Published April 12, 2021 | Version v1
Publication Open

Sudden large-volume detachments of low-angle mountain glaciers – more frequent than thought?

  • 1. Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences
  • 2. University of Oslo
  • 3. ETH Zurich
  • 4. Instituto de Química del Noroeste Argentino
  • 5. National University of Cuyo
  • 6. University of Chile
  • 7. Centro de Estudios Científicos
  • 8. Lomonosov Moscow State University
  • 9. Polar Geophysical Institute
  • 10. University of Zurich
  • 11. Centre d'Études Spatiales de la Biosphère
  • 12. Université Toulouse III - Paul Sabatier
  • 13. Centre National de la Recherche Scientifique
  • 14. Université de Toulouse
  • 15. Laboratoire d'Études en Géophysique et Océanographie Spatiales
  • 16. Institut de Recherche pour le Développement
  • 17. Planetary Science Institute
  • 18. University of Arizona

Description

Abstract. The detachment of large parts of low-angle mountain glaciers resulting in massive ice–rock avalanches have so far been believed to be a unique type of event, made known to the global scientific community first for the 2002 Kolka Glacier detachment, Caucasus Mountains, and then for the 2016 collapses of two glaciers in the Aru range, Tibet. Since 2016, several so-far unrecognized low-angle glacier detachments have been recognized and described, and new ones have occurred. In the current contribution, we compile, compare, and discuss 20 actual or suspected large-volume detachments of low-angle mountain glaciers at 10 different sites in the Caucasus, the Pamirs, Tibet, Altai, the North American Cordillera, and the Southern Andes. Many of the detachments reached volumes in the order of 10–100 million m3. The similarities and differences between the presented cases indicate that glacier detachments often involve a coincidental combination of factors related to the lowering of basal friction, high or increasing driving stresses, concentration of shear stress, or low resistance to exceed stability thresholds. Particularly soft glacier beds seem to be a common condition among the observed events as they offer smooth contact areas between the glacier and the underlying substrate and are prone to till-strength weakening and eventually basal failure under high pore-water pressure. Partially or fully thawed glacier bed conditions and the presence of liquid water could thus play an important role in the detachments. Surface slopes of the detached glaciers range between around 10∘ and 20∘. This may be low enough to enable the development of thick and thus large-volume glaciers while also being steep enough to allow critical driving stresses to build up. We construct a simple slab model to estimate ranges of glacier slope and width above which a glacier may be able to detach when extensively losing basal resistance. From this model we estimate that all the detachments described in this study occurred due to a basal shear stress reduction of more than 50 %. Most of the ice–rock avalanches resulting from the detachments in this study have a particularly low angle of reach, down to around 5∘, likely due to their high ice content and connected liquefaction potential, the availability of soft basal slurries, and large amounts of basal water, as well as the smooth topographic setting typical for glacial valleys. Low-angle glacier detachments combine elements and likely also physical processes of glacier surges and ice break-offs