Internal structure, dynamics and genesis of small debris-covered glacier systems located in alpine permafrost environments

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Etat: Public
Version: Après imprimatur
ID Serval
serval:BIB_5295901FC463
Type
Thèse: thèse de doctorat.
Collection
Publications
Titre
Internal structure, dynamics and genesis of small debris-covered glacier systems located in alpine permafrost environments
Auteur(s)
Bosson Jean-Baptiste
Directeur(s)
Lambiel Christophe
Détails de l'institution
Université de Lausanne, Faculté des géosciences et de l'environnement
Adresse
Faculté des géosciences et de l'environnement
Université de Lausanne
CH-1015 Lausanne
SUISSE

Statut éditorial
Acceptée
Date de publication
2016
Genre
2016
Langue
anglais
Résumé
Small debris-covered glaciers are commonly associated with large and possibly frozen sediment accumulations in alpine permafrost environments. Tens of thousands of these complex systems, referred to herein as small de- bris-covered glacier systems located in alpine permafrost environments (SDCGSAPE), are present on Earth and similar landforms were observed on Mars. Their absolute number even increases around the world in the current climatic context. Glaciers become smaller and less dynamic with the recent intensification of glacier decline. Ice melt rate is especially rapid in temperate environments and ice masses are progressively confined within the cold- est areas, subject to permafrost conditions. Finally, the debris layers on the glaciers surface extend in high relief environments, due to the deglaciation and permafrost degradation in the surrounding relief, and the decrease of glacier dynamics. Dynamics of small glaciers, glacier-permafrost interactions or the influence of the debris cover on glaciers behaviour remain however topics rather understudied by the scientific community. Thus, despite their very large and increasing numbers, and their importance as freshwater reservoirs and sediment accumulations in high relief environments, SDCGSAPE are still barely known.
This contribution synthetizes the results of five years of researches on these complex systems. Their internal struc- tures, dynamics and genesis were investigated in seven sites, located in the northwest Alps. The results collected and the review of scattered literature allowed to lay the foundation of a comprehensive knowledge on these fascinating systems.
Ice and debris concentrations varied in time and space in these systems according to Holocene climatic fluctu- ations. The current highest ice concentration was found in the upper central zone of each study site, where a small glacier, inherited from past climate, subsisted. The glacier was the most dynamical components of these systems. Glacier flow and thinning were observed, reaching typically several decimetres per year and accelerating in summer. Compared with neighbouring debris-free glaciers, the decadal and recent responses of these glaciers to climatic variations appeared disturbed by the influence of the surrounding relief, the debris cover and perma- frost conditions on accumulation and ablation rates. The occurrence of these mostly negative feedbacks delayed and attenuated the glacier response to climatic variations. The heavily debris-covered tongues still contained large amount of ice and the current extent of these glaciers is an anomaly at regional scale in the unfavourable climatic context. However, the upper snow accumulation was weak and the slow shrinking of these buried and less and less active sedimentary ice masses is expected in the next decades.
Ice concentration decreased toward the lower margins where Holocene glacier fluctuations accumulated lopsided sediment stores. No processes efficiently evacuated them in downward geomorphic system. Noticeable subglacial and postglacial water circulations hindered ground ice preservation in part of these debris accumulations. Up to several tens of meters of thickness of weakly active ice-free debris were thus observed in these systems. Converse- ly, ground ice was preserved in some margins weakly affected by water circulations and where the supraglacial debris cover thickness reached several meters that was close to the active layer thickness of permafrost. Slow and relatively constant creep was measured in these zones (typically few decimetres per year). The long-term viscous deformation of the ice-debris mixture allowed thus the formation of rock glaciers.
Ice concentration, supraglacial layer thickness and water circulations in these systems strongly control the current dynamics. Compared to other glacier systems, the influence of the surrounding relief on the snow, ice, and debris supply and the occurrence of permafrost conditions in the ablation areas induce particular glacial and postglacial dynamics in SDCGSAPE. The large debris concentration in these systems and the occurrence of negative feed- backs decrease their climatic sensitivity. In the future, the local importance of the amount of water sheltered in SDCGSAPE will further increase with the expected a rapid shrinking of debris-free glaciers.
