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Rhombus and Rhomboid Parallelogram Patterns on Glaciers: Natural Indicators of Strain

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Charles J. Waag
Affiliation:
Department of Geology, Georgia State University, University Plaza, Atlanta, Georgia 30303, U.S.A. Foundation for Glacier and Environmental Research, Seattle, Washington 98109, U.S.A.
Keith Echelmeyer
Affiliation:
Division of Geological and Planetary Science, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125, U.S.A. Juneau Icefield Research Program, Seattle, Washington 98109, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Subtle rhombus and rhomboid parallelogram patterns occur on Vaughan Lewis Glacier and the Gilkey Glacier System, Juneau Icefield, Alaska. The patterns are within the firn at the firn-ice interface, are formed by differential recrystallization within narrow preferred zones, and are apparently manifestations of stresses transferred upward from the glacier ice. On the glaciers of the Gilkey System the patterns occur where intense lateral shortening is indicated by abrupt convergence of medial moraines and an abundance of extension crevasses. The short axes of the rhombi and the obtuse angle bisectors of the rhomboids are subparallel to the strike of extension crevasses, therefore to the axis of shortening. The long axes of the rhombi and the acute angle bisectors of the rhomboids are parallel to the foliation, and ice-flow direction. The angles of the parallelograms are variable locally, but average 105° and 75°; the variation seems to reflect intensity and duration of stress. Similar parallelograms occur within the troughs of wave bulges below the Vaughan Lewis Icefall. In the wave bulges, the foliation arcs parallel the wave. The long axes of the rhombi and acute angle bisectors of the rhomboids parallel the foliation around the foliation arc. The short axes of the rhombi and the obtuse angle bisectors of the rhomboids parallel the strikes of radial crevasses, are perpendicular to the direction of extension, and form a fan divergent down-stream. The precise mechanisms and conditions of formation of the parallelograms are not yet understood. Preliminary strain-rate measurements suggest, however, that correlations exist between the orientations of the principal strain-rates and the axes of the patterns, and between the magnitude of the strain-rates and the axial lengths of the patterns.

Résumé

Résumé

Des formations fines de losanges et de parallelogrammes rhomboïdaux se produisent sur le Vaughan Lewis Glacier et sur le Gilkey Glacier System, dans le Juneau Icefield, Alaska. Ces formations se situent dans le névé à l’interface entre le névé et la glace, elles proviennent de la recristallisation différentielle dans d’étroites zones favorables et sont apparemment des manifestations d’efforts transmis vers le haut en provenance de la glace de glacier. Sur les glaciers du Gilkey System ces formations prennent place aux endroits où un intense rétrécissement est relevé par la convergence soudaine des moraines médianes et une abondance des crevasses d’extension. Les petits axes des losanges et les bisecteurs des angles obtus des rhomboïdes sont à peu près parallèles à la direction des crevasses d’extension, donc à l’axe du rétrécissement. Le grand axe des losanges et les bissecteurs des angles aigus des rhomboïdes sont parallèles à la foliation et à la direction de l’écoulement de la glace. Les angles des parallélogrammes sont localement variables mais valent en moyenne 105° et 75°; les variations semblent refléter l’intensité et la durée de l’effort. Des parallélogrammes semblables se produisent dans les creux des ondulations superficielles sous les séracs du Vaughan Lewis. Dans les ondulations, les arcs des foliations sont parallèles aux ondulations. Les grands axes des losanges et les bissecteurs des angles aigus des rhomboïdes sont parallèles à la foliation le long des arcs de foliation. Les petits axes des losanges et les bissecteurs des angles obtus des rhomboïdes sont parallèles à la direction des crevasses radiales, ils sont perpendiculaires à la direction de l’extension et forment un éventail divergent vers l’aval. On ne comprend pas encore les mécanismes précis et les conditions de formation des parallélogrammes. Des mesures préliminaires de vitesse de déformation suggèrent néanmoins qu’il existe des corrélations entre les orientations des contraintes et les axes des formations et entre l’ordre de grandeur de ces contraintes et la longueur des axes de ces formations.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Feine rhombische und rhomboidische Parallelogram-Muster treten auf dem Vaughan Lewis Glacier und dem Gilkey Glacier-System des Juneau Icefield in Alaska auf. Die Muster liegen im Firngebiet und an der Grenze zwischen Firn und Eis, entstehen durch differentielle Rekristallisation innerhalb eng begrenzter Zonen und sind offensichtlich Auswirkungen von Spannungen, die aus dem Gletschereis nach oben übertragen werden. Auf den Gletschern des Gilkey-Systems treten die Muster dort auf, wo intensives seitliches Schrumpfen durth plötzliches Zusammenlaufen von Mittelmoränen und eine grosse Zahl von Zugspalten angezeigt wird. Die kurzen Diagonalen der Rhomben und die Halbierenden der stumpfen Winkel der Rhomboiden sind parallel zur Richtung der Zugspalten, und damit zur Schrumpfungsachse. Die langen Diagonalen der Rhomben und die Winkelhalbierenden der spitzen Winkel der Rhomboide sind parallel zur Bänderung und zur Richtung des Eisflusses. Die Winkel der Parallelogramme sind lokal verschieden betragen im Mittel jedoch 105° und 75°; die Schwankungen scheinen die Intensität und Dauer der Spannung widerzuspiegeln. Ähnliche Parallelogramme treten innerhalb der Tröge von Aufwölbungen unter dem Vaughan Lewis-Eisfall auf. Auf den Wölbungen verläuft die Bänderung parallel zu den Kämmen. Die langen Diagonalen der Rhomben und die Winkelhalbierenden der spitzen Winkel der Rhumboide sind parallel zur Bänderung. Die kurzen Diagonalen der Rhomben und die Winkelhalbierenden der stumpfen Winkel der Rhomboide sind parallel zum Verlauf der Radialspalten und damit senkrecht zur Ausdehnungs-richtung; sie bilden einen stromab geöffneten Fächer. Mechanismus und Voraussetzung der Bildung der Parallelogramme sind noch nicht genau bekannt. Doch deuten vorläufige Deformationsmessungen darauf hin, dass Korrelationen zwischen der Orientierung der Spannungshauptachsen und der Diagonalen der Muster, sowie zwischen der Grösse der Verformungsrate und der Diagonalenlänge der Muster bestehen.

