Geometry of Former Subglacial Water Channels and Cavities

Abstract

The spatial pattern of the formerly active processes of water flow, cavitation, abrasion, dissolution, and precipitation at the base of a small cirque glacier has been reconstructed by detailed mapping of surficial features on recently deglaciated limestone bedrock near the glacier terminus. Our interpretation of these features, which reflect basal conditions averaged over a period of several or several tens of years, leads us to the following conclusions: 1. A nearly continuous, non-arborescent network of cavities and incised channels existed and probably acted as the primary drainage of melt waters. This network evolved through time as many channels were filled, perhaps intermittently, by basal ice. 2. At least 20% of the glacier sole was separated from the bed by water-filled cavities. The rest of the glacier–rock interface characteristically comprises a very thin water film. 3. Abrasion was locally intensified, relative to chemical alteration, in 5–10 m wide zones paralleling the ice-flow direction, perhaps as a result of locally enhanced sheet flow of subglacial water. Résumé Le développement spatial de processus anciennement actifs d’écoulements hydrologiques, cavitation, abrasion, dissolution et précipitations à la base d’un petit glacier de cirque a été reconstitué grâce à une cartographie détaillée de la morphologie de surface d’un lit rocheux calcaire récemment déglacé près du front du glacier. Notre interprétation de cette morphologie, qui reflète les conditions moyennes à la base sur une période de plusieurs ou plusieurs dizaines d’années, nous conduit aux conclusions suivantes: 1. 1. Un réseau presque continu, non ramifié, de cavités et de chenaux entaillés dans le roc existait et fonctionnait probablement comme drainage primaire des eaux de fusion. Ce réseau évoluait avec le temps puisque beaucoup de cheneaux étaient remplis, peut-être par intermittence par de la glace de base. 2. 2. Au moins 20% de la surface du fond du glacier était séparée de son lit par des cavités d’eau. Le reste de l’interface glacier-fond rocheux comprend systématiquement la présence d’un mince film liquide. 3. 3. L’érosion était localement renforcée par rapport à l’altération chimique, dans des zones de 5 à 10 m de large parallèle à la direction de l’écoulement de la glace. Ceci peut être dû à une augmentation locale de l’écoulement en nappe de l’eau sous-glaciaire. Zusammenfassung Das räumliche Gefüge der früher aktiven Vorgänge des Wasserflusses, der Hohlraumbildung, der Abrasion, der Zertrümmerung und der Ablagerung am Untergrund eines kleinen Kargletschers wurde durch genaue Aufnahme oberflächlicher Erscheinungen auf dem in jüngster Zeit eisfrei gewordenen Felsbett aus Kalkstein nahe dem Gletscherende rekonstruiert. Die Interpretation dieser Erscheinungen, welche die Untergrundverhältnisse im Mittel über eine Periode von einigen Jahren oder Dekaden widerspiegelt, führt zu folgenden Schlüssen: 1. 1. Ein nahezu kontinuierliches, nicht verzweigtes Netzwerk von Hohlräumen und eingetieften Kanälen war vorhanden und diente vermutlich als primäres Abflussystem für Schmelzwasser. Dieses Netzwerk entwickelte sich mit der Zeit, als viele Kanäle sich — vielleicht mit Unterbrechungen — mit Untergrundeis füllten. 2. 2. Mindestens 20% der Gletschersohle waren vom Felsbett durch wassergefüllte Hohlräume getrennt. Der Rest der Grenzfläche zwischen Eis und Fels trägt normalerweise einen sehr dünnen Wasserfilm. 3. 3. Die Abrasion war, im Vergleich zur chemischen Veränderung, lokal in 5–10 m breiten Zonen parallel zur Bewegungsrichtung des Eises besonders stark. Die Ursache hierfür könnte lokal verstärktes Schichtfliessen subglazialen Wassers in diesen Zonen sein.