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Ice Shelves: A Review

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Robert H. Thomas*
Affiliation:
Institute for Quaternary Studies, University of Maine at Orono, Orono, Maine 04473, U.S.A.
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Abstract

Ice shelves form where ice flows off the Antarctic ice sheet onto the sea to produce rather flat slabs of floating ice which, for the theoretician, are the simplest of all large ice masses. Boundary conditions are well defined, conditions change very slowly over distances that are large compared with ice thickness, and horizontal velocities are independent of depth. Unconfined ice shelves can be used as giant creep machines to investigate the ice flow law at low stresses. Further inland, where movement is hampered by obstructions such as grounded ice rises and by shear between the ice shelf and its sides, the ice shelf transmits a backpressure which tends to restrict drainage from the ice sheets that feed it. Wastage from ice shelves is principally by calving and by bottom melting. There has been no direct measurement of bottom-melting rates, but indirect evidence suggests that, near the seaward edges of ice shelves, bottom-melting rates may exceed one metre per year, with significant melting within about 100 km of the ice front. Further inland there may be bottom freezing, and analysis of cores taken from the Amery Ice Shelf indicate that bottom-freezing rates average 0.5 m a–1 over a distance of 200 km. Such high freezing-rates are probably exceptional, and, beneath the Ross Ice Shelf, freezing appears to be insignificant even at a distance of 400 km from the ice front.

Because of their accessibility ice shelves have been studied in considerable detail, but many problems remain. In particular we need to improve our understanding of basal flux, ice-shelf dynamics near the grounding line, the calving of icebergs, and the state of equilibrium of ice rises. In addition there is a clear need for basic data from the Filchner-Ronne ice shelf.

Résumé

Résumé

Les plateformes se forment lorsque de la glace s’écoule de la calotte glaciaire de l’ Antarctique vers la mer pour produire des plaques assez plates de glace flottante qui pour les théoriciens sont les plus simples de toutes les grandes masses de glace. Les conditions aux limites sont bien définies, ces conditions varient très lentement sur des distances qui sont grandes en comparaison de l’épaisseur de la glace et les vitesses horizontales sont indépendantes de la profondeur. Des plateformes non limnitées peuvent être utilisées comme un gigantesque appareil de mesure pour étudier la loi d’écoulement de la glace sous de faibles contraintes. Plus loin vers le continent, lorsque le mouvement est gêné par des obstacles comme des domes insulaires de glace ou par le cisaillement entre la plateforme et ses rives, celle-ci transmet une pression résistante qui tend a restreindre l’écoulement depuis la calotte glaciaire qui la nourrit. Les pertes de la plateforme sont principalement les vêlages et la fusion au fond. Il n’y a pas eu de mesures directes de fusion au fond mais des preuves indirectes montrent que, prés du côté tourné vers la mer de la plateforme, la fusion au fond peut atteindre 1 m/an avec une fusion significative jusqu’à 100 km du front de glace. Plus loin vers le continent il peut y avoir regel au fond et des analyses de carottes préleves de l’ Amery Ice Shelf indiquent que la vitesse de regel au fond est en moyenne de 0,5 m/an sur une distance de 200 km. Une telle importance du regel est probablement exceptionnelle et sous le Ross Ice Shelf, le regel apparaît comme insignifiant même à une distance de 400 km du front de glace.

Grâce à leur accessibilité les plateformes ont été étudiées trés en détail mais bien des problémes subsistent. En particulier nous devons améliorer notre compréhension du flux au fond de la dynamique de la plateforme près de la ligne de décollement, du vêlage des icebergs et de l’état d’équilibre des môles de glace. En sus il y a un besoin évident de données de base en provenance de la plateforme de Filchnerx– Ronne.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Schelfeise entstehen dort, wo Eis aus dem antarktischen Eisschild ins Meer fliesst und dabei weitgehend flache Tafeln schwimmenden Eises bildet, die — theoretische gesehen — die einlachste Form grosser Eismassen darstellen. Die Randbedingungen sind klar definiert, die Verhältnisse ändern sich nur allmählich über Entfernungen, die im Vergleich zur Eisdecke gross sind, und die Horizontalgeschwindigkeiten sind unabhängig von der Tiefe. Unbegrenzte Schelfeise können als gewaltige Kriechapparate zur Untersuchung des Eis-Fliessgesetzes bei geringen Spannungen benutzt werden. Weiter landeinwärts, wo die Bewegung durch Hindernisse wie aufsitzende Eiserhebungen und durch Scherkräfte zwischen dem Schelfeis und seiner Umrahmung gehemmt ist, überträgt das Schelfeis enen Rückdruck, der den Ausfluss aus dem ernährenden Eisschild einzuschränken sucht. Der Abbau des Schelfeises erfolgt im wesentlichen durch Kalben und durch Abschmelzen an der Unterseite. Es gibt keine direkte Messung von Schmelzraten an der Unterseite, doch deuten indirekte Anzeichen darauf hin, dass nahe an der Front von Schelfeisen die Schmelzraten 1 m pro Jahr überschreiten können und dass innerhalb der ersten 100 km hinter der Eisfront beträchtliches Abschmelzen stattfindet. Weiter landeinwärts kann Anfrieren an der Unterseite eintreten; Analysen von Kernen aus dem Amery Ice Shelf deuten darauf hin, dass die Anfrierraten an der Unterseite im Mittel 0.5 m pro Jahr auf eine Distanz von 200 km betragen. Solch hohe Anfrierraten bilden vermutlich die Ausnahme; unter dem Ross Ice Shelf dürfte das Anfrieren selbst in Entfernungen bis 400 km von der Eisfront nur unwesentlich sein.

Wegen ihrer zugünglichkeit wurden Schelfeise sehr eingehend untersucht, doch bleiben noch viele Probleme. Im einzelnen ist ein besseres Verständnis der Fliessvorgänge in der Tiefe, der Schelfeis-Dynamik nahe der Aufsetzlinie, des Kalbens von Eisbergen und des Gleichgewichtszustandes von Eiserhebungen erforderlich. Ausserdem liegt ein dringendes Bedürfnis nach grundlegenden Daten über das Filchner–Ronne-Schelfeis vor.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
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Fig. 1.Air photograph, taken from 8000 m, of a small ice rise on the Brunt Ice Shelf. The distance between stations 18 and 19 is 5 km.

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Fig. 2.A map of Antarctica showing the major ice shelves. In the text Quarisen will be riferred to as Maudheim Ice Shelf since it has been much discussed in the literature under this name.

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Fig. 3.Generalized section of an ice shelf.

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Fig. 4.The Ross Ice Shelf, showing positions of RIGGS stations where measurements have been made of ice thickness, depth to seabed, local gravity, snow accumulation-rates, ice velocity, and strain-rates.

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Fig. 5.Generalized plan and section of a bounded ice shelf with ice rises. Velocity profiles are shown for three sections across the ice shelf. The stippling indicates the presence of back-pressure exerted on the ice shelf by the margins and ice rises. The intensity of the stippling gives an indication of the relative magnitude of the back-pressure. Three bottom profiles are shown ; the solid line is for the bounded ice shelf with ice rises and the others are for bounded and unbounded ice shelves without ice rises. The position of the grounding line is strongly dependent on the type of ice shelf that forms.