Hostname: page-component-7b7567c8c-fvjsw Total loading time: 0 Render date: 2026-11-12T05:23:24.240Z Has data issue: false hasContentIssue false

Variations in the Sliding of a Temperate Glacier

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Steven M. Hodge*
Affiliation:
Geophysics Program, University of Washington, Seattle, Washington 98195, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Detailed measurements of the positions of stakes along the center-line of the lower Nisqually Glacier were made over a period of two years. Variations in the basal sliding speed were calculated from the measured changes in surface speed, surface slope, and thickness, using the glacier flow model of Nye (1952) and allowing for the effect of the valley walls, longitudinal stress gradients, and uncertainties in the flow law of ice. The flow is predominantly by basal sliding and has a pronounced seasonal variation of approximately ±25%. Internal deformation contributes progressively less to the total motion with distance up-glacier. Neither the phase nor the magnitude of the seasonal velocity fluctuations can be accounted for by seasonal variations in the state of stress within the ice or at the bed, and the variations do not correlate directly with the melt-water discharge from the terminus. A seasonal wave in the ice flow travels down the glacier at a speed too high for propagation by internal deformation or the pressure melting/enhanced creep mechanism of basal sliding.

The rate of sliding appears to be determined primarily by the amount of water in temporary storage in the glacier. The peak in sliding speed occurs, on the average, at the same time as the maximum liquid water storage of the South Cascade Glacier. The data support the idea that glaciers store water in the fall, winter and spring and then release it in the summer. This temporary storage may be greatest near the equilibrium line. The amount of stored water may increase over a period of years and be released catastrophically as a jökulhlaup. Any dependence of sliding on the basal shear stress is probably masked by the effect of variations in the hydrostatic pressure of water having access to the bed.

Des mesures détaillées des positions de balises le long de la ligne centrale de la partie inférieure du Nisqually Glacier ont été faites au cours d’une période de deux ans. Les variations dans le glissement à la base ont été calculées à partir des changements mesurés dans la vitesse de surface, la pente de la surface et 1’épaisseur, en se servant du modèle d’écoulement des glaciers de Nye (1952) et en tenant compte, pour l’effet des parois de la vallée, des gradients de constraints longitudinale, et des incertitudes sur le type de loi d’écoulement de la glace. L’écoulement se fait surtout par glissement à la base et présente une variation saisonnière prononcée d’environ 25%. Le déformation interne contribue de moins en moins au mouvement total quand augmente la distance au haut du glacier, Ni la phase, ni la valeur des variations saisonnières de vitesse ne peuvent être expliquées par des variations saisonnières dans 1’état de contrainte à l’intérieur de la glace ou sur le lit, et les variations ne sont pas directement corrélées avec les débits d’eau de fusion à la langue. Une onde saisonnière dans l’écoulement de la glace, parcours le glacier vers le bas avec une vitesse trop élevée pour être explicable comme une propagation par déformation interne ou comme le mécanisme de rampement, accéléré par la pression de l’eau de fusion qui constitue le glissement à la base.

La vitesse de glissement apparaît comme déterminée d’abord par la quantité d’eau temporairement stockée dans le glacier. La pointe dans la vitesse de glissement se produit, en moyenne, au même moment que le stock maximum d’eau liquide dans le South Cascade Glacier. Les données sont compatibles avec l’hypothèse que les glaciers emmagasinent de l’eau en automne, en hiver et au printemps, et puis la libèrent brusquement en été. Ce stockage peut être maximum près de la ligne d’équilibre. La quantité d’eau emmagasinée peut croître pendant une période de plusieurs années et être alors libérée de manière catastrophique en une vidange brusque (jökulhlaup). Toute influence de la contrainte basale de cisaillement sur le glissement est probablement masquée par l’effet des variations de la pression hydrostatique de l’eau ayant accès au lit.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Über einen Zeitraum von zwei Jahren wurde die Lage von Pegeln entlang der Achsc des unteren Nisqually Glacier beobachtet. Aufgrund des Gletscherfliessmodells von Nye (1952) und unter Berücksichtigung der Wirkung der Talflanken, der Längsspannungsgradienten und der Unsicherheiten im Eisfliessgesetz wurden Schwankungen in der Gleitgeschwindigkeit an der Unterseite des Gletschers aus den gemessenen Änderungen der Oberflächengeschwindigkeit, der Oberflächenneigung und der Eisdicke berechnet. Die Hauptkomponente des Flicssens besteht im Glriten am Untergrund; es zeigt ausgeprägte jahreszeitliche Schwankungen von ungefähr 25%. Gletscberaufwärts tragen innere Deformationen zunehmend weniger zur Gesamtbewegung bei. Weder Phase noch Grösse der jahreszeitlichen Geschwindigkeitsschwankungen können mit jahreszeitlichen Schwankungen des Spannungszustandes im Gletscher oder an seiner Sohle erklärt werden; sie sind auch nicht direkt mit dem Schmelzwasserausfluss am Gletschertor korreliert. Eine jahreszeitliche Welle in der Eisbewegung wandert gletscherabwärts mit einer Geschwindigkeit, die zu hoch ist, als dass sie mit inneren Deformationen oder dem durch Druckschmelze und forciertes Kriechen gekennzeichneten Gleitmechanismus erklärt werden könnte.

