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The Formation of Fjord Thresholds

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

E. M. Shoemaker*
Affiliation:
Department of Mathematics, Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia V5A 1S6, Canada
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

The erosion rate of bedrock by glacier action is analyzed under conditions of constant-state radial convergent and divergent flow, assuming that the quarrying rate increases with increasing sliding velocity, and assuming a conventional power-function sliding law. Ice is modeled as a non-linear Glen material. Deviatoric stresses are computed but are shown to be negligible compared to the basal shear stress, provided that suitable restraints are placed on the ratio of channel radius of curvature to ice thickness. If the ice is sufficiently thick, radial divergent flow results in erosion rates which decrease in the down-stream direction This provides an explanation for the formation of the largest class of fjord thresholds which occur at channel widenings. In contrast, increased erosion rates are predicted at narrows which can explain the presence of deep troughs at gradual narrows. It is argued that the presence of pronounced thresholds in abrupt narrows can be explained by low quarryability or locally high roughness which reduces the sliding velocity. The origin of till overlying thresholds is explained as a natural consequence of a threshold being a position of relative stability for the terminus of a retreating tide-water glacier.

Résumé

Résumé

La vitesse d’érosion du lit rocheux par un glacier est analysée pour les conditions d’un écoulement permanent radial, convergent et divergent, en supposant que la vitesse d’excavation du lit croît avec la vitesse de glissement, que le glissement suit une loi puissance conventionnelle et que la glace suit la loi de Glen. Tant que l’on limite convenablement le rapport entre le rayon de courbure du lit et l’épaisseur de glace le déviateur des contraintes calculé est négligeable devant le cisaillement à la base. Si la glace est assez épaisse l’écoulement radial divergent produit une vitesse d’érosion qui décroît vers l’aval. Ceci fournit une explication pour la formation de la plupart des seuils de fjords qui se situent aux points d’élargissement des vallées. Au contraire on prévoit des vitesses croissantes d’érosion dans les parties étroites ce qui peut epliquer la présence d’auges profondes dans les rétrécissements. On démontre que la présence de seuils prononcés dans les étroits peut être expliquée par une faible excavabilité ou une rugosité localement élevée réduisant la vitesse de glissement. L’origine des argiles à blocaux recouvrant les seuils s’explique comme une conséquence naturelle du fait que le seuil est une position de stabilité relative pour la langue terminale d’un glacier à front marin en décrue.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Unter der Annahme eines konstanten radialen kon- und divergenten Eisflusses, einer mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit wachsenden Schuttausbruchsrate und eines konventionellen Potenzgesetzes für das Gleiten wird die Rate der glazialen Erosion am Felsbett analysiert. Das Eis wird dabei als nicht-lineares Glen’sches Material betrachtet. Ablenkende Spannungen werden berechnet, doch erweisen sie sich gegenüber der Scherspannung am Untergrund als vernachlässigbar, sofern über das Verhältnis zwischen dem Krümmungsradius des Bettes und der Eisdicke vernünftige Einschränkungen getroffen werden. Wenn das Eis dick genug ist, führt radialer divergenter Fluss zu Erosionsraten, die gletscherabwärts abnehmen. Dieses Ergebnis liefert eine Erklärung für die Bildung der grössten Klasse von Fjord-Schwellen, die an Talöffnungen auftreten. Im Gegensatz dazu lassen sich verstärkte Erosionsraten an Engstellen erwarten, woraus das Auftreten tiefer Tröge an allmählichen Verengungen zu erklären ist. Es wird dargelegt, dass sich ausgeprägte Schwellen an schroffen Verengungen durch geringe Brüchigkeit oder lokale hohe Rauhigkeit, welche die Gleitgeschwindigkeit verringert, erklären lassen. Die Herkunft von Geschiebemänteln über den Schwellen ist als natürliche Folge davon zu verstehen, dass eine Schwelle für die Zunge eines zurückgehenden Gletschers am Gezeitenmeer eine Position relativer Stabilität darstellt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1986
Figure 0

Fig. 1. Coordinate system, notation, and sign conventions for the divergent flow case: (a) side view, (b) plan view.

Figure 1

Fig. 2. H and dimensionless center-line bed profile (1 − ub/ubi) versus ξ for a typical case with Ri = 3, Ui/ubi = 6, q = 75. Radial convergent flow (R.C.F.) with ξ measured up-stream from a very narrow channel with f( ξ) = 1– exp(−0.52 ξ) and radial divergent flow (R.D.F.) with ξ measured down-stream from a channel of average width–depth ratio and f(ξ) = 1 – 0.65exp (–40.3 ξ).

Figure 2

Table I. Effects of q on qualitative sill features

Figure 3

Table II. Effect on Qualitative Sill Characteristics Resulting From Divergent Flow of an Increase in q, or Increase in hi With Tbi Fixed

Figure 4

Table III. Assumed hi′ ri, and Tbi Values, and Calculated Ui/ubi and q Values for Six Combinations of Three Glaciation Scales and Two Divergent Channel Lengths

Figure 5

Fig. 3. Center-line profiles as measured by τbi3 (1 – ub/ubi) versus ξ for six prototype cases. Convergent flow on 3 > ξ > 1 down to a narrows of average width-depth ratio is followed by divergent flow on 1 < ξ < 5.