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Growth and Thermal Structure of the Deep Ice in Byrd Land, Antarctica*

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

H. Wexler*
Affiliation:
U.S. Weather Bureau, Washington, D.C.
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Abstract

Instead of starting with an initially dry, below sea-level basin undergoing glacierization, as was done in an earlier. model, the present computations are based on the existence of an open channel connecting the Ross and Bellingshausen Seas. The period of glacierization begins as the sea in the channel freezes permanently and acquires accumulation, both from local precipitation and transport from the adjacent mountains. Times of growth of the ice shelf, by combined freezing from below and accumulation of 10 and 20 cm. yr.−1, respectively, are determined for the case of a linear temperature profile in the ice. After the ice shelf becomes grounded further growth is by accumulation only. Steady-state temperature profiles for ice sheets 2,300 and 4,300 m. thick are computed under assumption of constant geothermal heat flux of 10−6 cal. cm.−1 sec.−1 and compared with observed temperatures in the 300 m. drill hole at Byrd Station. Basal melting of the 4,300 m. thick ice is found to exist only for the smaller accumulation rate.

The effect of down-slope motion and sinking of ice strata on the vertical temperature profile of the surface layer is studied with aid of the Benfield-Radok formula. Assuming no climatic temperature change and an initial temperature gradient at the ice crest of 1° C. increase per 100 m. increase in depth, the curve of best fit of all those tried is for a sinking rate of 20 cm. yr.−1 and a down-slope speed of 85 m. yr.−1 (2,130 yr. of motion from the crest).

Résumé

Résumé

Au lieu de prendre l’ancien modèle d’un bassin sec à l’origine endessous du niveau de la mer, les présente calculs sont basés sur l’existence d’un chenal reliant les mers de Ross et de Bellingshausen. La période de glaciation débute par le gel permanent de la mer du chenal soumise en suite à l’accumulation provenant à la fois des précipitations locales et du transport des montagnes environnantes. Les temps de croissance de l’ice shelf, due à la fois au gel venant du bas et de l’accumulation de 10 à 20 cm/an sont déterminés pour le cas d’un gradient linéaire de température dans la glace. Après que l’ice shelf a augmenté de volume de façon telle qu’il repose sur le fond, sa croissance est due à la seule accumulation. Des profils de température stationnaires sont calculés pour des épaisseurs de glace de 2300 et 4300 m en supposant un flux géothermique constant de 10−6 cal cm−2 s−1 et comparés aux températures mesurées dans le trou de 300 m de profondeur foré dans la glace à Byrd Station. La fonte sous-glaciaire n’est possible que pour l’accumulation la plus faible.

L’effet de l’écoulement et de l’enfoncement des couches de glace sur le profil vertical de température de la couche superficielle est étudié à l’aide de la formule de Benfield-Radok. En supposant qu’il n’y ait pas de changement climatique de la température et que la température initiale du sommet de la glace ait un gradient der C par 100 m et augmente avec la profondeur, la meilleure courbe est celle obtenue à partir d’un mouvement vertical de 20 cm/an et un mouvement d’écoulement de 85 m/an (soit 2130 ans de la crête jusqu’au fond).

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Im Gegensatz zu einem früheren Modell, das von der Annahme der allmählichen Vergletscherung eines ursprünglich trockenen, unter dem Meeresniveau gelegenen Beckens ausging, werden die vorliegenden Berechnungen auf die Existenz eines offenen Verbindungskanales zwischen Ross- und Bellingshausen-Meer gegründet. Die Periode der Vergletscherung beginnt mit dem dauernden Zufrieren des Meerwassers im Kanal; ihre Akkumulation setzt sich einerseits aus örtlichen Niederschlägen, andrerseits aus dem Zustrom von den benachbarten Bergen her zusammen. Wachstumszeiten des Schelfeises werden für den Fall eines linearen Temperaturprofites im Eis unter der Voraussetzung des Auffrieren an der Unterseite und einer Akkumulation von 10 cm bor. 20 cm por Jahr bestimmt. Sobald das Schelfeis den Meeresgrund erreicht hat, wächst es nur noch durch Akkumulation an. Stetige Temperaturprofile für Eisschilde von 2300 m und 4300 m Dicke werden unter der Annahme eines konstanten geothermischen Wärmestromes von 10−6 cal cm−2 sec−1 berechnet und mit den Temperaturen verglichen, die im 300 m—Bohrloch der Byrd-Station beobachtet wurden. Schmelzvorgänge am Grunde des 4300 m dicken Eisschildes können auf Grund der Berechnungen nur beim kleineren der beiden Akkumulationsbeträge vorkommen.

Der Vorgang der Hang-Abwärts-Bewegung und des Einsinkens von Eislagen im vertikalen Temperaturprofil der Oberflächenschicht wird mit Hilfe der Formel von Benfield-Radok untersucht. Unter Ausschluss klimatischer Temperaturänderungen und bei Annahme eines ursprünglichen Temperatur-Gradienten am Scheitel des Eises von + 1° C für 100 m Tiefenzunahme ergibt die unter allen aufgestellten bestanschliessende Kurve einen Einsinkbetrag von 20 cm pro Jahr und eine Hang-Abwärts-Bewegung von 85 m pro Jahr (gleichbedeutend mit 2130 Jahren Bewegung vom Scheitel fort).

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1961
Figure 0

Fig. 1. Growth of the ice shelf by free zing and accumulation

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Fig. 2. Growth curves of an aice shelf for a = 0, 10 and 20 cm. yr.−1

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Fig. 3. Computed temperature profiles for the 2,300 and 4,300 m. thick we sheets, a = 10 cm. yr.−1. Upper temperature scale refers to 2,300 m. ice and lower scale to 4,300 m. we (−2.8°C. on the lower scale is the pressure melting point). Linear temperature profiles are for the grounded 400 and 2,000 m. thick ice shelves. Left ordinate for 400 m. and 2,300 m. ice; right ordinate for 2,000 m. and 4,300 m. ice

Figure 3

Fig. 4. Computed temperature profiles for the 2,300 and 4,300 m. thick ice sheets, a = 20 cm. yr.−1. Left ordinate for 400 m. and 2,300 m. ice; right ordinate for 2,000 m. and 4:300 m. ice

Figure 4

Fig. 5. Observed ice temperatures in the deep hole at Byrd Station and various curves showing an assumed initial temperature profile and several computed temperature profiles for various times

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Table I Byrd Station Deep Hole Temperature