from steep glaciers. The surge-like temporal evolution ahead of several detachments and their geographic proximity to other surge-type glaciers indicate the glacier detachments investigated can be interpreted as endmembers of the continuum of surge-like glacier instabilities. Though rare, glacier detachments appear to be more frequent than commonly thought and disclose, despite local differences in conditions and precursory evolutions, the fundamental and critical potential of low-angle soft glacier beds to fail catastrophically.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص. يُعتقد حتى الآن أن انفصال أجزاء كبيرة من الأنهار الجليدية الجبلية منخفضة الزاوية مما أدى إلى انهيارات جليدية هائلة في الصخور الجليدية هو نوع فريد من الأحداث، تم تعريفه للمجتمع العلمي العالمي أولاً بانفصال نهر كولكا الجليدي عام 2002، جبال القوقاز، ثم لانهيار اثنين من الأنهار الجليدية عام 2016 في سلسلة أرو، التبت. منذ عام 2016، تم التعرف على العديد من مفارز الأنهار الجليدية منخفضة الزاوية غير المعترف بها حتى الآن ووصفها، وحدثت مفارز جديدة. في المساهمة الحالية، نقوم بتجميع ومقارنة ومناقشة 20 مفرزة كبيرة الحجم فعلية أو مشتبه بها من الأنهار الجليدية الجبلية منخفضة الزاوية في 10 مواقع مختلفة في القوقاز وبامير والتبت وألتاي وكوردييرا أمريكا الشمالية وجبال الأنديز الجنوبية. وصلت العديد من المفارز إلى أحجام في حدود 10–100 مليون متر مكعب. تشير أوجه التشابه والاختلاف بين الحالات المعروضة إلى أن انفصال الأنهار الجليدية غالبًا ما ينطوي على مجموعة مصادفة من العوامل المتعلقة بخفض الاحتكاك القاعدي أو ضغوط القيادة العالية أو المتزايدة أو تركيز إجهاد القص أو المقاومة المنخفضة لتجاوز عتبات الاستقرار. يبدو أن قيعان الأنهار الجليدية الناعمة بشكل خاص هي حالة شائعة بين الأحداث المرصودة لأنها توفر مناطق تلامس سلسة بين النهر الجليدي والركيزة الأساسية وهي عرضة للضعف حتى القوة والفشل القاعدي في نهاية المطاف تحت ضغط الماء عالي المسام. وبالتالي، يمكن أن تلعب ظروف قاع الأنهار الجليدية المذابة جزئيًا أو كليًا ووجود الماء السائل دورًا مهمًا في الانفصال. تتراوح المنحدرات السطحية للأنهار الجليدية المنفصلة بين حوالي 10 و 20درجة مئوية. قد يكون هذا منخفضًا بما يكفي لتمكين تطوير أنهار جليدية سميكة وبالتالي كبيرة الحجم بينما تكون أيضًا شديدة الانحدار بما يكفي للسماح بتراكم ضغوط القيادة الحرجة. نقوم ببناء نموذج لوح بسيط لتقدير نطاقات منحدر وعرض الأنهار الجليدية التي قد يكون النهر الجليدي فوقها قادرًا على الانفصال عند فقدان المقاومة القاعدية على نطاق واسع. من هذا النموذج، نقدر أن جميع المفارز الموضحة في هذه الدراسة حدثت بسبب تقليل إجهاد القص الأساسي بأكثر من 50 ٪. تتمتع معظم الانهيارات الجليدية الناتجة عن الانفجارات في هذه الدراسة بزاوية وصول منخفضة بشكل خاص، وصولاً إلى حوالي 5 درجات، ويرجع ذلك على الأرجح إلى محتواها الجليدي العالي وإمكانات التسييل المرتبطة بها، وتوافر الملاط القاعدي الناعم، وكميات كبيرة من المياه القاعدية، بالإضافة إلى الإعداد الطبوغرافي السلس النموذجي للوديان الجليدية. تجمع مفارز الأنهار الجليدية منخفضة الزاوية بين العناصر ومن المحتمل أيضًا العمليات الفيزيائية لارتفاعات الأنهار الجليدية وانكسارات الجليد من الأنهار الجليدية شديدة الانحدار. يشير التطور الزمني الشبيه بالطفرة قبل العديد من المفارز وقربها الجغرافي من الأنهار الجليدية الأخرى من نوع الطفرة إلى أن مفارز الأنهار الجليدية التي تم التحقيق فيها يمكن تفسيرها على أنها أعضاء في سلسلة متصلة من عدم استقرار الأنهار الجليدية الشبيهة بالطفرة. على الرغم من ندرتها، يبدو أن انفصال الأنهار الجليدية أكثر تواترًا مما يُعتقد عمومًا وتكشف، على الرغم من الاختلافات المحلية في الظروف والتطورات التمهيدية، عن الإمكانات الأساسية والحرجة لفشل طبقات الأنهار الجليدية الناعمة منخفضة الزاوية بشكل كارثي.

