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Glacier Sliding at Subfreezing Temperatures

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

R. L. Shreve*
Affiliation:
Department of Earth and Space Sciences, University of California, Los Angeles, California 90024, U.S.A.
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Abstract

Nye’s theory of glacier sliding, when modified to incorporate Gilpin’s model of the liquid layer adjacent to foreign solids in ice, predicts non-zero sliding speeds at subfreezing temperatures. Although the predicted speeds are too small to affect glacier motion or even to be observed readily, the total distance of sliding of large glaciers should be adequate to produce bedrock striations. Dissolved solutes in the liquid layer increase the sliding speeds slightly. At temperatures below about – 1° C, 90% of the drag comes from the part of the bed-roughness spectrum at wavelengths between 0.2 and 20 mm regardless of solute concentration. If no more basal ice melts than refreezes (as in a cold glacier), the average liquid-layer thickness and, concomitantly, the sliding speed for given drag and roughness are governed by the ambient temperature. With net melting (as in a temperate glacier), on the other hand, they are governed by the rate of escape of the excess water and no conflict arises between the thickness requirement for run-off water flow and that for regelation water flow. Thus, the proper distinction is not between temperate and cold, but between net melting and no net melting. The theory applies to both cases.

Résumé

Résumé

La théorie de Nye pour le glissement des glaciers, modifiée par l’incorporation du modèle de Gilpin d’un film liquide le long des inclusions solides dans la glace prévoit des vitesses de glissement non nulles à des températures négatives. Bien que les vitesses prévues soient trop faibles pour affecter le mouvement du glacier ou même pour être facilement observables, la longneur totale de glissement des grands glaciers pourrait être suffisante pour produire des stries sur le lit rocheux. Des produits dissous dans le film liquide accroissent légèrement les vitesses de glissement. A des températures inférieures à – 1°C, 90% de la traînée vient de la partie du spectre de rugosité du lit correspondant à des longueurs d’onde entre 0,2 et 20 mm quelle que soit la concentration des solutions. S’il ne fond pas plus de glace basale qu’il n’en regèle (cas d’un glacier froid), l’épaisseur moyenne du film d’eau liquide à la base, et donc la vitesse de glissement pour une traînée et une rugosité donnée, sont réglées par la température ambiante. Quand il y a d’excès de fusion (cas d’un glacier tempéré), au contraire, la régulation se fait par la vitesse à laquelle s’échappe l’eau en excès et il n’y a pas de conflit entre l’épaisseur de glace requise pour l’écoulement de l’ émissaire et celle nécessaire pour le regel de l’eau écoulée. Dès lors la véritable distinction à faire n’est pas entre glaciers tempérés et froids mais entre glaciers à excès de fusion et ceux à déficit de fusion. La théorie s’applique aux deux cas.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Nye’s Theorie des Gletschergleitens, modifiziert durch den Einbau von Gilpin’s Modell der flüssigen Schicht in der Umgebung von Fremdkörpern im Eis, lässt nicht-verschwindende Gleitgeschwindigkeiten bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt erwarten. Obwhol die zu erwartenden Geschwindigkeiten zu klein sind, um die Gletscherbewegung zu beeinflussen oder auch nur fesstellbar zu sein, sollte doch die gesamte Gleitstrecke grosser Gletscher ausreichen, um Riefen am Untergrund zu erzeugen. Gelöste Bestandteile in der Flüssigkeitsschicht erhöhen die Gleitgeschwindigkeit geringfügig. Bei temperaturen unter etwa −1° C kommen 90%, der Hemmkraft aus jenem Teil der Bettrauhigkeit, deren Wellenlänge im Gesamtspektrum zwischen 0,2 und 20 mm liegt, – ohne Berücksichtigung der Lösungskonzentration. Wenn nicht mehr Eis am Untergrund schmilzt als wiedergefriert (wie in einem kalten Gletscher), wird die mittlere Dicke der Wasserschicht am Untergrund und damit die Gleitgeschwindigkeit bei gegebener Reibung und Rauhigkeit durch die Temperatur der Umgebung bestimmt. Wenn andrerseits ein Schmelzwas-serüherschuss besteht (wie in einem temperierten Gletscher), werden diese Werte durch die Abflussrate des überschüssigen Wassers geregelt. Zwischen der erforderlichen Dicke für den Abfluss und der des Wasserflusses bei Regelation tritt kein Widerspruch auf. Eine Unterscheidung sollte daher nicht zwischen temperiert und kalt, sondern zwischen Überschuss und Nicht-Überschuss an Schmelzwasser getroffen werden. Die Theorie ist auf beide Fälle anwendbar.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1984
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Fig. 1. Speed of glacier sliding and thickness of liquid layer as functions of temperature of basal ice for various average solute concentrations in liquid layer. Temperature is relative to nominal pressure-melting point of pure water. Dashed portions of curves based on extrapolation of Gilpin’s (1980, p. 445) data toward the pressure-melting point. Speeds calculated for drag and basal effective stress both 100 kPa (1 bar) and bed roughness spectrum as measured by Nye (1970, p. 386–387).

Figure 1

Table I. Basic Data used in the Calculations