Die Gleitgeschwindigkeil scheint hauptsächlich durch die augenblickliche Wasserhaltung des Gletschers bestimmt zu sein. Im Mittel tritt die maximale Gleitgeschwindigkeit zur selben Zeit auf wie der maximale Schmelzwassergehalt am South Cascade Glacier. Die Ergebnisse stützcii die Vorstellung, dass die Gletscher im Herbst, Winter und Frühjahr Wasser speichern und dann im Sommer abgeben, Diese zeitweilige Speicherung dürfte nahe der Gleichgewiehtslinie am grössten sein. Die Menge des gespeicherten Wassers nimmt möglicherweise über einen Zeitraum von Jahren zu und wird dann katastrophenartig in Form eines Gletscherlaufes freigegeben. Eine etwaige Abhängigkeit des Gleitens von der Scherspannung am Grunde wird wahrscheinlich durch die Auswirkung von Schwankungen im hydrostatischen Druck des Wassers, das zum Bett gelangen kann, überdeckt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1974
Figure 0

Fig. 1.Oblique aerial view of the Nisqually Glacier and the south side of Mt Rainier. The dots indicate the approximate positions of the 19 movement stakes. (Photograph by Austin S. Post, 22 August 1969.)

Figure 1

Fig. 2.Map of the lower Nisqually Glacier and the surrounding terrain. The contour interval, is 12.192 m (40 ft). The grid system, the triangulation points, the movement stakes, and the curvilinear x’ axis along the flow center-line are also shown. Stake C6, in the middle of a small ice fall, was abandoned as it proved too difficult to maintain. Distance along the x’ axis is referred to as simply x in this paper.

Figure 2

Fig. 3.The dates of the surveys of the movement stakes, Measurements later found to be faulty have been omitted. Velocities can only be calculated along the lines connecting the dots, the gaps indicating times when a stake was relocated or damaged by snowfall or avalanches.

Figure 3

Fig. 4.The speed versus time curve for stake C2, near the terminus. The error bars are a geometric effect based on a fixed error in the angle measurements.

Figure 4

Fig. 5.The speed versus time curve for stake C19, near the equilibrium line. The origin and scale of the speed axis is different from that in Figure 4.

Figure 5

Fig. 6.The measured surface speed as a function of time and distance. The contour interval is 25 mm d−1. The maximum and minimum speeds occur progressively later with distance down-glacier; this represents a “seasonal wave” in the ice flow.

Figure 6

Fig. 7.The long-period trend of surface speed over the two years of measurements.

Figure 7

Fig. 8.The deviation of the maximum and minimum speeds from the long-period trend. The dashed lines are not as reliable as they were inferred at the beginning and end of the measurement period.

Figure 8

Fig. 9.The ice thickness, surface slope, and classical shape factor, calculated for the 1966 ice surface at the location of each movement stake, and then smoothed using a running average over a horizontal distance of 600 m.

Figure 9

Fig. 10.The measured changes in ice thickness as a function of time and distance. The contour interval is 2 m. Values are relative to the 1966 surface (Fig. 9).

Figure 10

Fig. 11.The changes in surface slope as a function of time and distance. The contour internal is 0.5°. Values are relative to the 1966 surface (Fig. 9) and were calculated by differentiation of the ∆h field (Fig. 10), using a distance interval of 600 m.

Figure 11

Fig. 12.The time average of the ratio of the sliding speed to the measured surface speed for the average and least-viscous flow laws. The stippled area indicates the approximate magnitude of the time variations. The basal shear stress is also shown but no time variations are indicated as they are smaller than the size of the plotting symbols.

Figure 12

Fig. 13.The speed due to internal deformation, the measured surface speed, the sliding speed, the monthly discharge of the Nisqually River, and the cumulative liquid-water storage of the South Cascade Glacier as a function of time. The speed values are averages over all 19 movement stakes, using the average flow law in the calculations. The discharge data are accurate to about ±10% at low flow and ±20% at high flow.

Figure 13

Fig. 14.The small jökulhlaup released from the Nisqually Glacier on 4 July 1970. The diagram is a direct trace of the recorder chart from the stream gage 1.8 km below the terminus; the origin of the ordinate scale is arbitrary. The “noise” is much greater after the flood because the bottom of the stilling well was eroded away, allowing turbulent water to enter.

Figure 14

Fig. 15.Longitudinal velocity profile for the four years 1968-71. Each profile refers to approximately the same time of the year (the time of maximum velocity). The 1971 curve has been used to interpolate missing parts of the other curves.