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Ice–shelf Grounding: Ice and Bedrock Temperature Changes

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

Douglas R. MacAyeal
Affiliation:
Department of Physics, University of Maine at Orono, Orono, Maine 04469, U.S.A.
Robert H. Thomas
Affiliation:
Department of Geological Sciences and Institute for Quaternary Studies, University of Maine at Orono, Orono, Maine 04469, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Ice rises form where an ice shelf runs aground on the sea bed. After grounding occurs, basal ice temperatures cool from the sea-water temperature towards an equilibrium temperature appropriate to grounded ice. This cooling can take many thousands of years, and much of the delay is due to the thermal inertia of the bedrock. Here, we calculate transient temperature profiles for an ice rise with a final summit thickness of 520 m that formed by grounding of ice shelf 420 m thick. Seventy-five per cent cooling of the basal ice takes between 7 000 and 11 500 years, depending on the “thermal memory” of the bedrock. This compares with an equivalent time of only 1400 years if we neglect the thermal inertia of the bedrock.

Because the surface slopes of the ice rise are related to the flow properties of the underlying ice, the summit thickness will tend to thicken as the basal ice cools. In principle, it should be possible to estimate the age of a recently-formed ice rise by examining its temperature/depth profile.

Résumé

Résumé

Les calottes glaciaires se forment lorsqu'une banquise s'épaissit jusqu'à atteindre le sol du lit marin. Après dépôt survient un refroidissement de la température basale de la glace depuis la température de l'eau de mer jusqu'à la température d'équilibre correspondant à l'épaisseur de glace déposée. Ce refroidissement peut demander plusieurs milliers d'années et la plus grande part de ce retard est dûe à l'inertie thermique du lit rocheux. Ici, nous calculons les profils transitoires de température pour une calotte glaciaire avec une épaisseur finale au sommet de 520 m qui se serait formée par le dépôt au sol d'une couverture de glace de 420 m, Soixante quinze pour cent du refroidissement de la glace de la base demande de 7000 à 11500 ans, selon la “mémoire thermique” de la roche sous–jacente. Ceci est à comparer avec une durée équivalente de seulement 1400 ans si on néglige l'inertie thermique du lit rocheux.

Comme les pentes superficielles de la calotte dépendent des propriétés de l'écoulement de la glace sous–jacente, l'épaisseur au sommet tend à croître lorsque la glace de base se refroidit. En principe il serait possible d'estimer l‘âge d'une calotte de formation récente en examinant un profil température/profondeur.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eisaufwöbungen bilden sich dort, wo Schelfeis am Meeresgrund aufsitzt. Nach dem Aufsitzen kühlt sich das Eis am Unter–grund von der Temperatur des Meerwassers auf eine Gleichgewichtstemperatur ab, die aufsitzendem Eis zukommt. Diese Abkühlung kann viele tausend Jahre beanspruchen; für einen Grossteil dieser Verzögerung ist die thermische Trägheit des Felsuntergrundes verantwortlich. Hier werden Übergangstemperaturprofile für eine Eisaufwölbung mit einer endgültigen Gipfeldicke von 520 m berechnet, die aus aufsitzendem Schelfeis von 420 m Dicke entstanden ist. 75% der Abkühlung des Untergrundeises erfordern zwischen 7000 und 11500 Jahre, je nach dem “thermischen Gedächtnis” des Untergrundes. Vergleichsweise würde die entsprechende Zeit ohne Berücksichtigung der thermischen Trägheit des Untergrundes nur 1400 Jahre benötigen.

Da die Oberflächenneigungen einer Eisaufwölbung von den Fliesseigenschaften des darunterliegenden Eises abhängen, nimmt die Gipfeldicke mit der Abkühlung des Grundeises zu. Im Prinzip dürfte es möglich sein, das Alter einer jungen Eisaufwölbung aus ihrem Temperatur–Tiefen–Profil abzuschätzen.

Information

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

Fig. 1.A sectional view of the north-east–south-west limb of the Crary Ice Rise in the Ross Ice Shelf, Antarctica.

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Fig. 2.The percentage of total cooling at the ice–bedrock interface beneath the summit of the Crary Ice Rise plotted against the time elapsed since ice-rise formation by ice-shelf grounding for: (a) bedrock with a zero heat capacity; (b) initial bedrock temperatures containing a “memory” of a previous ungrounding of the West Antarctic ice sheet; and (c) initial bedrock temperatures in steady-state equilibrium with the sea-water at the moment of ice-shelf grounding. Curve (d) represents the percentage of total cooling at the ice–bedrock interface during ice-rise thinning elicited by the transformation of surrounding grounded ice into ice shelf.

Figure 2

Fig. 3.The temperature–depth profile in ice and bedrock is plotted at successive 1000 year intervals during the formation of the Crary Ice Rise after ice-shelf grounding. The initial bedrock temperatures were in steady-state equilibrium with the sea-water immediately prior to ice-shelf grounding.