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Composition, Internal Structures, and an Hypothesis of Formation for Drumlins, Waukesha County, Wisconsin, U.S.A.

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

G. Richard Whittecar
Affiliation:
Department of Geology and Geophysics, University of Wisconsin−Madison, Madison, Wisconsin 53706, U.S.A.
David M. Mickelson
Affiliation:
Department of Geology and Geophysics, University of Wisconsin−Madison, Madison, Wisconsin 53706, U.S.A.
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Abstract

Late Wisconsin-age drumlins west of Milwaukee are clustered atop uplands bounded by discrete scarps. Gravel operations within the uplands have exposed drumlin cores of undeformed till and outwash beds which are truncated at the sides of the drumlin. In a few areas, clastic dikes, faults, overturned bedding and shear folds disturb the original layering. The drumlin shapes are blanketed with a basal till 1–3 m thick (“retreat” till) which truncates all internal structures. This till covering cannot be distinguished from the youngest truncated till (“advance” till).

Truncation of all of these structures shows that these drumlins are erosional forms carved from pre-existing drift. Apparently, during erosion under compressive flow, some beds became unstable and initiated large-scale movements of material into the drumlin from beneath the drumlin form. Failure and mobilization of the finer-grained beds may have been due to increased pore pressures, differing stages of dilatancy, or differing bulk densities. A growth relationship for drumlins may exist that is based upon the rates of material moving into the drumlin from below and rates of erosion of the drumlin form.

Résumé

Résumé

. Des drümlins datant de la fin du Wisconsin à l’ouest de Milwaukee sont groupés au-dessus de plateaux limités par des escarpements. Des recherches de gravier dans les plateaux ont mis à jour des coeurs de drümlins formés de dépôts morainiques non déformés et de lits lessivés qui sont coupés sur les bords du drümlin. En quelques zones, des cordons de matériaux clastiques, des interruptions des lits retournés et des plis de cisaillement perturbent l’empilement originel. Les formes des drümlins sont noyées dans une moraine de base de 1 à 3 m d’épaisseur (moraine de “retrait”) qui découpe toutes les structures internes. Cette moraine de couverture ne peut être distinguée de la moraine découpée la plus récente (moraine dʼ “avancée”).

Le découpage de toutes ces structures montre que ces drümlins sont des formes d’érosion taillées dans des apports préexistants. Apparemment, au cours de l’érosion sous des écoulements en compression, quelques lits devinrent instables et commencèrent à subir des mouvements sur une grande échelle vers le drümlin de matériaux issus d’en dessous de la forme du drümlin. La rupture et la mise en mouvement des lits aux grains plus fins peuvent avoir été dues à l’augmentation des pressions internes, à des différences de dilatation ou de densité apparente. Une loi de croissance pour les drümlins peut exister basée sur les vitesses d’entrainement des matériaux des niveaux inférieurs vers le drümlin ainsi que sur les vitesses d’érosion de forme drümlin.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Drumlins aus der späten Wisconsineiszeit westlich von Milwaukee häufen sich auf Hochflächen, die durch getrennte Böschungen begrenzt sind. Kiesentnahmen auf den Hochflächen haben Drumlinkerne aus ungestörtem Schutt und Schmelzwasserrinnen freigelegt, die an den Flanken der Drumlins enden. In ein paar Gebieten stören brüchige Dämme, Verwerfungen und Scherfalten die ursprüngliche Lagerung. Die Drumlinformen sind mit 1–3 m dicker Grundmoräne (“Rückzugsmoräne”) bedeckt, die alle inneren Strukturen kappt. Diese Schutthülle lässt sich vom jüngsten gekappten Schutt (“Vorstossmoräne”) nicht unterscheiden.

Die Kappung all dieser Strukturen zeigt, dass diese Drumlins Erosionsformen sind, die aus einer älteren Ablagerung herauspräpariert wurden. Während der Erosion unter kompressivem Fliessen wurden einige Rinnen sichtlich instabil und verursachten grossräumige Materialtransporte in die Drumlins von unten her. Verfall und Öffnung der feinerkörnigen Rinnen kann durch erhöhten Porendruck, verschiedene Stadien der Dehnung oder verschiedene Dichte hervorgerufen worden sein. Für Drumlins könnte ein Wachstumsgesetz bestehen, das auf der Geschwindigkeit des Massentransports in den Drumlin von unten und auf der Erosionsgeschwindigkeit der Drumlinform beruht.

Information

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

Fig. 1. Map of eastern Wisconsin showing the location of the Waukesha drumlin field relative to margins of the Green Bay and Lake Michigan lobes. Dates on limits of ice advances are only approximate and are not well documented (from Alden, 1918).

Figure 1

Fig. 2. Map showing drumlins, lakes, streams, moraines, and margins of drumlinized uplands.

Figure 2

Fig. 7. Idealized range of structures found within the Waukesha-area drumlins. Included in these sketches are “advance” and “retreat” tills, clastic dikes, high-angle faults, large overturned folds, and highly complex combinations of these features. All sections are along the short axes of the drumlins. All stratigraphic symbols are diagrammatic and are only meant to represent till lying over stratified drift.

Figure 3

Fig. 3. Photograph and sketch of a clastic dike. The pit wall is 6–10 m high. Ice flow was almost directly into the page.

Figure 4

Fig. 4. Maps of parts of excavated drumlins showing clastic dikes, faulted clastic dikes, and minor folds. In Figure 4a, the drumlin axis is roughly 30 m north-west of the corner of the pit; in Figure 4b, the drumlin axis is roughly 100 m north-west of the pit.

Figure 5

Fig. 5. Photograph and sketch of the faulted clastic dike shown in Figure 4b. 2−4 m of till were stripped from the top of the cut by mining operations.

Figure 6

Fig. 6. (a) Cross-section sketch of one observed shear fold at the side of one drumlin. Ice flow is into the page. (b) Strain, ellipsoid showing possible stresses developed as ice flows past drumlin flank and map view of a drumlin showing potential directions of orientations of shear fold axes. τ1 and τD are shearing stresses; η1 and ηD are normal stresses, σ1 is the resulting greatest principal stress (after Moody and Hill, 1956).

Figure 7

Fig. 8. Map view of the hypothesized regimes under an ice lobe.