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Modeling the Influence of Till Rheology on the Flow and Profile of the Lake Michigan Lobe, Southern Laurentide Ice Sheet, U.S.A.

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

James E. Beget*
Affiliation:
Department of Geology and Geophysics, University of Alaska, Fairbanks, Alaska 99775, U.S.A.
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Abstract

The late Wisconsin Shelbyville till was deposited in southern Illinois c. 20 000–21 000 year B.P. and records the maximum southern advance of the Lake Michigan lobe of the Laurentide ice sheet. The yield strength calculated for a representative till debris flow found just south of the ice margin is 8 kPa (0.08 bar), and probably approximates yield strength of basal Shelbyville till. An ice-profile model assuming plastic behavior in basal till suggests the southern Lake Michigan lobe may have been unusually thin. Reconstructed Laurentide glacier profiles from the south-west and western Great Plains (South Dakota, Alberta, Minnesota, and Montana), and the MacKenzie Delta, N.W.T., are similar to those inferred for the southern Great Lakes area, and much thinner than those of most modern ice sheets. The Pleistocene Laurentide ice sheet may have been asymmetric: thicker in the east than in the west. Glaciers resting on weak sediments can move both by subglacial sediment deformation (creep) and sliding at the sediment–ice interface. Till rheology is complex; shearing of till by over-riding glaciers would increase porosity and further reduce yield strength.

Résumé

Résumé

La moraine de Shelbyville a été déposée, dans le sud de l’Illinois, vers 20 000–21 000 B.P. Elle marque l’avance maximum vers le sud du lobe du lac Michigan de l’indlandsis Nord-américain. La résistance au cisaillement d’une coulée de moraine représentative située juste du sud du bord de l’indlandsis est de 8 kPa (0,08 bar); c’est probablement l’ordre de grandeur de la résistance au cisaillement de la moraine basale de Shelbyville. Un modèle du profil de la glace, dans l’hypothèse d’un comportement plastique de la moraine basale, suggère que l’extrêmité sud du lobe du lac Michigan a pu être inhabituellement mince. Les profils de l’indlandsis des Laurentides dans la région des grandes plaines du sud-ouest et de l’ouest (South Dakota, Alberta, Minnesota, Montana) ainsi que dans la région du delta du MacKenzie (N.W.T.) sont comparables à ceux de la région du sud des Grands Lacs, beaucoup plus minces que ceux de la plupart des indlandsis actuels. L’indlandsis pleistocène des Laurentides a pu être asymétrique, plus épais à l’est qu’à l’ouest. Les glaciers reposant sur des sédiments facilement déformables peuvent avancer à la fois par déformation de la moraine basale et par glissement sur l’interface moraine-glace. La rhéologie des moraines est compliquée, leur cisaillement par le chevauchement du glacier accroit leur porosité et réduit leur résistance au cisaillement.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Das Shelbyville-Geschiebe aus der späten Wisconsin-Vereisung wurde in Sud-Illinois etwa 20 000–21 000 Jahre vor der Gegenwart abgelagert und kennzeichnet den maximalen Vorstoss des Lake Michigan-Lobus des Laurentidischen Eisschildes nach Süden. Die Tragfähigkeit, berechnet für einen repräsentativen Schuttstrom gerade südlich des Eisrandes, ist 8 kPa (0,08 bar), was annähernd der Tragfähigkeit des Shelbyville-Basisgeschiebes entsprechen dürfte. Ein Modell für das Eisprofil, das plastisches Verhalten im Basisgeschiebe annimmt, lässt darauf schliessen, dass der südliche Lake Michigan-Lobus ungewöhnlich dünn war. Rekonstruierte Laurentidische Gletscherprofile aus den südwestlichen und westlichen Grossen Ebenen (South Dakota, Alberta, Minnesota, Montana) und aus dem MacKenzie-Delta, N.W.T., sind ähnlich denen, die für das Gebiet der südlichen Grossen Seen abgeleitet wurden und wesentlich dünner als die der neuzeitlichen Eisschilde. Der pleistozäne Laurentidische Eisschild dürfte asymmetrisch gewesen sein: dicker im Osten als im Westen. Gletscher auf weichen Sedimenten können sich sowohl durch subglaziale Deformation der Sedimente (Kriechen) wie durch Gleiten an der Berührungsfläche zwischen Sediment und Eis bewegen. Die Rheologie des Geschiebes ist kompliziert; Scherung des Geschiebes durch darüberfliessende Gletscher würde die Porosität erhöhen und die Tragfestigkeit weiter verringern.

Information

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

Fig. 1.(a) Stress–strain diagram for over-consolidated and unconsolidated till and glacier ice. The figure is plotted for a constant effective normal stress greater than zero. As effective normal stress decreases, peak yield strength approaches residual yield strength. (b) Mohr–Coulomb failure lines for consolidated and unconsolidated till. Modified from Selby (1982) and Smalley and Unwin (1968).

Figure 1

Fig. 2.Location of a large till debris flow at the terminus of the Lake Michigan lobe of the Laurentide ice sheet. Maximum late Wisconsin terminal positions of alt glacier lobes shown are not synchronous. Modified from Mickelson and others (1983).

Figure 2

Fig. 3.Schematic diagram of the terminal zone of the Lake Michigan lobe, showing the inferred origin of the supraglacial debris which formed the large till debris flow (flow till).

Figure 3

Fig. 4.The typical profiles of the northern Greenland and East Antarctic ice sheets are close to a theoretical profile, assuming perfect plasticity and a constant 100 kPa basal shear stress. The reconstructed profiles of the south-west Laurentide ice sheet in North Dakota and the north-west Laurentide ice sheet over the MacKenzie Delta are similar to a theoretical profile, assuming a constant basal shear stress of 8 kPa, the yield strength of till in southern Illinois. The 8 kPa theoretical profile is close to the actual profile of the southern Lake Michigan lobe c. 20 000 year B.P.

Figure 4

Fig. 5.Schematic illustration of a glacier sole sliding over deformable basal till. Irregularities of the ice and debris at the glacier sole disrupt and mechanically disaggregate basal till as they slide over and through it. Shearing of the till occurs as it deforms under and around the glacier base. Water occupies pore space in the sheared, dilated till. Till below the sheared zone is generally dewatered and over-consolidated. The sliding velocity is controled by till yield strength and strain-rates. Creep will occur mainly in the sheared basal till and to a lesser degree in glacier ice.