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Les petits glaciers couverts sont communément associés dans les environnements périglaciaires alpins avec de grandes accumulations sédimentaires, possiblement gelées. Des dizaines de milliers de ces systèmes complexes, appelés ici petits systèmes glaciaires couverts situés dans les environnements de permafrost (SDCGSAPE), sont présents sur Terre et des formes similaires ont été observées sur Mars. Leur nombre est même en augmentation en raison des changements climatiques contemporains. Les glaciers deviennent plus petits et moins dynamiques avec l’intensification récente du retrait glaciaire. La vitesse de fonte est particulièrement rapide dans les environ- nements tempérés et les masses de glace sont progressivement confinées dans les zones les plus froides, soumises aux conditions de permafrost. Finalement, des sédiments s’accumulent à la surface des glaciers dans les environ- nements montagneux, en raison de la déglaciation et de la dégradation du permafrost dans le relief environnant et de la réduction de la dynamique des glaciers. La dynamique des petits glaciers, les interactions entre les glaciers et le permafrost ou l’influence des couvertures sédimentaires sur le comportement glaciaire demeurent toutefois des sujets relativement peu étudiés par la communauté scientifique. Ainsi, en dépit de leur grand nombre et de leur importance comme stock d’eau et de sédiments dans les environnements montagnards, les SDCGSAPE sont toujours très peu connus.
Cette contribution synthétise les résultats de cinq années de recherches sur ces systèmes complexes. Leur com- position, leurs dynamiques et leur genèse ont été étudiées dans sept sites, localisés au nord-ouest des Alpes. Les résultats collectés et la synthèse de la littérature éparse ont permis d’établir les bases d’une connaissance appro- fondie de ces systèmes passionnants.
La concentration de la glace et des sédiments a varié dans le temps et l’espace dans ces systèmes en fonction des fluctuations climatiques holocènes. La plus grande concentration actuelle de glace a été retrouvée dans la zone amont et centrale de chaque site d’étude, où un petit glacier hérité du climat passé a subsisté. Ce glacier était le composant le plus dynamique de ces systèmes. Le fluage et l’amincissement glaciaire ont été observés, atteignant typiquement plusieurs décimètres par an et accélérant fortement au cours de l’été. En comparaison avec les glaciers blancs avoisinants, les réponses décennales et récentes de ces glaciers aux variations climatiques apparaissaient perturbées par l’influence du relief, de la couverture sédimentaire et des conditions de permafrost sur les taux d’accumulation et d’ablation. L’occurrence de ces rétroactions essentiellement négatives retarde et atténue les réponses glaciaires aux variations climatiques. Les langues recouvertes d’une épaisse couche de débris contiennent toujours une quantité importante de glace et l’étendue actuelle de ces glaciers est une anomalie à l’échelle régionale dans le contexte climatique défavorable. Cependant, l’accumulation de neige en amont étant faible, la lente fonte de ces lambeaux de glace sédimentaire enterrés, de moins en moins actifs, est attendue dans les prochaines décennies.
La concentration de glace diminue vers les marges aval où les fluctuations glaciaires holocènes ont accumulé des stocks de sédiments disproportionnés. Aucun processus n’est parvenu à évacuer efficacement ces sédiments dans les systèmes géomorphologiques aval. D’importantes circulations d’eau sous-glaciaires et post-glaciaires ont empêché la préservation de la glace dans le sol dans une partie de ces accumulations sédimentaires. Jusqu’à plusieurs dizaines de mètres d’épaisseur de sédiments désenglacés et peu actifs ont ainsi été observés dans ces systèmes. À l’inverse, la glace dans le sol a été préservée dans certaines marges peu affectées par les circulations d’eau et où l’épaisseur de la couverture supraglaciaire s’apparente à celle du niveau actif du permafrost. Une lente et constante reptation a été mesurée dans ces zones (typiquement quelques décimètres par an). La déformation visqueuse à long-terme de la mixture de glace et de sédiments a ainsi permis la formation de glaciers rocheux.
Les dynamiques actuelles observées dans ces systèmes sont fortement contrôlées par la concentration en glace, l’épaisseur de la couverture supraglaciaire et les circulations d’eau. Par rapport aux autres systèmes glaciaires, l’influence du relief environnant sur l’approvisionnement en neige, en glace et en sédiments ainsi que l’existence des conditions de permafrost dans les zones d’ablations génèrent des dynamiques glaciaires et postglaciaires particulières dans les SDCGSAPE. La grande concentration de débris dans ces systèmes et l’influence de rétroac- tions négatives limitent leur sensibilité au climat. À l’avenir, l’importance locale du volume d’eau abritées dans les SDCGSAPE va encore augmenter, dans un contexte où une fonte rapide des glaciers blancs est attendue.

Création de la notice
22/12/2016 13:05
Dernière modification de la notice
20/08/2019 15:08
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