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The Nature of the Ice-Rock Interface: The Results of Investigation on 20000m2 of the Rock Bed of Temperate Glaciers*

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Robert Vivian*
Affiliation:
Institut de Géographie Alpine, rue Maurice-Gignoux, 38031 Grenoble Cedex, France
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Abstract

This paper reviews the results of 10 years study of the only four subglacial sites which are permanently accessible due to activity by hydro-electrical companies. All the sites occur beneath temperate ice. The first part is devoted to the study of the ice-rock interface as a glaciological phenomenon, and emphasizes the dynamic conditions for separation of the ice from the rock bed. This glaciological cavitation phenomenon occurs when tan α > V i/H i. Another phenomenon, “regressive cavitation” refers to the existence up-stream of the large permanent cavities, of a series of small cavities which although they are not permanent are fundamentally important because they control the subglacial water drainage allowing the water to penetrate new routes. The second part analyses the sliding movement of the ice on the rock bed. The deformation of the cavities depends mainly on variations in the velocity of the glacier. The sliding velocity measured at the interface accounts for 60 to 80% of the surface movement of the glacier; 80 to 90% of the surface velocity movement is attained a few metres above the glacier-bed interface. The third part describes the characteristics of subglacial drainage which are necessary to understand the nature of the ice-rock interface. The fourth part is devoted to the precise description of the different types of interface as they appeared in the subglacial sites.

Résumé

Résumé

Cette communication se propose de faire le point sur les renseignements obtenus depuis 10 ans, à la suite de la reconnaissance et de l’étude des quatre seuls sites sous-glaciaires accessibles de façon permanente grâce aux travaux des compagnies hydro-électriques. Tous les sites concernent des glaces tempérées. La première partie est consacrée à l’étude de l’interface glace-roche en taut que phénomène glaciologique. L’accent est mis sur les conditions dynamiques à un décollement de la glace du rocher. Ce phénomène de cavitation glaciaire est réalisé dès lors que tg α > V i/H i. Un autre phénomène, la “cavitation régressive” justifie l'existence, à l’amont des grandes cavités permanentes, des séries de cavités de petite taille, non permanentes celles-là, mais fondamentales en ce sens qu’elles conditionnent les écoulements hydrauliques sous-glaciaires en ménageant des passages pour les eaux. La seconde partie analyse le régime des mouvements de la glace sur le lit rocheux. En effet, les déformations des cavités sont largement dépendantes de ces variations de vitesse du glacier. Le glissement mesuré à l’interface explique 60 à 80% du mouvement du glacier; 80 à 90% de ce mouvement étant assurés quelques mètres seulement au-dessus de l’interface. La troisième partie s’attache à décrire et à chiffrer les caractéristiques et les valeurs du drainage sous-glaciaire, éléments décisifs pour une bonne compréhension de l’état de l’interface glace-roche. La quatrième partie est précisément consacrée à la description des différents types d’interface glace-roche.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die Arbeit fasst die Ergebnisse 10-jähriger Studien an den vier einzigen subglazialen Stellen zusammen, die dank der Massnahmen von Elektrizitätsgesellschaften ständig zugänglich sind; sie liegen durchwegs unter temperierten Gletschern. Der erste Teil gilt dem Studium der Grenzfläche zwischen Eis und Fels als glaziologisches Phänomen. Die dynamischen Voraussetzungen für eine Trennung des Eises vom Felsbett werden betrachtet. Diese Cavitationserscheinung tritt auf, wenn tan α > V i/H i. “Regressive Cavitation” erklärt die Existenz grosser, dauernder Hohlräume gletscheraufwärts und einer Reihe kleiner Hohlräume, die — obwohl nicht dauerhaft — bedeutsam für den subglazialen Wasserabfluss sind. Der zweite Teil analysiert die Gleitbewegung des Eises auf dem Felsbett. Die Verformung der Hohlräume hängt vor allem von den Geschwindigkeitsschwankungen des Gletschers ab. Die Gleitgeschwindigkeit an der Grenzfläche macht 60 bis 80% der Oberflächenbewegung des Gletschers aus. 80 bis 90% der Oberflächengeschwindigkeit werden bereits wenige Meter über dem Felsbett erreicht. Der dritte Teil beschreibt die Charakteristiken des subglazialen Abflusses, die für das Verständnis der Besonderheiten der Grenzfläche zwischen Eis und Fels erforderlich sind. Der vierte Teil gilt der genauen Beschreibung der verschiedenen Grenzflächenarten an den subglazialen Untersuchungsstellen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1980
Figure 0

Fig. 1. Diagrams to indicate the ice-rock interface under conditions of (a) contact and (b) cavitation. Ice contact occurs whenever Vi/Hi > V/H or when α1 > α, i.e. when Vi/Hi > tan α or Vi > Hi tan α. Separation occurs when Vi < Hi tan α.

Figure 1

Fig. 2. Measurements of vertical and horizontal components of the movement of the ice at the base of Mer de Glace (under a cover of 75–80 m of ice at a location where the bedrock slope is 30%) and deduction of corresponding velocities.

Figure 2

Fig. 3. Measurements of vertical and horizontal components of the movement of the ice at the base of glacier d’Argentère (under a cover of 100 m of ice at a location where the bedrock slope is 120%) and deduction of corresponding velocities.

Figure 3

Fig. 4. Diagrams to indicate the separation of ice from rock giving cavitation and the subsequent contact and the regressive cavitation that can result.

Figure 4

Table I