Hostname: page-component-74656f9884-54qdv Total loading time: 0 Render date: 2026-11-09T18:49:09.584Z Has data issue: false hasContentIssue false

Derived Characteristics of the Ross Ice Shelf, Antarctica

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

R. H. Thomas
Affiliation:
OAO Corporation, 7500 Greenway Center Drive, Greenbelt, Maryland 20770, U.S.A.
D. R. MacAyeal
Affiliation:
Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, Princeton University, Box 308, Princeton, New Jersey 08540, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Results of the Ross Ice Shelf Geophysical and Glaciological Survey (RIGGS) provide the most complete data set available for any large portion of the polar ice sheets. In this paper, we use the RIGGS data to calculate some of the ice-shelf characteristics. These include steady-state particle trajectories through the ice shelf and the depth of isochronous surfaces, which are of particular importance in choosing a drilling site where ice from the grounded West Antarctic ice sheet is likely to be near the surface. Our estimates for depth to ice originating from the 500 m elevation contour show good agreement with depths to a glaciochemical transition in four ice cores that is believed to be associated with this elevation. This suggests that, for much of the ice shelf, there have been no dramatic and sustained departures from steady state during the past 1500 to 2500 years. With the RIGGS data and an assumed bottom melting rate distribution we calculate steady-state temperature profiles at each of the measurement stations. Then, adopting an ice flow law deduced from laboratory experiments and ice-shelf measurements, we obtain an effective flow-law parameter for each of these sites. Using these values, the measured strain-rate field is transformed to an equivalent stress field over the ice shelf. The stresses are determined by the ice-shelf freeboard and by the force field exerted on the ice shelf by its sides and by grounded ice rises, and our analysis yields estimates of these “restraining” forces F for the Ross ice Shelf. An apparent increase in F very close to the ice front suggests that the ice shelf possesses a narrow seaward fringe of anomalously stiff ice. We suspect that this represents the effects of increased bottom melting rates (and therefore colder and stiffer ice) very close to the ice front. In order to illustrate the role of the restraining forces in controlling ice-shelf behavior, we calculate the strain-rate field for an unrestricted Ross Ice Shelf—one that is detached from its sides and contains no ice rises. Currently the creep-thinning rates for most of the ice shelf is (0.5–1) m year−1; for an unrestricted ice shelf, they would increase to ( 1–10) m year−1, with values up to 60 m year up stream of the ice rises.

Traits caractéristiques du Ross Ice Shelf en Antarctique. Les résultats du Ross Ice Shelf Geophysical and Glaciological Survey (RIGGS) ont apporté le lot de données le plus complet qui soit disponible sur une grande partie de la calotte glaciaire polaire. Dans cet article, nous utilisons les données du RIGGS pour calculer certaines des caractéristiques de la plateforme de glace. Celles-ci comprennent les trajectoires en étal d’équilibre des particules à travers la calotte et la profondeur des surfaces isochrone qui sont d’une importance particulière pour choisir un site de forage où la glace en provenance de la partie proche du sol de la calotte glaciaire Ouest Antarctique a des chances d’être proche de la surface. Nos estimations pour la profondeur de la glace issue de la ligne de niveau d’altitude 500 m montrent un bon accord avec les profondeurs d’un niveau de transition glaciochimique trouvée dans quatre carottes de forages glaciaires et que l’on croit liée à cette altitude. Ceci fait penser que, pour une grande part de la plateforme de glace, il n’y a pas eu d’écart important et durable par rapport à la position d’équilibre durant les derniers 1500 à 2500 ans. Grâce aux données du RIGGS et à une hypothèse pour la distribution de la vitesse de fusion au fond du lit nous calculons les profils de température à l’état d’équilibre pour chacune des stations de mesure. Par suite, en adoptant une loi d’écoulement de la glace déduite d’expériences de laboratoire et de mesures sur la plateforme de glace, nous obtenons les paramètres effectifs de la loi d’écoulement pour chacun de ces sites. En utilisant ces valeurs le champ des vitesses de déformation mesurées est transformé en un champ équivalent des efforts dans la plateforme de glace. Les efforts sont déterminés par la hauteur émergée de la plateforme et par le champ des forces exercées sur la platforme par ses rives et par l’avancée de la glace au sol, et notre analyse donne les estimations de ces forces “résistantes” F pour le Ross Ice Shelf. Une augmentation de la valeur apparente de F auprès de la falaise de glaces flottantes suggère que la plateforme de glace possède une marge étroite au bord de la mer composée de la glace anormalement dure. Nous estimons que celui-ci représente les effets d’une augmentation de la vitesse de fonte au-dessous de la plateforme (et ensuite que la glace est plus froide et plus dure) auprès de la falaise. Afin d’illustrer l’importance de ces forces pour le contrôle du comportement de la plateforme, nous calculons le champ des vitesses de déformation pour une Ross lce Shelf qui ne serait retenue par aucune contrainte, c’est-à-dire qui serait détachée de ses rives et ne subirait aucune dome insulaire de glace. En moyenne la vitesse d’amincissement par glissement pour la plus grande partie de la plateforme est de 0,5 à 1 m par an pour une plateforme sans contraintes, elle atteindrait de 1 à 10 m/an avec des valeurs de plus de 60 m/an à l’amont des domes insulaires de glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Abgeleitete Charakteristiken des Ross Ice Shelf, Antarktika. Die Ergebnisse des Ross Ice Shelf Geophysical and Glaciological Survey (RIGGS) stellen de vollständigsten Datensatz dar, der für irgendeinen grösseren Teil des antarktischen Eisschildes verfügbar ist. In dieser Arbeit werden die RIGGS-Daten zur Berechnung einiger Charakteristiken des Schelfeises benutzt. Dazu gehören stationäre Stromlinien durch das Schelfeis und die Tiefe isochroner Flächen, die für die Wahl einer Bohrstelle mit vermutlich oberflächennahem Festeis aus der Westantarktis von besonderer Bedeutung sind. Unsere Abschätzung der Tiefe bis zu Eis, das aus dem 500 m-Niveau stammt, steht in guter Übereinstimmung mit der Tiefe zu einem geochemischen Übergang in vier Eiskernen, der für verbunden mit dieser Höhe gehalten wird. Dies lässt vermuten, dass für einen Grossteil des Schelfeises keine dramatischen und länger anhaltenden Abweichungen vom stationären Zustand während der letzten 1500 bis 2000 Jahre eingetreten sind. Mit den RIGGS-Daten und einer angenommenen Verteilung der Abschmelzrate an der Unterseite wurden stationäre Temperaturprofile an jeder Messtation berechnet. Dies führt unter Einführung eines aus Laborversuchen und Schelfeismessungen hergeleiteten Fliessgesetzes auf einen effektiven Fliessgesetzparameter für jede dieser Stellen. Damit wird das gemessene Deformationsfeld in ein äquivalentes Spannungsfeld über dem Schelfeis transformiert. Die Spannungen werden aus der Höhe des Schelfeises über dem Meeresspiegel und aus dem Kraftfeld, das auf das Eis durch seine seitlichen Begrenzungen und durch Erhebungen infolge Aufsitzens am Untergrund ausgeübt wird, bestimmt; unsere Analyse führt zu Abschätzungen dieser “beschränkenden” Kräfte für das Ross Ice Shelf. Eine scheinbare Zunahme von F sehr nahe der Eisfront lässt annehmen, dass das Schelfeis nahe dem Meer einen Rand von ungewöhnlich steiren Eis besitzt. Wir vermuten, dass sich darin die Wirkung der erhöhten Schmelzraten am Untergrund (die zu kälteren und steiferen Eis führen) sehr nahe an der Eisfront wiederspiegelt. Um den Einfluss dieser Kräfte auf das Verhalten des Schelfeises zu beleuchten, wird das Deformationsfeld für ein enbehindertes Ross Ice Shelf berechnet—eines, das von seinem seitlichen Bergrenzungen losgelöst ist und keine Eiserhebungen aufweist, Derzeit beträgt die Ausdünnung durch Krieschen für den Grossteil des Schelfeises 0.5–1 m pro Jahr; für ein unbehindertes Schelfeis würde sie auf 1–10 m pro Jahr mit Werten bis zu 60 m pro Jahr hinter den Eiserhebungen ansteigen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1982
Figure 0