Information

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

Fig. 1 Photographs of rhombus and rhomboid parallelogram patterns in basal firn. Zones of more coarsely crystalline firn outlining lighter, less coarsely crystalline parallelograms. Note crevasses approximately parallel to the short axes of rhombi and obtuse-angle bisectors of rhomboids.

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Fig. 2 Photograph of Vaughan Lewis Icefall and glaciers of the Gilkey System. Parallelogram patterns occur in the troughs of the wave bulges and between the converging moraines just below bend in foreground.

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Fig. 3 Location map showing position of strain-arrays on Ogilvie-Gilkey Glacier of the Gilkey Glacier System.

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Fig. 4 Photograph of wave bulges of Vaughan Lewis Glacier. Note foliation and banding parallel to the arcs of the wave bulges, and the radial crevasses. Parallelogram patterns occur at the base of the firn in wave troughs.

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Fig. 5 Map of the structures in the wave bulges showing average orientation of patterns at various locations in the wave troughs. Angles are approximate.

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Fig. 6. Rose diagrams and schematic rhombi. Rose diagrams show the average orientations of the sides of the parallelogram patterns at various stations 1,2,3, etc., on the glaciers. The schematic rhombi reflect the average angles and axial orientations of the patterns shown with the local crevasses and ice foliation orientations.

Figure 6

Fig. 7. Plot of the strain arrays showing the measured stake intervals and angles θ and ϕ. Angles of θ correspond to the angular directions of the measured intervals in the sense shown. Angles of ϕ are between the y-axis and the nearest principal strain-rate axes as shown.

Figure 7

Table I. The average rate of stretching of the measured intervals

Figure 8

Table II. Strain-rate components

Figure 9

Fig. 8. a. Large array. b. Small array. Principal strain-rate axes platted as rhombi and in relation to the average recrystallization rhombi from stations on Ogilvie-Gilkey Glacier. Note correspondence in orientation of axes for the large array and in angles (magnitude) for the small array.

Figure 10

Table III. Principal strain-rates and stresses

Figure 11

Table IV. Axial Ratios Ogilvie–Gilkey Glacier