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Giant Grooves Made by Concentrated Basal Ice Streams*

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

R. P. Goldthwait*
Affiliation:
Institute of Polar Studies, Ohio State University, Columbus Ohio 43210 U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Glacial grooves are known on all the flat-lying limestone islands in western Lake Erie. The largest megagroove complexes are on Kelleys Island, each 2–6 m deep, 5–20 m wide, and 100–400 m long before quarrying. Each megagroove floor is rolling with second-order rounded ridges and “sine-shaped” grooves 10–90 cm deep, and 5–40 m long. Furthermore, these are gouged laterally by sharply curving and nesting gouges up to 10 cm deep. All grooves exhibit third-order striation up to 1–2 mm deep and 5–200 cm long made by individual tools of debris traveling mostly 240–260°.

Ice of the Erie lobe was under compressive flow as it rose from 9 m below present lake level to 12 m above. Some sort of ice vortices (fixed eddies in the basal ice stream) are postulated to make the scoop marks and ridge ends. Fast-moving ice rather than water or a slurry is favored because there are no percussion marks. Very likely, a till mat of interfering engraving points is required. A strong convergence (2× to 10×) of striae into the deepest grooves indicates squeezing together of the debris tools and increase in local ice velocity. Interglacial subareal streams may well have shaped the initial trough up which these ice streams concentrated, because dendritic tributary grooves intersect, and main groove sets curve as much as 10° or 20°. Furthermore, sharp 100–180° meander curves are preserved at the bottom of the deepest grooves. Hiram-age clay-till with rare erratics half fills the original grooves; it shows that this groove cutting was completed before 15 500 14C years ago.

Résumé

Résumé

Les rainures glaciaires sont connues sur toutes les îles plates calcaires de l’Ouest du Lac Érié. Les plus grands complexes de grandes cannelures de Kelleys Island ont 2 à 6 m de profondeur, 5 à 20 m de largeur et 100 à 400 m de longueur avant de déboucher. Le plancher de chaque grande cannelure est ondulé par des striures “sinusoïdales” de second ordre de 10 à 90 cm de profondeur et de 5 à 40 m de longueur. En outre, elles sont creusées latéralement par des rigoles à bords aigus et emboîtées allant jusqu’à 10 cm de profondeur. Toutes les cannelures montrent des stries de troisiéme ordre jusqu’à 1 ou 2 mm de profondeur et 5 à 200 cm de longueur, creusées par des “outils” individuels de débris moraiuiques voyageaut dans la direction de 240 à 260°.

Le lobe de glace Érié était soumis à un écoulement compressif lorsqu’il s’élevait depuis 9 m en dessous du niveau aetuel du lac jusqu’à 12 m au-dessus. Il faut admettre quelques vortex de glace (tourbillons fixes dans le courant de fond de glace) pour expliquer les traces de creusement. Une glace à mouvement rapide plutôt que de l’eau ou un éboulement est à mettre en cause parce qu’il n’y a pas de trace de choc, seulement une longue strie. Trés probablement, il faut admettre un tapis morainique de blocs pointus graveurs enchevêtrés. Une forte convergence (2× à 10×) des stries dans les cannelures les plus profondes indiquent qu’il y a eu accumulation des débris morainiques servant d’outils et accroissement de la vitesse locale de la glace. De petits cours d’eau interglaciaires peuvent bien avoir formé la rigole initiate que ces courants de glace, concentrés à cause des cannelures dues aux apports dendritiques, recoupent, les cannelures principales présentent des courbures allant jusqu’à 10 ou 20°, des méandres très aigus avec courbes de 100 à 180° furent conservés dans le fond des cannelures les plus profondes. De l’argile morainique de l’âge d’Hiram avec de rares blocs erratiques ont rempli à moitié les cannelures initiales: ce qui montre que le découpage des cannelures était achevé il y a plus de 15 500 ans 14C.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Glaziale Rinnen sind auf allen flachgelagerten Inseln im westlichen Eriesee bekannt. Die ausgeprägten Grossrinnenkomplexe auf Kelleys Island waren 2 bis 6 m tief, 5 bis 20 m briet und 100 bis 400 m lang, bevor sie als Steinbrücke genutzt wurden. Der Boden jeder Grossrinne ist durchsetzt von sekundären “sinusförmigen” Rinnen von 10 bis 90 cm Tiefe und 5 bis 40 m Länge. Ausserdem sind sie seitlich ausgehöhlt durch engkurvige und ineinandergreifende Meisselrillen bis 10 cm Tiefe. Alle Rinnen zeigen eine tertiäre Riefelung bis 1 oder 2 mm Tiefe und 5 bis 200 cm Länge, erzeugt durch einzelne Griffel des Schuttes, der meist 240–260° wanderte.