Translated Description (French)

Résumé. Le détachement de grandes parties des glaciers de montagne à faible angle entraînant des avalanches massives de glace et de roche a jusqu'à présent été considéré comme un type d'événement unique, connu de la communauté scientifique mondiale d'abord pour le détachement du glacier Kolka en 2002, les montagnes du Caucase, puis pour l'effondrement en 2016 de deux glaciers dans la chaîne d'Aru, au Tibet. Depuis 2016, plusieurs détachements de glaciers à faible angle non reconnus jusqu'à présent ont été reconnus et décrits, et de nouveaux se sont produits. Dans la contribution actuelle, nous compilons, comparons et discutons 20 détachements réels ou présumés de grands volumes de glaciers de montagne à faible angle sur 10 sites différents dans le Caucase, le Pamirs, le Tibet, l'Altaï, la Cordillère nord-américaine et les Andes méridionales. De nombreux détachements ont atteint des volumes de l'ordre de 10 à 100 millions de m3. Les similitudes et les différences entre les cas présentés indiquent que les décollements de glaciers impliquent souvent une combinaison fortuite de facteurs liés à l'abaissement du frottement basal, à des contraintes de conduite élevées ou croissantes, à la concentration des contraintes de cisaillement ou à une faible résistance au dépassement des seuils de stabilité. Les lits de glaciers particulièrement mous semblent être une condition courante parmi les événements observés, car ils offrent des zones de contact lisses entre le glacier et le substrat sous-jacent et sont sujets à un affaiblissement de la résistance au labour et éventuellement à une défaillance basale sous une pression élevée de l'eau interstitielle. Les conditions de fond glaciaire partiellement ou totalement décongelées et la présence d'eau liquide pourraient ainsi jouer un rôle important dans les détachements. Les pentes de surface des glaciers détachés varient entre environ 10∘ et 20∘. Cela peut être suffisamment faible pour permettre le développement de glaciers épais et donc de grands volumes tout en étant suffisamment raide pour permettre aux contraintes de conduite critiques de s'accumuler. Nous construisons un modèle de dalle simple pour estimer les plages de pente et de largeur du glacier au-dessus desquelles un glacier peut être capable de se détacher lorsqu'il perd considérablement sa résistance basale. À partir de ce modèle, nous estimons que tous les décollements décrits dans cette étude se sont produits en raison d'une réduction de la contrainte de cisaillement basale de plus de 50 %. La plupart des avalanches de roche glaciaire résultant des détachements de cette étude ont un angle de portée particulièrement faible, jusqu'à environ 5°, probablement en raison de leur teneur élevée en glace et de leur potentiel de liquéfaction connexe, de la disponibilité de boues basales molles et de grandes quantités d'eau basale, ainsi que du cadre topographique lisse typique des vallées glaciaires. Les détachements de glaciers à faible angle combinent des éléments et probablement aussi des processus physiques d'ondes glaciaires et de dégel des glaciers escarpés. L'évolution temporelle semblable à une onde de choc devant plusieurs détachements et leur proximité géographique avec d'autres glaciers de type onde de choc indiquent que les détachements de glaciers étudiés peuvent être interprétés comme des membres extrêmes du continuum des instabilités glaciaires semblables à une onde de choc. Bien que rares, les détachements de glaciers semblent être plus fréquents qu'on ne le pense et ne le révèle communément, malgré les différences locales dans les conditions et les évolutions précurseurs, le potentiel fondamental et critique des lits de glaciers mous à faible angle de tomber en panne de manière catastrophique.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Hasta ahora se ha creído que el desprendimiento de grandes partes de glaciares de montaña de ángulo bajo que resulta en avalanchas masivas de hielo y roca es un tipo de evento único, dado a conocer a la comunidad científica mundial primero para el desprendimiento del glaciar Kolka de 2002, las montañas del Cáucaso, y luego para los colapsos de 2016 de dos glaciares en la cordillera Aru, en el Tíbet. Desde 2016, se han reconocido y descrito varios desprendimientos de glaciares de bajo ángulo hasta ahora no reconocidos, y se han producido otros nuevos. En la contribución actual, recopilamos, comparamos y discutimos 20 desprendimientos reales o presuntos de gran volumen de glaciares de montaña de bajo ángulo en 10 sitios diferentes en el Cáucaso, los Pamires, el Tíbet, Altai, la Cordillera de América del Norte y los Andes del Sur. Muchos de los desprendimientos alcanzaron volúmenes del orden de 10–100 millones de m3. Las similitudes y diferencias entre los casos presentados indican que los desprendimientos de glaciares a menudo implican una combinación coincidente de factores relacionados con la reducción de la fricción basal, tensiones de conducción altas o crecientes, concentración de tensión de corte o baja resistencia para superar los umbrales de estabilidad. Los lechos glaciares particularmente blandos parecen ser una condición común entre los eventos observados, ya que ofrecen áreas de contacto lisas entre el glaciar y el sustrato subyacente y son propensos al debilitamiento de la fuerza de la labranza y, finalmente, a la falla basal bajo una alta presión de agua porosa. Por lo tanto, las condiciones del lecho glaciar parcial o totalmente descongelado y la presencia de agua líquida podrían desempeñar un papel importante en los desprendimientos. Las pendientes superficiales de los glaciares desprendidos oscilan entre alrededor de 10° y 20°. Esto puede ser lo suficientemente bajo como para permitir el desarrollo de glaciares gruesos y, por lo tanto, de gran volumen, al tiempo que es lo suficientemente empinado como para permitir que se acumulen tensiones críticas de conducción. Construimos un modelo de losa simple para estimar los rangos de pendiente y ancho del glaciar por encima de los cuales un glaciar puede ser capaz de desprenderse cuando pierde ampliamente la resistencia basal. A partir de este modelo estimamos que todos los desprendimientos descritos en este estudio se produjeron debido a una reducción de la tensión de corte basal de más del 50 %. La mayoría de las avalanchas de hielo-roca resultantes de los desprendimientos en este estudio tienen un ángulo de alcance particularmente bajo, hasta alrededor de 5o, probablemente debido a su alto contenido de hielo y potencial de licuefacción conectado, la disponibilidad de lodos basales blandos y grandes cantidades de agua basal, así como el entorno topográfico suave típico de los valles glaciares. Los desprendimientos de glaciares de ángulo bajo combinan elementos y probablemente también procesos físicos de oleadas de glaciares y desprendimientos de hielo de glaciares escarpados. La evolución temporal de tipo oleaje por delante de varios desprendimientos y su proximidad geográfica a otros glaciares de tipo oleaje indican que los desprendimientos de glaciares investigados pueden interpretarse como miembros finales del continuo de inestabilidades glaciares de tipo oleaje. Aunque raros, los desprendimientos de glaciares parecen ser más frecuentes de lo que comúnmente se piensa y revelan, a pesar de las diferencias locales en las condiciones y las evoluciones precursoras, el potencial fundamental y crítico de los lechos de glaciares blandos de ángulo bajo para fallar catastróficamente.

