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Preliminary Studies on Sea Ice in McMurdo Sound, Antarctica, During “Deep Freeze 65”

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Russell A. Paige
Affiliation:
U.S. Naval Civil Engineering Laboratory, Port Hueneme, California, U.S.A.
Claude W. Lee
Affiliation:
U.S. Naval Civil Engineering Laboratory, Port Hueneme, California, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The sea ice in McMurdo Sound, Antarctica, is extensively utilized for runways, travel, freight hauling and docking facilities. The safety and efficiency of these operations depend upon a better understanding of the sea-ice bearing strength.

Variations in shear and tensile strength, decreased thickness, salinity changes, internal deterioration and changes of the temperature gradient are all related to and dependent upon snow cover, ambient temperatures and solar radiation. During the austral summer of 1964–65, shear strength decreased from 9.8 kg./cm.2 in October to 6.3 kg./cm.2 in late January and then increased to 8.0 kg./cm2. by 10 February. The salinity of collected brine decreased from 125 p.p.t. in November to 43 p.p.t. in January. Thickness increased until mid-December, then decreased rapidly by bottom melting until break-out in February. In the Cape Armitage shoal area, thickness decreased from 2.5 m. in mid-December to 36 cm. in late January. Snow cover significantly affects the degree of internal deterioration and the amount of strength loss during the summer. Sea ice with more than 6 cm. snow cover is consistently stronger than unprotected ice and deterioration is less. Bearing strength of the sea ice is sufficient for most ordinary loads throughout the period of most extensive use.

Résumé

Résumé

La glace de mer de McMurdo Sound est utilisée comme pistes d’envol, routes, transport de fret et quais de débarquement. La sécurité et l’efficacité de ces opérations comptent sur une meilleure connaissance des forces de portance de la glace de mer.

Les variations de la résistance au cissaillement et à la traction, la diminution d’épaisseur, les changements de salinité, la détérioration interne et les variations de gradient thermique sont tous liés et dépendants de la couverture de neige, des températures ambiantes et de la radiation solaire. Pendant l’été austral de 1964–65, la résistance au cissaillement diminuait de 9,8 kg/cm2 en octobre à 6,3 kg/cm2 fin janvier, puis augmentait à 8,o kg/cm2 vers le 10 février. La salinité des échantillons de saumure diminuait de 125‰ en novembre à 43‰ en janvier. L’épaisseur augmentait jusqu’à mi-décembre, puis diminuait rapidement par fonte sous-glaciaire jusqu’à la rupture en février. Dans les bas fonds de Cape Armitage, l’épaisseur diminuait de 2,5 m vers la mi-décembre à 36 cm fin janvier. La couverture de neige affecte d’une manière significative le degré de détérioration interne et la valeur de la perte de portance pendant l’été. La glace de mer, surmontée d’une épaisseur de neige de plus de 6 cm, est plus résitante que la glace nue et la détérioration est moindre. La force de portance de la glace de mer est suffisante pour la plupart des charges ordinaires pour toute la période d’utilisation active.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Das Meereis des McMurdo Sound erfährt starke Beanspruchung durch Rollfelder, Verkehr, Frachtladung und -lagerung. Die Sicherheit und Leistungsfähigkeit dieser Massnahmen hängt von der besseren Kenntnis der Tragkraft des Meereises ab. Schwankungen in der Scher- und Zugfestigkeit, abnehmende Dicke, Änderungen des Salzgehaltes, innerer Zerfall und Schwankungen des Temperaturgradienten werden in Verbindung und Abhängigkeit zur Schneedecke, den Temperaturen der Umgebung und der Sonneneinstrahlung gebracht. Während des Südsommers 1964/65 nahm die Scherfestigkeit von 9,8 kg/cm2 im Oktober auf 6,3 kg/cm2 zu Ende Januar ab, um bis zum so Februar wieder auf 8,0 kg/cm2 anzuwachsen. Der Salzgehalt von Salzwasserproben nahm von 125‰ im November auf 43‰ im Januar ab. Die Dicke nahm bis Mitte Dezember zu und verminderte sich schnell durch Abschmelzen an der Unterseite bis zum Aufbruch im Februar. Im Gebiet der Sandbank bei Cape Armitage nahm die Dicke von 2,5 m bis auf 36 cm zwischen Mitte Dezember und Ende,Januar ab. Die Schneedecke hat entscheidenden Einfluss auf den Grad des inneren Zerfalls und die Festigkeitsabnahme während des Sommers. Meereis mit einer mehr als 6 cm dicken Schneedecke ist beträchtlich fester als Blankeis und sein Zerfall ist geringer. Die Tragfähigkeit des Meereises reicht für die meisten gewöhnlichen Lasten während der Zeit der stärksten Beanspruchung aus.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1967
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Fig. 1. Index map of the McMurdo Sound area south of Hut Point, Ross Island, Antarctica

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Fig. 2. Open cylinder shear apparatus

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Fig. 3. Average shear strength of sea ice as a function of temperature. NCEL station No. 2

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Fig. 4. Average ring-tensile strength of sea ice as a function of temperature. NCEL station No. 2

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Fig. 5. Temperature difference across the sea-ice sheet on 31 October, 11 November and 26 December 1964

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Fig. 6. Shear-strength profile of the sea-ice sheet on 26 October, 11. November and 26 December 1964

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Fig. 7. Average shear and ring-tensile strengths of the sea-ice sheet compared with ice-surface temperature and time. NCEL station No. 2

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Fig. 8. Shear and ring-tensile strengths as a function of brine volume

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Fig. 9. Ice-thickness changes during the summer of “Deep Freeze 65”. NCEL stations 1 to 5

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Fig. 10. Map of the Cape Armitage area

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Fig. 11. Ice-thickness changes during the summer of “Deep Freeze 65”. NCEL Cape Armitage stations D8-2, L, H and J

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Fig. 12. Sea-ice thickness versus snow cover, December 1964

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Fig. 13. Brine salinity versus time. Brine collected from core holes. NCEL station No. 2

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Fig. 14. Average shear strength of the sea-ice sheet compared with temperature and time