Present and Past Glaciation Threshold in the Cascade Range, Washington, U.S.A.: Topographic and Climatic Controls, and Paleoclimatic Implications

Abstract

Isoglacihypses depicting the configuration of the glaciation threshold (= “glaciation limit”) in Washington broadly parallel the crest of the Cascade Range and curve around the west and south flanks of the Olympic Mountains. In both uplands the glaciation threshold rises inland (eastward) with a mean gradient of 10-12 m/km. However, the gradient in the Cascades is more variable (7-25 m/km) due to five east-trending troughs in the glaciation threshold surface that coincide with topographic depressions along the range crest and that apparently result from greater eastward penetration of moist maritime air. Mean accumulation-season precipitation correlates strongly (r2 = 0.86) with altitude of the glaciation threshold in the North Cascade Range, but the correlation of glaciation threshold with altitude of the July freezing isotherm, determined from the calculated July lapse rate within the mountains, is much weaker (r2 = 0.40). Multiple regression analysis relating independent climatic variables that affect the height of the glaciation threshold indicates that 90.4% of variance is explained by accumulation-season precipitation and estimated mean annual temperature at the glaciation threshold. The glaciation threshold during the greatest ice advance of the last (Fraser) glaciation in the southern North Cascade Range (c. 18 000-22 000 years B.P.) was 900 ± 100 m below that of the present. Depression of the glaciation threshold by this amount most likely resulted from a change in accumulation-season precipitation of no more than 30% from present values and a decrease in mean ablation-season temperature of 5-5 ± 1.5 deg. Résumé Les isoglaciohypses qui décrivent la configuration du seuil de glaciation (limite des zones englacées) dans le Washington sont grossièrement parallèles à la crête de la Cascade Range et s’incurvent autour des flancs ouest et sud des Olympic Mountains. Dans les deux massifs, le seuil de glaciation s’élève vers l’intérieur (vers l’Est) avec un gradient moyen de 10 à la m/km. Cependant, le gradient dans les Cascades est plus variable (7 à 25 m/km) en raison de la présence de cinq extensions allongées vers l’Est dans la surface englacéc qui coïncident avec des dépressions topographiques le long de la crête de la chaîne et qui provoquent apparemment une plus grande pénétration vers l’Est de l’air maritime humide. Les précipitations moyennes de la saison d’accumulation sont étroitement correlées (r2 = 0,86) avec l’altitude du seuil de glaciation dans la North Cascade Range, mais la corrélation du seuil de glaciation avec l’altitude de l’isotherme 0° en juillet, déterminée par le calcul des vitesses d’érosion en juillet dans les montagnes, est beaucoup plus faible (r2 = 0,40). L’analyse par regressions multiples rapportée aux variables climatiques indépendantes qui influent sur la hauteur du seuil de glaciation indique que 90,4% de la variance s’explique par les précipitations de la saison d’accumulation et par la température moyenne annuelle estimée au seuil de glaciation. Le seuil de glaciation pendant l’avance maximum de la dernière glaciation (Fraser) dans le Sud de la North Cascade Range (de 18000 à 22000 avant nos jours) était de 900±100 m en-dessous du niveau actuel. Un tel abaissement du seuil de glaciation doit probablement résulter d’un changement de pas plus de 30% des valeurs de la précipitation actuelle en saison d’accumulation et d’une diminution de la température moyenne en saison d’ablation de 5,5 ± 1,5 deg. Zusammenfassung Kurven der Vereisungshöhe (Isoglaci-hypsen), welche die Lage der Vergletscherungsgrcnze beschreiben, laufen in Washington weitgehend parallel zum Kamm der Cascade Range und umrunden die West- und Südflanke der Olympic Mountains. In beiden Gebirgsgegenden steigt die Vergletscherungsgrcnze landein (ostwärts) mit einem mittleren Gradienten von 10-12 m/km an. Doch schwankt der Gradient in den Cascades stärker (7-25 m/km) infolge von 5 ostwärts gerichteten Trögen in der Fläche der Vergletschcrungsgrenze, die mit topographischen Einsen-kungen längs des Kammes zusammenfallen und offensichtlich durch das stärkere Vordringen von maritimer Feuchtluft nach Osten verursacht sind. Der mittlere Niederschlag in der Akkumulationsperiode ist stark korreliert (r2 = o,86) mit der Höhe der Vergletscherungsgrcnze in der nördlichen Cascade Range; die Korrelation der Vergletscherungsgrcnze mit der Höhe der Null-Grad-Isotherme im Juli, bestimmt aus der berechneten Gleitrate innerhalb des Gebirges, ist dagegen weit schwächer (r2 =o,4o). Aus der Vielfach-Regressionsanalyse zwischen den klimatschen Parametern, die Einfluss auf die Höhe der Vergletscherungsgrcnze haben, lassen sich 90,4% der Schwankungen aus dem Niederschlag während der Akkumulationsperiode und der geschätzten mittleren Jahrestemperatur an der Vergletschcrungsgrenze erklären. Die Vergletschcrungagrenze lag während des Maximums der letzten (Fraser) Vereisung in der südlichen North Cascade Range (etwa 18 000 bis 20 000 Jahre vor der Gegenwart) 900 ± 100 m tiefer als heute. De Absenkung der Vcrgletscherungsgrenze um diesen Betrag wurde aller Wahrscheinlichkeit nach durch eine Änderung des Niederschlags in der Akkumulationsperiode von nicht mehr als 30% gegenüber den derzeitigen Werten und eine Abnahme der mittleren Temperatur in der Ablationspcriode von 5,5 ± 1,5 deg bewirkt.