Hostname: page-component-74656f9884-j7cmm Total loading time: 0 Render date: 2026-11-10T17:21:10.522Z Has data issue: false hasContentIssue false

Stability of Sheet Flow of Water Beneath Temperate Glaciers and Implications for Glacier Surging

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Joseph S. Walder*
Affiliation:
Department of Geology, Stanford University, Stanford, California 94305, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

A mathematical model is presented for the stability of sheet flow of water beneath a temperate glacier. Enhanced viscous heat dissipation in thick parts of the sheet tends to make sheet flow unstable, the instability increasing as sheet thickness and pressure gradient increase. However, incipient channels may be destroyed as the glacier slides over protuberances on its bed. Quasi-stable sheet flow may be possible for sheets up to several millimeters in thickness, especially beneath glaciers that have relatively gentle surface slopes and slide at moderate to high speeds. Such water sheets may somewhat reduce the effective roughness of glacier beds, but probably not enough to allow surge initiation. Furthermore, the presence of numerous water-filled cavities at the glacier bed will tend to reduce the sheet thickness and lessen the degree of “lubrication” of the glacier bed by the water sheet.

Stabilité d’un écoulement en nappe d’eau sous des glaciers tempėrės et consėquences sur les d’ebâcles glaciaires. On présente un modèle mathématique pour la stabilité d’un écoulement en nappe d’eau sous un glacier tempéré. La dissipation de chaleur par viscosité dans les parties épaisses de la nappe tendent à rendre l’écoulement en nappe instable, l’instabilité croissant lorsque l’épaisseur de la nappe et le gradient de pression s’accroissent. Cependant les chenaux affluents peuvent être détruits par le glissement du glacier sur les protubérances de son lit. Un écoulement en nappe quasi-stable est possible pour des nappes allant jusqu’à plusieurs millimètres d’épaisseur, spécialement sous les glaciers qui ont une pente de surface relativement modérée et glissent à des vitesses modérées à fortes. De telles nappes d’eau peuvent parfois réduire la rugosité efficace des fonds rocheux, mais probablement pas assez pour permettre le début d’une crue rapide. De plus, la présence de nombreuses cavités pleines d’eau sur le lit glaciaire tendra à réduire l’épaisseur de la nappe et de minimiser le degré de “lubrification” du lit glaciaire par la nappe d’eau.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Stabilität des Schichtflusses von Wasser unter temperierten Gletschern und Auswirkungen auf Gletscherausbrüche. Für die Stabilität des Schichtflusses von Wasser unter temperierten Gletschern wird ein mathematisches Modell vorgelegt. Erhöhter viskoser Wärmeaustausch in dickeren Teilen der Eismasse verursacht Instabilitäten im Schichtfluss, die mit wachsender Eisdicke und wachsendem Druckgradienten zunehmen. Immerhin können neu gebildete Kanäle zerstört werden, wenn der Gletscher über Höcker auf seinem Bett gleitet. Ein quasistabiler Schichtfluss kann sich für Schichten bis zur Dicke von einigen Millimetern ausbilden, besonders under Gletschern mit relativ sanfter Oberflächenneigung und mässiger bis hoher Gleitgeschwindigkeit. Solche Wasserschichten können die effektive Rauhigkeit des Gletscherbettes um einiges verringern, vermuthlich jedoch nicht genug, um einen Ausbruch zu verursachen. Des weiteren kommt es durch das Vorhandensein vieler wassergefüller Hohlräume am Gletscherbett zu einer Verringerung der Eisdicke und zu einer Abnahme der “Schmier”—Wirkung der Wasserschicht auf das Gletscherbett.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1982
Figure 0

Fig. 1. Coordinate system and idealized water-sheet geometry for the theoretical analysis.

Figure 1

Fig. 2. Characteristic growth and decay times (τ1 and τd respectively) for water-sheet perturbations.

Figure 2

Table I. Time constants describing rate of growth of water sheet perturbations

Figure 3

Table II. Ratio of the maximum stable sheet thickness hmax to the transition obstacles size R*

Figure 4

Fig. 3. Thickness of water sheet as a function of distance along the ice-flow direction, assuming all melt water flows in the sheet.

Figure 5

Table C-I. Reynolds number (Re) for subglacial sheet flow as a function of melting rate M and distance x along the ice-flow direction