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Formation, Flow, and Disintegration Of Ice Shelves

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

G. De Q. Robin*
Affiliation:
Scott Polar Research Institute, Lensfield Road, Cambridge CB2 1ER, England
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Abstract

Ice shelves may develop either by continued thickening of sea ice that is held fast to the shore, or by the seaward extension of inland ice. For both processes, as well as for an understanding of ablation and of accumulation at the bottom surface of ice shelves, we need to understand melting and freezing processes in relation to salinity, temperature, and pressure. Consideration of these factors shows that basal melting beneath the thicker parts of ice shelves is much greater than is generally appreciated. This could be sufficient to bring the estimated mass balance of Antarctica into approximate equilibrium. It appears that most Antarctic ice shelves are dependent on the supply of inland ice for their continued existence. However the thick layer of sea ice beneath the Amery Ice Shelf is readily explained in terms of sub-ice water circulation.

Transport of heat and mass by water motion beneath ice shelves has the potential to change ice thicknesses by similar amounts to that caused by internal deformation of the ice shelf. Bottom freezing due to thermal conduction throughout the ice shelf is of minor importance.

While attention is drawn to the basic equations for flow of ice shelves, it is pointed out that they have yet to be applied satisfactorily to the problem of iceberg calving. This appears from field observations to be due primarily to creep failure of spreading ice shelves, possibly aided by impact from floating icebergs. Recent observations show the effectiveness and likely quantitative importance of this “big bang” theory of iceberg formation in Antarctica.

A brief discussion of the effects of climatic change on the disintegration of ice shelves is presented.

Résumé

Résumé

Les plateformes de glace peuvent se développer soit par épaississement continu de la glace de mer qui se soude solidement au rivage ou par l’extension vers la mer de la glace recouvrant une île. Pour les deux processus comme pour l’intelligence de l’ablation et de l’accumulation à la face inférieure de la banquise, nous devons comprendre les mécanismes liant la fusion et le regel à la salinité, à la température et à la pression. Des considérations sur l’action de ces facteurs montrent que la fusion à la base sous les parties les plus épaisses de la couverture de glace est beaucoup plus importante qu’on ne la pensait. Ce phénomène pourrait suffire à faire passer l’estiniation du bilan de masse de l’Antarctique à un équilibre approximatif. Il semble que la plus grande partie des plateformes de glace Antarctique dépend pour lui permettre dc subsister de l’apport de la glace continentale. Cependant l’épaisse couche de glace de mer sous le Amery Ice Shelf peut facilement s’expliquer par une circulation d’eau sous la glace.

Les transports de chaleur et de masse par mouvement de l’eau sous les plateformes de glace sont capables de modifier l’épaisseur de glace dans les mêmes proportions que les déformations internes de la plateforme de glace. Le gel au fond dû à la conduction thermique à travers la plateforme de glace est de moindre importance.

Lorsqu’on est attentif aux équations de base de l’écoulcment des plateformes de glace, on s’aperÇoit qu’elles ont encore à être appliquées de manière satisfaisante au problème du vélage des icebergs. Ce phénomène apparaît à l’observation être dû en premier lieu à une rupture après glissement de la couverture de glace en expansion, peut-être aidée par le choc des icebergs déjà flottants. Des observations récentes montrent la réalité et probablement 1’importance quantitative de cette théorie du “big bang” pour la formation des icebergs en Antarctique.

Une brève discussion sur l’effet des fluctuations climatiques sur la disparition des calottes glaciaires est alors présentée.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Schelfeise können sich entweder durch forlgesetzte Verdickung von Meereis, das an der Küste festsitzt, oder durch die Ausdehnung von Inlandeis ins Meer entwickeln. Für das Verständnis beider Vorgänge, aber auch für das der Ablation oder Akkumula-tion auf der Unterseite von Schclfeisen ist die Kenntnis von Schmelz- und Gefriervorgängen in ihrer Abhängigkeit von Salzgehalt, Temperatur und Druck erforderlich. Die Betrachtung dieser Faktoren zeigt, dass Schmelzen unter den mächtigen Partien eines Schelfeises weit stärker vorkommt, als man gewöhnlich annimmt. Dies könnte ausreichen, um die abgeschätzte Massenbilanz des antarktischen Kontinents annähernd ins Gleichgcwicht zu bringen. Sichtlich sind die meisten antarktischen Schelfeise für ihre dauernde Erhaltung von Nachschub an Inlandeis abhängig. Doch lässt sich die dicke Schicht von Meereis unter dem Amery Ice Shelf leicht aus der Wasserzirkulation unter dem Eis erklären.

Der Transport von Wärme und Masse durch Wasser unter dem Schelfeis ist in der Lage, die Eisdicke um ähnliche Beträge zu verändern wie die innerc Verformung des Schelfeises. Das Anfrieren an der Unterseite infolge von Wärmeleitung durch das Schelfeis ist von untergeordneter Bedeutung.

Die Aufmerksamkeit wird auf die Grundgleichungen für den Fluss von Schelfeisen gelenkt, von denen festzustellen ist, dass ihre befriedigende Anwendung auf das Problem des Kalbens noch aussteht. Aus Feldbeobachtungen ist anzunehmen, dass der wesentliche Grund hierfür im Kriechversagen vordringender Schelfeise liegt, eventuell verstärkt durch dem Aufprall schwimmender Eisberge. Neuere Beobachtungen unterstreichen die Wirkung und quantitative Bedeutung dieser “big bang”-Theorie für die Eisbergbildung in der Antarktis.

Eine kurze Diskussion der Auswirkung von Klimaänderungen auf die Auflösung von Schelfeisen wird vorgelegt.

Information

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

Fig. 1. Temperature and salinity of water alongside the Filchner Ice Shelf at lat. 77° 44’ S., long. 41° 44’ W. The dashed line shows the change in pressure-melting point with depth Jor water of the salinity at lower levels. (From Foldvik and Kvinge, [c1977].)

Figure 1

Fig. 2. (a)Areas of bottom melting and of bottom ice accumulation due to the passage of a mixed layer of water at the ambient pressuremelting point beneath a thick ice stream entering an ice shelf. Areas of strong and weak radio echoes are indicated.(b)Melting and bottom deposition of ice due to longitudinal circulation of water beneath an ice stream or ice shelf that thins rapidly in the direction of ice flow. The possible formation of a convection cell is indicated.

Figure 2

Fig. 4. Ice-shelf profile near the ice front (a) when melting increases with depth below sea-level (b) when melting near sea-level is higher than average melting at greater depths.

Figure 3

Fig. 3. Amount of horizontal melting of a oertical front of an ice shelf during winter and summer months and for one year estimated for horizontal circulation of normal shelf water along the ice front. Possible additional melting due to the wave action in summer is shown.