal communication ) ; Maudheim Is-shelf (Swithinbank, 1957); Amery Ice Shelf (Thomas, 1973[a) ); Filchner Ice Shelf (Scott Polar Research Institute radio-echo flights ) ; Ronne Ice Shelf (Swithinbank, 1977) ; and Ross Ice Shelf (Robin, 1975). The bars show the range of values typically found on each ice shelf.

Figure 8

Table II. Maximum Ancle of Divergence Ψmax of a Bay Before the Ice Shelf Comes Adrift from the Sides, for an Ice Shelf of Halfwidth 50 km, Velocity 300 m a−1, and Thickness h

Figure 9

Fig. 8. Behaviour of ice-shelf models in a bay with sides diverging at 15°, for 0.5 m a−1 melt (longer dashes); net balance of melt and accumulation (solid line); and 0.5 m a−1 freezing (shorter dashes ). The melting ice shelf can extend 38 km before it comes adrift from the bay walls.

Figure 10

Fig. 9. Behaviour of ice-shelf models in a bay with sides converging at 5°, for 0.5 m a−1 melt (longer dashes); net balance (solid line); and 0.5 m a−1 freezing (shorter dashes).

Figure 11

Fig. 10. Plan view of an ice shelf in a bay diverging at 25° with pinning ice rises towards the ice front. Without pinning ice rises the ice shelf can remain in contact with the bay walls only until the 25 km mark, with pinning it can fill the entire bay.

Figure 12

Fig. 11. Behaviour of ice-shelf models in a bay with sides diverging at 25°, for zero net accumulation. The dashed line shows the extent of the ice shelf if no pinning ice rises are present. The solid line shows the ice shelf when ice rises are present towards the ice front.