Numerical modeling of subglacial bedrock channels in Labyrinth, Antarctica

The Labyrinth in the McMurdo Dry Valleys of Antarctica is characterized by large bedrock channels emerging from beneath the margin of Wright Upper Glacier. To study the morphodynamics of large subglacial channels cut into bedrock, this work develop a numerical model based on the classical theory of subglacial channels proposed by Röthlisberger in 1972 and recent results on bedrock abrasion by saltating bed load by Sklar and Dietrich in 2004. Model results show that bedrock abrasion in subglacial channels peaks at an intermediate distance from the snout for a wide range of sediment grain sizes and sediment loads. Close to the snout the flow velocity is too high and all the sediment is transported in suspension, thus limiting particle impacts at the bottom and abrasion. Far from the snout the velocity is too low and the sediment particles cannot be mobilized. This non-monotonic relationship between subglacial flow and bedrock abrasion produces concave bottom profiles in subglacial channels and potential constrictions after channel confluences. Both landforms are present in the bedrock channels of the Labyrinth, Antarctica, thus validating the results of this work. It is therefore possible to conclude that these geomorphic features are an unambiguous signature of bedrock abrasion and reflect the complex interplay between transport rate, sediment load, and transport capacity in subglacial channels.

Il “Labyrinth” nelle McMurdo Dry Valleys dell'Antartide è caratterizzato da canali di grandi dimensioni scavati nella roccia che emergono ai piedi del ghiacciaio Wright. Per studiare la morfodinamica di tali canali subglaciali intagliati nella roccia, viene sviluppato, in tale elaborato, un modello numerico basato sulla teoria classica dei canali subglaciali proposta da Röthlisberger nel 1972 e basato sui risultati recenti di Sklar e Dietrich nel 2004 sull’abrasione al fondo dovuta al saltellamento dei sedimenti. I risultati del modello mostrano come il tasso di erosione raggiunga il massimo a una distanza intermedia dal terminale del ghiacciaio per una vasta gamma di dimensioni dei granelli e quantità di sedimenti. Infatti vicino al terminale la velocità di flusso è troppo elevata e tutto il sedimento viene trasportato in sospensione, limitando così l'impatto delle particelle sul fondo e quindi l'abrasione. Lontano dal terminale la velocità è troppo bassa e le particelle non possono essere mobilitate. Questo comportamento non monotono produce dei profili di fondo concavi nei canali subglaciali e inoltre crea delle potenziali costrizioni dopo le confluenze. Entrambe le caratteristiche appena menzionate sono presenti nella zona del Labyrinth in Antartide, e convalidano quindi i risultati ottenuti dal modello numerico proposto. È dunque possibile concludere che queste caratteristiche geomorfologiche sono un’inequivocabile prova della presenza di abrasione e riflettono la complessa interazione fra il tasso di trasporto, il carico di sedimenti, e la capacità di trasporto nei canali subglaciali.