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Dynamics and Structure of Griesgletscher, Switzerland

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

M. J. Hambrey
Affiliation:
Department of Geology, Sedgwick Museum, Cambridge CB2 3EQ, England
A. G. Milnes
Affiliation:
Geologisches Institut, Eidg. Technische Hochschule-Zentrum, CH-8092 Zürich, Switzerland
H. Siegenthaler
Affiliation:
Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, Eidg. Technische Hochschule-Zentrum, CH-8092 Zürich, Switzerland
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Abstract

A detailed investigation has been carried out on the dynamics of an Alpine valley glacier of relatively simple shape and the results are considered in relation to the development of secondary structures. Ice velocity reaches a maximum near the top of a small ice fall (40 m a−1) which also coincides approximately with the equilibrium line. Flow lines converge in the accumulation area but are roughly parallel in the ablation area. The “regional” strain-rate pattern is rather complex. Approximate longitudinal extension is evident in the accumulation area and strain-rates reach high values at the south margin and in the ice fall (up to 0.12 a−1). In the ablation area, strain-rates are comparatively small and in general indicate longitudinal compression. “Local” deformation rates obtained in the area beneath the ice fall and along a flow line near one of the margins reveal complex patterns of deformation within small areas.

There is no clear relationship between foliation and strain-rates (and by analogy stresses), except in the case of longitudinal foliation in marginal areas which, if actively developing, lies approximately parallel to a direction of maximum shear strain-rate. It is more important to consider the relationship of this structure to strain history. Results from this study indicate that, regardless of the initial orientation of the foliation in relation to the strain ellipse, it attains approximate parallelism with the long axis of the ellipse as deformation progresses.

It is also shown that many foliations originate from pre-existing layered structures such as stratification or crevasse traces. This problem is discussed particularly with reference to an arcuate foliation which originates in the ice fall and is believed to represent tensional veins, subsequently subjected to compressive strain within and below the ice fall.

Résumé

Résumé

Une étude approfondie a été effectuée sur la dynamique d’un glacier de vallée alpin de forme relativement simple et les résultats sont considérés en rapport avec le développement de structures secondaires. La vitesse de la glace atteint son maximum (40 m a−1) au voisinage d’une petite chute qui coïncide approximativement avec la linge d’équilibre. Les lignes de courant convergent dans la zone d’accumulation, mais demeurent en revanche à peu près parallèles dans la zone d’ablation. La distribution “régionale” des vitesses de déformation est assez complexe. Les déformations de traction plus ou moins longitudinales sont évidentes dans la zone d’accumulation et les vitesses de déformation atteignent des valeurs élevées sur la rive sud et dans la chute du glacier (jusqu’à 0,12 a−1). Dans la zone d’ablation, les vitesses de déformation sont comparativement faibles et indiquent en général une compression longitudinale. Les vitesses de déformation “locales” observées dans la zone située au-dessous de la chute du glacier, de même que le long d’une ligne de courant proche de l’une des rives, révèlent une répartition complexe des déformations à l’intérieur de zones d’étendue restreinte.

Il n’y a pas de rapport évident entre la foliation (texture feuilletée du glacier) et les vitesses de déformation (et, partant, les contraintes), sauf dans le cas de la foliation longitudinale observée dans les zones latérales, laquelle, lorsqu’elle se trouve en état de développement actif, coïncide approximativement avec la direction des déformations de cisaillement maximales. Il est plus important de considérer la relation existant entre cette structure et l’histoire du fluage; les résultats de cette étude montrent que, quelle que soit l’orientation initiale de la foliation par rapport à l’ellipse des vitesses de déformation, celle-ci devient approximativement parallèle au grand axe de l’ellipse lors de la progression du fluage.