Das Eis des Erie-Lobus befand sich in kompressiven Fliessen, als es von 9 m unter dem heutigen Seespiegel auf 12 m darüber anstieg. Zur Erzeugung der Aushöhlungen muss eine Art von Eiswirbeln (feste Strudel im Eisstrom am Untergrund) angenommen werden. Schnell bewegtem Eis wird der Vorzug vor Wasser oder einer Zementbrühr gegeben, weil keine Schlagspuren zu finden sind, lediglich lange Riefen. Sehr wahr-scheinlich war eine Schuttmatte mit darin eingeschlossenen Gravierspitzen erforderlich. Eine starke Konvergenz (2- bis 10-fach) der Riefen in die tiefsten Rinnen deutet auf eine Zusammendrängung der Schuttuerkzeuge und auf eine Zunahme der lokalen Eisgeschwindigkeit hin. Kleine Ströme im Eis könnten den ursprünglichen Trog ausgeformt haben, auf den sich diese Eisströme dann konzentrierten, weil baumförmige tertiäre Rinnen kreuzen, die Schar der Hauptrinnen Kurven bis zu 10° oder 20° ausführt und in den tiefsten Rinnen scharfe Mäanderkurven von 100° bis 180° erhalten sind. Tonablageruugen der Hiram-Zeit mit wenigem Geschiebe füllten die ursprünglichen Rinnen zur Hälfte; daraus folgt, dass das Einschneiden der Rinnen bereits vor 15 500 14C Jahren abgeschlossen war.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Fig. 1.Contour map of Kelleys Island, Ohio, based on the U.S. Geological Survey’s 1959 7½ minute quadrangle. Contour interval 3 m by interpolation. Shaded zones show where quarrying removed grooves or striae. Glacial movement arrows are shown where the lakeside end of “Great Groove” and the remaining groove at Glacial Grooves State Park reached North Bay. In the center lesser grooves are re-buried. The arrows on the north-east shore show two sets of striae common to the smooth limestone surface all along that east shore.

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Fig. 2.Megagroove with “sine” grooves. Looking west in the direction of inferred ice flow at Glacial Grooves State Park, Kelleys Island. The second-order sculpture shows both grooves and rounded ridges, 10–90 cm in amplitude, described by Carney (1910) as “Corinthian columns stacked side by side”. Note the overhang on the right and the decided bend in the grooves in mid picture. The dark foreground was the original “park” exposed early this century; the long lighter stretch beyond was dug out in 1972.

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Fig. 3.Scoop marks at the head of a “sine” ridge, Kelleys Island, November 1976. Isolated scoops and undercutting to the right and left of Dr Y. Lavrushin. Others in the lower right wrap around the stoss ridge end. Third-order striae radiate (diverge) up over the ridge. Corals are visible faintly in the ridge head.

Figure 3

Fig. 4.Vertically descending gouge with striae, Kelleys Island, May 1972. This truncates small grooves and ridges in the upper right but it joins end deepens a “sine” groove in the main trend to the west (left center). A plastic cover was used in the upper left to try to preserve the high polish during the first winter of exposure.

Figure 4

Fig. 5.Criss-crossing striae on the tail “down-glacier” end of one “sine’ ridge, just east of the West Quarry in central Kelleys Island. Striae “climb” out of the grooves on the right and left and cross near the pen and pick handle (25 cm long). The rounded ridge becomes lower in the foreground (bottom).

Figure 5

Fig. 6.Meandering megagroove base. An 1875 photograph of one groove quarried away. North Quarry of Kelleys Island, probably north-west of Glacial Grooves State Park. (This is one of the many original photographs at the Historical Society and Orton Museum, Columbus, Ohio.)