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The Mechanics of Drumlin Formation with Particular Reference to the Change in Pore-Water Content of the Till

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

John Menzies*
Affiliation:
Department of Geography, Brock University, St. Catharines, Ontario L2S 3A1, Canada
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Abstract

Most drumlins are composed of till that appears similar in all characteristics to non-drumlin till. Evidence, however, in the form of till layer sequences and from palaeomagnetic Koenigsberger ratios indicate that drumlin till may have a slightly higher pore-water content at the time of lodgement than nondrumlin till. In order that deposited till remains at the ice-glacier-bed interface to initiate drumlin formation, it must undergo rapid geotechnical changes whereby its pore-water content is dissipated thereby increasing the shear strength of the till. Two mechanisms of pore-water removal are possible. Firstly, pore water may be removed from localized patches within a mobile layer of till at the ice-glacier-bed interface, thus creating nuclei of higher-strength till around which deforming till may adhere. Secondly, removal of water initially from the thin water film at the base of a glacier may result in increased pressure melting of the ice leading to till melt-out and subsequent loss of pore water from the deposited till. The loss of water at the glacier bed may be either via permeable subglacial deposits or bedrock, or within subglacial depressions.

Résumé

Résumé

La plupart des drumlins sont composés de matériaux morainiques qui paraissent semblables dans toutes leurs caractéristiques aux matériaux morainiques hors drumlins. Des preuves cependant tirées de la forme des séquences des niveaux morainiques et des rapports paléomagnétiques de Koenigsberger, montrent que la moraine des drumlins peut avoir été légèrement plus riche en eau capillaire au moment de sa formation que la moraine hors drumlin. Pour que la moraine déposée reste à l’interface glace-lit rocheux pour entamer la formation de drumlins, elle doit subir de rapides changements géotechniques qui lui fassent perdre sa teneur en eau capillaire ce qui accroit sa résistance au cisaillement. Deux mécanismes de perte de capacité capillaire sont possibles. Tout d’abord, l'eau d’imbibation peut disparaître par des cheminements localisés dans un niveau mobile de moraine à l’interface glace-lit rocheux créant ainsi des noyaux de moraine de plus forte résistance auxquels la moraine en cours de déformation peut adhérer. Ensuite, la disparition de l’eau qui constituait le mince film d’eau à la base du glacier peut provoquer un accroissement du point de fusion de la glace conduisant à la fusion dans la moraine et par conséquent à la perte de capacité capillaire de la moraine déposée. La perte d’eau le long du lit rocheux peut se produire soit à travers de dépôts perméables sous glaciaires, ou le long du lit, ou à l’intérieur des dépressions sous glaciaires.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die meisten Drumlins bestehen aus Moränenmaterial, das in allen Charakteristiken dem Schutt ausserhalb der Drumlins ähnlich erscheint. Jedoch deuten Hinweise in der Form der Abfolge von Schuttschichten und aus paläomagnetischen Königsberger-Zahlen darauf hin, dass Drumlinschutt im Zeitpinkt seiner Ablagerung einen etwas höheren Porenwassergehalt hat als anderer Glazialschutt. Wenn abgelagerter Schutt an der Grenzfläche zwischen Eis und Gletscherbett verbleiben und die Drumlinbildung einsetzen soll, muss er schnelle geotechnische Veränderungen erfahren, bei denen sein Porenwassergahalt verringert und dadurch seine Scherfestigkeit erhöht wird. Zwei Mechanismen zur Beseitigung des Porenwassers sind möglich. Zunächst kann Porenwasser an örtlichen Flecken innerhalb einer beweglichen Schuttschicht an der Grenzfläche zwischen Eis und Gletscherbett verschwinden, wodurch Kerne festeren Schuttes entstehen, denen sich verformter Schutt anlagert. Andrerseits kann der beginnende Abzug von Wasser aus dem dünnen Wasserfilm am Untergrund eines Gletschers erhöhte Druckschmelze des Eises erzeugen, was zum Aussschmelzen von Schutt und nachfolgendem Verlust an Porenwasser im abgelagerten Schutt führt. Der Wasserverlust am Gletscherbett kann entweder durch durchlässige subglaziale Ablagerungen oder Untergrundsmaterialien oder aber über subglaziale Einsenkungen erfolgen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
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Fig. 1. Till "layers" as revealed in a drumlin till section, west-central Scotland (10 cm bar for scale).

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Fig. 2. A range of till “layer” dimensions as taken from a drumlin in the Glasgow area, west-central Scotland.

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Fig. 3. A graph of Koenigsberger values Q derived from palaeomagnetic measurements of drumlin till in the Glasgow area as compared to a Q value/percentage-water curve presented by Stupavsky and Gravenor (1974).

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Fig. 4. A diagram showing the relationship between drumlin long axes (indicative of the direction of maximum ice movement) and the percentage variation of Carboniferous pebbles within the till. Where drumlin long axes parallel the pebble isopleths little erosion has occurred. Where the long axes cross the isopleths erosion has hem predominant.

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Fig. 5. The possible location where the stacking of debris bands within the ice at the base of a glacier might occur.

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Fig. 6. A cross-section through a drumlin revealing localized of permeable sands and gravels beneath consolidated drumlin till.