Derived Characteristics of the Ross Ice Shelf, Antarctica

Abstract

Results of the Ross Ice Shelf Geophysical and Glaciological Survey (RIGGS) provide the most complete data set available for any large portion of the polar ice sheets. In this paper, we use the RIGGS data to calculate some of the ice-shelf characteristics. These include steady-state particle trajectories through the ice shelf and the depth of isochronous surfaces, which are of particular importance in choosing a drilling site where ice from the grounded West Antarctic ice sheet is likely to be near the surface. Our estimates for depth to ice originating from the 500 m elevation contour show good agreement with depths to a glaciochemical transition in four ice cores that is believed to be associated with this elevation. This suggests that, for much of the ice shelf, there have been no dramatic and sustained departures from steady state during the past 1500 to 2500 years. With the RIGGS data and an assumed bottom melting rate distribution we calculate steady-state temperature profiles at each of the measurement stations. Then, adopting an ice flow law deduced from laboratory experiments and ice-shelf measurements, we obtain an effective flow-law parameter for each of these sites. Using these values, the measured strain-rate field is transformed to an equivalent stress field over the ice shelf. The stresses are determined by the ice-shelf freeboard and by the force field exerted on the ice shelf by its sides and by grounded ice rises, and our analysis yields estimates of these “restraining” forces F for the Ross ice Shelf. An apparent increase in F very close to the ice front suggests that the ice shelf possesses a narrow seaward fringe of anomalously stiff ice. We suspect that this represents the effects of increased bottom melting rates (and therefore colder and stiffer ice) very close to the ice front. In order to illustrate the role of the restraining forces in controlling ice-shelf behavior, we calculate the strain-rate field for an unrestricted Ross Ice Shelf—one that is detached from its sides and contains no ice rises. Currently the creep-thinning rates for most of the ice shelf is (0.5–1) m year−1; for an unrestricted ice shelf, they would increase to ( 1–10) m year−1, with values up to 60 m year up stream of the ice rises. Traits caractéristiques du Ross Ice Shelf en Antarctique. Les résultats du Ross Ice Shelf Geophysical and Glaciological Survey (RIGGS) ont apporté le lot de données le plus complet qui soit disponible sur une grande partie de la calotte glaciaire polaire. Dans cet article, nous utilisons les données du RIGGS pour calculer certaines des caractéristiques de la plateforme de glace. Celles-ci comprennent les trajectoires en étal d’équilibre des particules à travers la calotte et la profondeur des surfaces isochrone qui sont d’une importance particulière pour choisir un site de forage où la glace en provenance de la partie proche du sol de la calotte glaciaire Ouest Antarctique a des chances d’être proche de la surface. Nos estimations pour la profondeur de la glace issue de la ligne de niveau d’altitude 500 m montrent un bon accord avec les profondeurs d’un niveau de transition glaciochimique trouvée dans quatre carottes de forages glaciaires et que l’on croit liée à cette altitude. Ceci fait penser que, pour une grande part de la plateforme de glace, il n’y a pas eu d’écart important et durable par rapport à la position d’équilibre durant les derniers 1500 à 2500 ans. Grâce aux données du RIGGS et à une hypothèse pour la distribution de la vitesse de fusion au fond du lit nous calculons les profils de température à l’état d’équilibre pour chacune des stations de mesure. Par suite, en adoptant une loi d’écoulement de la glace déduite d’expériences de laboratoire et de mesures sur la plateforme de glace, nous obtenons les paramètres effectifs de la loi d’écoulement pour chacun de ces sites. En utilisant ces valeurs le champ des vitesses de déformation mesurées est transformé en un champ équivalent des efforts dans la plateforme de glace. Les efforts sont déterminés par la hauteur émergée de la plateforme et par le champ des forces exercées sur la platforme par ses rives et par l’avancée de la glace au sol, et notre analyse donne les estimations de ces forces “résistantes” F pour le Ross Ice Shelf. Une augmentation de la valeur apparente de F auprès de la falaise de glaces flottantes suggère que la plateforme de glace possède une marge étroite au bord de la mer composée de la glace anormalement dure. Nous estimons que celui-ci représente les effets d’une augmentation de la vitesse de fonte au-dessous de la plateforme (et ensuite que la glace est plus froide et plus dure) auprès de la falaise. Afin d’illustrer l’importance de ces forces pour le contrôle du comportement de la plateforme, nous calculons le champ des vitesses de déformation pour une Ross lce Shelf qui ne serait retenue par aucune contrainte, c’est-à-dire qui serait détachée de ses rives et ne subirait aucune dome insulaire de glace. En moyenne la vitesse d’amincissement par glissement pour la plus grande partie de la plateforme est de 0,5 à 1 m par an pour une plateforme sans contraintes, elle atteindrait de 1 à 10 m/an avec des valeurs de plus de 60 m/an à l’amont des domes insulaires de glace. Abgeleitete Charakteristiken des Ross Ice Shelf, Antarktika. Die Ergebnisse des Ross Ice Shelf Geophysical and Glaciological Survey...