Files

tc-15-1751-2021.pdf.pdf

Files (95.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f4cb4655c7070477f01411e4ceb2eca5
95.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مفارز كبيرة الحجم مفاجئة من الأنهار الجليدية الجبلية منخفضة الزاوية – أكثر تواترا مما كان يعتقد ؟
Translated title (French)
Des détachements soudains de grands volumes de glaciers de montagne à faible angle – plus fréquents qu'on ne le pensait ?
Translated title (Spanish)
Desprendimientos repentinos de gran volumen de glaciares de montaña de ángulo bajo, ¿más frecuentes de lo que se pensaba?

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3094078164
DOI
10.5194/tc-15-1751-2021

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1502765847
  • https://openalex.org/W1601256478
  • https://openalex.org/W1812074035
  • https://openalex.org/W1861977787
  • https://openalex.org/W1865780177
  • https://openalex.org/W1967666090
  • https://openalex.org/W1983044668
  • https://openalex.org/W1984272292
  • https://openalex.org/W1991359553
  • https://openalex.org/W1993366640
  • https://openalex.org/W1999995018
  • https://openalex.org/W2008832455
  • https://openalex.org/W2013419095
  • https://openalex.org/W2020697772
  • https://openalex.org/W2020839132
  • https://openalex.org/W2027029024
  • https://openalex.org/W2045629516
  • https://openalex.org/W2056558613
  • https://openalex.org/W2061362265
  • https://openalex.org/W2066014251
  • https://openalex.org/W2074582358
  • https://openalex.org/W2088806806
  • https://openalex.org/W2092210180
  • https://openalex.org/W2093936554
  • https://openalex.org/W2095036899
  • https://openalex.org/W2103613139
  • https://openalex.org/W2106204645
  • https://openalex.org/W2110449716
  • https://openalex.org/W2114573054
  • https://openalex.org/W2120001547
  • https://openalex.org/W2123047059
  • https://openalex.org/W2125430763
  • https://openalex.org/W2130120425
  • https://openalex.org/W2139149217
  • https://openalex.org/W2149044576
  • https://openalex.org/W2153053180
  • https://openalex.org/W2164561843
  • https://openalex.org/W2169281607
  • https://openalex.org/W2170188862
  • https://openalex.org/W2171035238
  • https://openalex.org/W2203757945
  • https://openalex.org/W2266304115
  • https://openalex.org/W2271165190
  • https://openalex.org/W2292752936
  • https://openalex.org/W2297282587
  • https://openalex.org/W2323401052
  • https://openalex.org/W2342542598
  • https://openalex.org/W2397139563
  • https://openalex.org/W2402027139
  • https://openalex.org/W2479066922
  • https://openalex.org/W2560583001
  • https://openalex.org/W2740955376
  • https://openalex.org/W2744952291
  • https://openalex.org/W2787432464
  • https://openalex.org/W2793098184
  • https://openalex.org/W2884752912
  • https://openalex.org/W2895326756
  • https://openalex.org/W2908399813
  • https://openalex.org/W2916420886
  • https://openalex.org/W2921018805
  • https://openalex.org/W2924706566
  • https://openalex.org/W2926292303
  • https://openalex.org/W2934984619
  • https://openalex.org/W2940501363
  • https://openalex.org/W2940700472
  • https://openalex.org/W2942435959
  • https://openalex.org/W2947514562
  • https://openalex.org/W2951843647
  • https://openalex.org/W2954263875
  • https://openalex.org/W2970982215
  • https://openalex.org/W2974272795
  • https://openalex.org/W2986057909
  • https://openalex.org/W2988395837
  • https://openalex.org/W2989946338
  • https://openalex.org/W3001147710
  • https://openalex.org/W3003669653
  • https://openalex.org/W3016444166
  • https://openalex.org/W3018858717
  • https://openalex.org/W3023698424
  • https://openalex.org/W3119262716
  • https://openalex.org/W3142940302
  • https://openalex.org/W4210727842
  • https://openalex.org/W4211253941
  • https://openalex.org/W4229496959
  • https://openalex.org/W4231764000
  • https://openalex.org/W4235760333
  • https://openalex.org/W4240882647
  • https://openalex.org/W4244922728
  • https://openalex.org/W4245357589
  • https://openalex.org/W4245790086
  • https://openalex.org/W4246692388