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Studies of the processes of fracturing, deformation and iceberg calving in Antarctica : a history of the Mertz Glacier = Etude des processus de fracturation, déformation et vêlage d'iceberg en Antarctique : une histoire du glacier Mertz

Lescarmontier, LG (2012) Studies of the processes of fracturing, deformation and iceberg calving in Antarctica : a history of the Mertz Glacier = Etude des processus de fracturation, déformation et vêlage d'iceberg en Antarctique : une histoire du glacier Mertz. PhD thesis, University of Tasmania.

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Abstract

This thesis presents a study of the processes of fracturing of an outlet glacier leading to its calving. During the CRAC-ICE program, we studied the evolution of the Mertz outlet glacier, which is located on the George V coast in East Antarctica. Before the calving event of the Mertz glacier, which took place in February 2010 releasing an iceberg of 80 km long by 35 km wide, this glacier was characterized by a floating ice tongue. This ice tongue, separated by a fault which was initiated at the beginning of the 1990s, was 150 km long by 35 km wide. Using a set of in-situ GPS data, satellite images of both high and low resolution and the development of a numerical ocean model (TUGO-Mertz), we have followed the evolution of this glacier and the fate of its iceberg. The first part of this study was to develop a strategy for processing of the GPS data, thereby allowing us to obtain the best possible accuracy for our in-situ data. These data were processed using the GINS software and a processing technique based on absolute positioning (IPPP), allowing full integer ambiguity resolution of the GPS carrier phase data. The accuracy of these positioning results has allowed us to observe oscillations of the ice tongue at centimetric amplitudes and vibrational periods of a few minutes, which, when compared to an EulerBernoulli beam model, correspond to ice tongue vibration modes in three different configurations. These oscillation periods range from 5 minutes to a few hours. In this range of periods, the major oceanic forcings are swell and infra-gravity waves. In addition, we were able to demonstrate that the movements associated with the vibration of the glacier lead to bending effects on the ice tongue promoting its fracturing. On a larger scale, tidal currents and the height of the ocean surface (tidal amplitude) impact on the evolution of the ice tongue. The effects of ocean currents impact mainly on the opening of the main crevasse, whilst the tidal amplitudes tend to modulate the flow rate of the glacier. This modulation is approximately 5 cm per day or 14 per cent of the average speed of the ice tongue. In addition, we have followed the evolution of the main crevasse of the glacier; originally opening on the eastern side of the ice tongue, then opening on the western side. The ice tongue then continued its development until the glacier calving event.
Finally, we were interested in the different mechanisms involved during the breakdown of the ice tongue leading to the calving event. The impact of the B09B iceberg with the ice tongue and the change in local ocean currents played a role during this calving event, despite the fact that the crevasse was already well developed. All of these results have allowed us to identify a broad spectrum of processes operating before and during a calving event. These processes are the major contributors in the evolution of the Mertz glacier, but such processes are not yet taken into account in the universal models of calving.

Ces travaux de thèse présentent les processus de fracturation des glaciers émissairesmenant au vêlage. Dans le cadre du programme CRAC-ICE, nous nous sommes intéressésnà l’évolution du glacier émissaire Mertz, situé sur la côte George V en Antarctique de l’est. Avant son vêlage qui a eu lieu en Février 2010, libérant un iceberg de 80 km de longpar 35 km de large, ce glacier était caractérisé par une langue de glace se développant sur l’eau. Cette langue de glace, séparée par une faille depuis le début des années 1990, était longue de 150 km par 35 km de large. Grâce à un ensemble de données in-situ et d’images satellite basse et haute résolution et le développement d’un modèle océanique (TUGO-Mertz), nous avons suivi l’évolution de ce glacier ainsi que le devenir de son iceberg. La première partie de ce travail a consisté à développer une stratégie de traitement de données GPS nous permettant ainsi d’obtenir la meilleure précision possible sur nos données in-situ. Ces données ont été traitées via le logiciel GINS et une technique de traitement appelée IPPP basée sur le positionnement absolu et la résolution des ambiguities en valeurs entière. La précision des résultats de positionnement nous a permis d’observer des oscillations d’amplitude centimétrique et de période de quelques minutes, qui, comparées à un modèle de poutre d’Euler- Bernoulli correspondent à des modes de vibration de la langue de glace dans trois configurations différentes. Les périodes de ces oscillations s’échelonnent de 5 minutes à quelques heures. Dans ces gammes de valeurs, les principaux forçages océaniques sont la houle et les ondes d’Infra-Gravité. De plus, nous avons pu démontrer que les mouvements associés à la vibration du glacier entraînent une torsion favorisant sa fracturation. A plus grande échelle, les courants de marée ainsi que la hauteur de surface impactent sur l’évolution de la langue de glace. Les effets des courants se concentrent principalement sur l’ouverture de la crevasse principale tandis que la hauteur de surface tend à moduler la vitesse d’écoulement du glacier. Cette modulation représente environ 5 cm/jour soit 14 % de la vitesse moyenne. Par ailleurs, nous avons suivi l’évolution de la crevasse principale du glacier ; une originellement ouverte sur la partie est de la langue de glace puis ouverte sur la partie ouest. Elle a ensuite continue son développement jusqu’au vêlage du glacier.
Pour finir, nous nous sommes intéressés aux différents acteurs en jeu lors de la rupture de la langue de glace menant au vêlage. L’action de l’iceberg B09B et la modification des courants a joué un rôle lors de cet évènement même si la crevasse était en cours de développement. L’ensemble de ces résultats nous a permis d’identifier un large spectre de processus opérant avant et pendant un épisode de vêlage. Ces processus sont majoritaires dans l’évolution du glacier Mertz, mais ne sont pas encore pris en compte dans les modèles universels de vêlage.

Item Type: Thesis (PhD)
Keywords: Outlet Glacier, Antarctica, Iceberg, calving, fracturing, ocean-ice interaction, GPS processing, Glacier emissaire, Antarctique, Iceberg, Velage, Fracturation, Interaction ocean-glace, Traitement GPS.
Copyright Information:

Copyright 2012 the author

Additional Information:

Chapter 4 appears to be the equivalent of a post-print version of an article published as: Lescarmontier, L., Legrésy, B., Coleman, R., Perosanz, F., 2007. Vibrations of Mertz Glacier ice tongue, East Antarctica, Journal of glaciology, 58(210), 665-676

A reworked version of chapter 5 was published as: Lescarmontier, L., Legrésy, B., Young, N. W., Coleman, R., Testut, L., Mayet, C., Lacroix, P., 2015. Rifting processes and ice-flow modulation observed on Mertz Glacier, East Antarctica, Journal of glaciology, 61(230), 1183-1193

Date Deposited: 17 Aug 2012 04:47
Last Modified: 27 Nov 2017 01:41
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