Fig. 1 Velocity field of ice flow in the Ross ice Shelf. The labeled flow lines are the ones that pass through three of the RIGGS camps (II to IV), the RISP bore hole at J9, and Little America V (LAV); the solid circles mark the positions of these stations. Velocity isolines are marked in units of m year −1. The bold letters A–F mark the positions of ice streams that drain the West Antarctic ice sheet. The coordinates on this and the other maps are grid coordinates. In this system, one degree is approximately 111 km (60 nautical miles), and the north/south direction is parallel to the 180º meridian, with grid north towards the South Pole.

Figure 1

Fig. 2. Steady-stale particle paths along six of the flow lines shown in Figure 1. The positions of stations are marked on the diagrams and, where appropriate, drill holes are indicated by heavy, vertical lines. All of the particle paths terminate at the seaward ice front, and their ages in years at this point are listed on the diagrams. The bracketed regions marked T indicate our estimates of the depth of ice that originated at the 500 m elevation contour on the inland ice sheet.

Figure 2

Fig. 3. The depth in meters of ice that originated at the 0 contour shown. The 0 contour marks the inland limit of our data coverage. However, for most of the ice shelf these depths are only slightly less than the depths to the transition between ice-shelf derived ice and inland ice.

Figure 3

Fig. 4. The age in years of ice at a depth of 50 m.

Figure 4

Fig. 5. The age in years of ice at a depth of 100 m.

Figure 5

Fig. 6 Calculated steady-state temperature/depth profiles at four stations on the Ross Ice Shelf. Profiles are calculated for an assumed bottom melting rate ±0.1 m ice year−1; the limiting values are included on the plots. The hollow circles are temperatures that were measured in drill holes at the stations.

Figure 6

Fig. 7. The ice flow-law parameter in units of 107 Nm−2 s1/3 averaged over ice-shelf thickness (B) for calculated temperature/depth profile on the Ross Ice Shelf. The assumed temperature dependence of B is given in the text.

Figure 7

Fig. 8. The retarding force in MN per meter width of ice shelf acting on the Ross Ice Shelf due to effects such as shearing past margins, and compression up-stream of ice rises and in the mouths of ice streams and glaciers.

Figure 8

Fig. 9. The minimum rate in m year−1 at which the Ross Ice Shelf would thin by creep if it was not embayed and it did not contain any ice rises. For this example, the ice shelf was allowed to spread in only one horizontal direction; for equal spreading in all directions the thinning rate would be almost 80% faster. The massive thinning rates in areas where the ice shelf is thickest would not be sustained; they would cause the ice shelf to trend towards a slab of uniform thickness with a corresponding reduction in the larger thinning rates.