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Equilibrium Profile of Ice Caps

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

J. Weertman*
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory [formerly U.S. Army Snow,Ice and Permafrost Research Establishment], Corps of Engineers, Wilmette, Ill.
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Abstract

Nye’s theory of the equilibrium profile of two-dimensional ice caps is modified to include longitudinal stress and creep rate effects. A more generalized law for the sliding velocity of a glacier over its bed is introduced into the analysis in order to permit the inclusion of these additional complications. It is found that in the case of small ice caps (of the order of 30 km. in width), it is important to include the longitudinal stress. A somewhat “flatter” profile than that calculated by Nye is obtained. For ice sheets of the dimensions of the Greenland or Antarctic Ice Sheets, the additional stress causes essentially no modification in Nye’s theory. Nye’s theory also has been extended to include an isostatic sinking under the weight of the ice of the bedrock below an ice cap.

Résumé

Résumé

La théorie de Nye du profil d’équilibre d’un indlandsis à deux dimensions est modifiée pour tenir compte de la contrainte longitudinale et de la vitesse de fluage. Une loi plus générale de la vitesse de glissement d’un glacier sur son lit est introduite dans l’analyse pour pouvoir tenir compte de ces complications supplémentaires. Il en résulte que pour des calottes de glace de faible dimension (de l’ordre de 30 km de diamètre) il est important d’introduire la contrainte longitudinale. On obtient ainsi un profil plus applati que celui calculé par Nye. Pour les indlandsis analogues à ceux du Groenland et de l’Antarctique, la contrainte additionnelle ne change en rien la théorie de Nye. La théorie de Nye a été élargie pour tenir compte de l’enfoncement isostatique du socle sous-glaciaire sous le poids de glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Nye’s Theorie des Gleichgewichtsprofiles von zweidimensionalen Eisschilden wird so verändert, dass sie Längsdruck und Kriechvorgänge zu erfassen gestattet. Durch Einführung eines allgemeineren Gesetzes für die Gleitgeschwindigkeit eines Gletschers auf seinem Untergrund werden auch diese verwickelteren Vorgänge der Analyse zugänglich. Bei kleineren Eisschilden (mit etwa 30 km Durchmesser) erweist sich die Berücksichtigung des Längsdrucks als bedeutungsvoll. Es ergibt sich ein etwas “flacheres” Profil als das von Nye berechnete. Für Eisschilde von der Grösse des grönländischen oder antarktischen Inlandeises erbringt die zusätzliche Druckkraft im wesentlichen keine Änderung der Nye’schen Theorie. Eine andere Erweiterung der Theorie Nye’s erlaubt die Berücksichtigung des isostatischen Einsinkens des Felsuntergrundes unter dem Gewicht eines Eisschildes.

Information

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

Fig. 1 Profile of a large ice sheet. Solid curve: Theoretical profile of a large ice sheet for which the bedrock is in isostatic equilibrium. If the ice were removed, the bedrock surface would be fiat. Dashed curve: Profile of the north Greenland Ice Sheet at about lat. 78° N. as determined by Bull.11 (Elevation scale has an arbitrary origin. Altitude above sea-level of the center of the ice sheet is 2,527 m. at the top surface and − 153 m. at the bottom surface)

Figure 1

Fig. 2 Profile of a small ice cap. Solid curve: Theoretical profile of a small ice cap with a flat bedrock surface. Dashed curve: Profile of one section of the Barnes Ice Cap as determined by Orvig.12 (Elevation scale has an arbitrary origin. Altitude above sea-level at position 0 km. is 866 m. for the surface and 409 m. for the lower surface)

Figure 2

Fig. 3 Comparison of theoretical profiles (central part of Fig. 2) determined by equation (21) (modified to give Nye’s profile) and by equation (18) (dashed lines)