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Subglacial Regelation Water Film

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Bernard Hallet*
Affiliation:
Department of Geology, Stanford University, Stanford, California 94305, U.S.A.
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Abstract

Recent studies of subglacially precipitated carbonate deposits and associated solutional furrows have provided interesting new insight on subglacial water films, as well as on chemical exchange at the glacier bed. Considerable information on the film thickness and its temporal and spatial variability has been gained by analyzing several properties of subglacial carbonate deposits including: (1) the morphology of surface features aligned parallel to ice flow, (2) the laminated structure, and (3) the size distribution of fine rock fragments presumably transported in the film prior to their incorporation in the deposits. Chemical analyses of water from pro-glacial streams, together with calculations of CaCO3 solubility and mass balance, show that the channelized water is chemically distinct from the film water in which CaCO3 precipitates, and that subglacial precipitation is not possible where there is a considerable water flux through the film in excess of that associated with regelation sliding. The principal implication of these studies is that a temperate cirque glacier is characteristically separated from its bed by a thin water film, probably micrometers in thickness; however, the film appears to occasionally thicken, at least locally by as much as a hundred fold in exceptional cases. Furthermore, the water flux and/or solute concentration in the basal film undergoes periodic, probably seasonal, variations possibly related to variations in the amount of water reaching and flowing through the basal film.

Résumé

Résumé

Des études récentes de précipitation sous glaciaire de calcite et des sillons de dissolution qui leur sont associés ont apporté d’intéressants nouveaux aperçus sur les films liquides sous-glaciaires, comme sur les échanges chimiques au niveau du lit glaciaire. Des informations importantes sur l’épaisseur des films, et leur variabilité temporelle et spatiale ont été acquises par l’analyse de plusieurs propriétés des calcites sous glaciaires. Parmi elles, citons: (1) la morphologie des caractères superficiels alignés parallèlement à l’écoulement de la glace, (2) la structure laminaire et (3) la distribution des dimensions des fins fragments de roche que l’on présume être transportés par le film avant leur incorporation dans les dépôts. Les analyses chimiques des eaux des émissaires proglaciaires, ainsi que les calculs de la solubilité et du bilan de masse de CaCO3 montrent que cette eau est chimiquement différente de l’eau du film dans laquelle CaCO3 précipite, et que la précipitation sous glaciaire n’est pas possible là où il y a un flux considérable d’eau transportée par le film en sus de celle liée avec glissement par regel. La principale conclusion à tirer des études sous-glaciaires est qu’un petit glacier de cirque est typiquement séparé de son lit par un mince film d’eau, d’épaisseur peut-être micrométrique; cependant le film apparaît occasionnellement épaissi au moins localement, jusqu’à cent fois dans certains cas exceptionnels, peut-être pour évacuer les débits variables d’eau de percolation du glacier. De plus, le débit liquide et/ou la teneur en matière dissoute du film liquide du fond présentent des variations périodiques, peut-être saisonnières, que l’on peut relier aux variations des quantités d’eau atteignant le film au fond par percolation à travers la glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Neuere Studien an subglazial ausgefällten Calziten und damit verbundene Lösungsfurchen haben neue, interessante Einsichten über subglaziale Wasserfilme und über den chemischen Austausch am Gletscherbett vermittelt. Wesentliche Informationen über die Filmdicke und deren zeitliche und räumliche Veränderbarkeit wurden aus der Analyse einiger Eigenschaften subglazialer Calzite gewonnen, darunter: (1) die Morphologie von Oberflächenerscheinungen, die parallel zum Eisfluss gerichtet sind, (2) die Blätterstruktur, (3) die Grössenverteilung kleiner Felsfragmente, die vermutlich vor ihrer Ablagerung im Film transportiert wurden. Chemische Analysen des Wassers in Vorfeldströmen zeigen zusammen mit Berechnungen der Lösbarkeit von CaCO3 und der Massenbilanz, dass das Wasser chemisch verschieden ist vom Filmwasser, in dem CaCO3 gefällt wird, und dass subglaziale Ausfüllung nicht stattfinden kann, wenn ein beträchtlicher Wasserfluss über jenen hinaus, der mit dem Regelationsgleiten verbunden ist, durch den Film vorhanden ist. Aus dem Studium der subglazialen Prozesse folgt vor allem, dass ein kleiner Kargletscher charakteristisch von seinem Bett durch einen dünnen Wasserfilm, vielleicht nur Mikrometer dick, getrennt ist; der Film scheint sich jedoch gelegentlich, zumindest lokal, in Ausnahmefällen bis zum Hundertfachen zu verstärken, vielleicht um den Durchfluss unterschiedlicher Wassermengen zu ermöglichen. Des weiteren erfährt der Wasserfluss und/oder die Lösungskonzentration im Film periodische, vielleicht jahreszeitliche Schwankungen, die möglicherweise mit den Schwankungen der Wassermenge, die den Film am Untergrund durch Sickerung durch das Eis erreicht, in Beziehung stehen.

Information

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

Fig. I.Subglacially formed calcite deposits with flutes and spicules parallel to the ice-flow direction, from left to right (light areas). Solutional furrows etched into dark-colored bedrock are transverse to the ice flow. Field of view is approximately 13.5 cm wide.

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Fig. 2.Composite micrograph of a thin section of subglacial calcite deposit showing fine lamellae and, in lower center, a layer rich in exceptionally coarse rock fragments. The bar scale represents 1 mm.

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Fig. 3.Size distribution of rock fragments in 23 individual layers of subglacial carbonate deposit. Bar width (scale in upper left) indicates the number of fragments within each size category along the vertical scale.

Figure 3

Fig. 4.Subglacial carbonate deposit with flow-aligned spicules along the up-glacier side of a former subglacial cavity (on the right). Prominent furrow, directed down-slope, did not form in close contact with basal ice. Pointer shows ice-flow direction; numerals represent 0.1 ft (≈3 cm) intervals.

Figure 4

Fig. 5.Scanning electron micrograph showing the crystalline base and very smooth tip of a subglacially formed CaCO3 spicule. The width of the spicule is about 200 µm.