On montre également que de nombreuses foliations ont pour origine des structures déjà stratifiées telles que des traces de crevasses et ce problème est traité spécialement en rapport avec la foliation arquée qui prend naissance dans la chute du glacier et que l’on considère être la manifestation de veines de tension qui ont par la suite été soumises au fluage compressif à l’intérieur et au-dessous de la chute du glacier.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eine eingehende Untersuchung über die Bewegungsverhältnisse eines alpinen Talgletschers von relativ einfacher Form wurde durchgeführt; die Ergebnisse werden in Beziehung zur Entwicklung sekundärer Strukturen gesetzt. Das Maximum der Eisgeschwindigkeit (40 m a−1) tritt im oberen Teil einer Steilstufe auf, wo auch ungefähr die Gleichgewichts-linie verläuft. lm Akkumulationsgebiet konvergieren die Fliesslinien, im Ablationsgebiet laufen sie ungefähr parallel. Die “regionale” Verformungsbildung ist ziemlich komplex. Im Akkumulationsgebiet zeigt sich longitudinale Dehnung, und die Deformationsgeschwindigkeiten erreichten am südlichen Gletscherrand und in der Steilstufe hohe Werte (bis zu 0,12 pro Jahr). Im Ablationsgebiet sind die Deformationsgeschwindigkeiten verhältnismässig klein und weisen im allgemeinen auf longitudinale Kompression hin. “Lokale” Deformationsgeschwindigkeiten, die im Gebiet unterhalb der Steilstufe und entlang einer Fliesslinie in Nähe des Gletscherrandes gemessen wurden, lassen komplexe Deformationsmuster innerhalb kleiner Gebiete erkennen.

Es zeigt sich kein klarer Zusammenhang zwischen Bänderung und Deformationsgeschwindigkeiten (und analog Spannungen), ausser im Fall von longitudinaler Bänderung in randlichen Zonen, welche im Entstehungsgebiet annähernd parallel zu einer Richtung maximaler Scherungsgeschwindigkeit liegt. Es ist wichtiger, das Verhältnis dieses Strukturelementes zur Verformungsgeschichte zu betrachten. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass sich die Schieferung ungeachtet ihrer Anfangsorientierung zur Verformungsellipse, mit fortschreitender Deformation ungefähr parallel zur längeren Ellipsenachse stellt.

Im weiteren zeigt sich, dass viele Bänderungen aus vorgegeben Strukturen wie etwa der Schichtung oder den Spuren von Spalten stammen. Dieses Problem wird besonders diskutiert im Hinblick auf eine bogen-förmige Bänderung, die aus der Steilstufe stammt und von der angenommen wird, dass sie Zugklüfte darstellt, welche nachträglich innerhalb und unterhalb der Steilstufe einer Kompression unterworfen wurden.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1980
Figure 0

Fig. 1.(a) Contour and location maps of Griesgletscher with positions of stakes; F indicates stakes in firn, A stakes in the normal ablation area. (b) Distribution of surface velocity, 1972–73, with additional data from 1971–72. (c) Numbering of strain triangles. The ice fall occurs in the neighbourhood of stakes F35 and F37.

Figure 1

Fig. 2.Generalized map of the main structures of Griesgletscher, illustrating their relationship to the cumulative strain ellipse (based on figures 1 and 8 of Hambrey and Milnes (1977)). The inset illustrates the intensity or clarity of development of the S2 foliation, and is based on a large-scale aerial photograph and field observations.

Figure 2

Fig. 3.(a) Principal strain-rates at the surface of Griesgletscher, 1972–73. (b) Trajectories of maximum and minimum principal strain-rates. (c) Percentage changes in surface area per year.

Figure 3

Fig. 4.(a) Trajectories and sense of maximum shear strain-rate. (b) Magnitude of maximum shear strain-rate.

Figure 4

Fig. 5.Local strain-rate measurements at the foot of the ice fall. (a) Key to strain triangles. (b) Percentage change in surface area per year. (c) Principal strain-rate axes and their relation to foliation.

Figure 5

Fig. 6.Relation between foliation and local strain-rates along a flow line near the south margin of the glacier.

Figure 6

Fig. 7.Schematic diagram illustrating the development of crevasse traces. This represents the development of tensional veins which occur below the depth to which crevasse walls separate, and where surface melt waters may be unable to penetrate.