title: Folding and fracturing of glacial ice
Creators: name: Arneitz, Franziska
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Gletschereis kann als monomineralisches metamorphes Gestein betrachtet werden, das sich in temperierten Gletschern hauptsächlich durch Kriechverschiebungen und Brechen verformt, wenn die Dehnungsraten ausreichend hoch sind. Folglich weisen Gletscher viele Strukturen auf, wie Falten und Brüche, die sich auch auf natürliche Weise in der Erdkruste bilden. Diese Arbeit befasst sich mit verschiedenen Aspekten der Strukturglaziologie, insbesondere (i) der Skalierung der Apertur zu Länge von Öffnungsbrüchen, (ii) der fortschreitenden Rotation von Brüchen und der damit verbundenen Faltung und (iii) der Bestimmung des Geschwindigkeitsfeldes eines Gletschers mithilfe von Fernerkundung. Die Bildung von Öffnungsbrüchen, die in Gletschern als Gletscherspalten bezeichnet werden, wird mit einem partikel-basierten festen Gittermodell numerisch modelliert, das mit der linear elastischen Bruchmechanik übereinstimmt. Die Modellergebnisse zeigen, dass die Wechselwirkung von Brüchen zu einer nicht universellen Skalierung von Apertur zu Länge führt, was bedeutet, dass die maximale Bruchöffnung nicht durch eine einzelne (Potenz-)Funktion der Bruchlänge beschrieben werden kann. Die Rotation von Brüchen und die damit verbundene Faltung, während der Gletscher abwärts fließt, werden durch detaillierte Feldstudien an der Pasterze, einem gemäßigten Talgletscher in Österreich, und durch numerische Vorwärtsmodellierung untersucht. Die Geometrien dieser sogenannten flanking structures und auch die Anordnung der Gletscherspalten stimmen mit einer transtensionalen Scherung überein, die durch die gletscherabwärts gerichtete Talverbreiterung verursacht wird. Das oberflächliche Fließfeld des Pasterze-Gletschers wurde im Untersuchungsgebiet mithilfe von Schrägaufnahmen im Zeitraffer in Verbindung mit einem hochauflösenden digitalen Höhenmodell bestimmt, das aus Fotos abgeleitet wurde, die mit einem unbemannten Luftfahrzeug (UAV) und einem Structure for Motion (SfM)-Verfahren aufgenommen wurden. Es wird ein detaillierter Arbeitsablauf vorgestellt, der die Berechnung horizontaler Oberflächengeschwindigkeiten eines alpinen Talgletschers mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ermöglicht.
description: Glacial ice can be considered as a monomineralic metamorphic rock analogue that deforms in temperate glaciers dominantly by dislocation creep and fracturing where strain rates are sufficiently high. Consequently, glaciers exhibit many structures, such as folds and fractures, that also form naturally within the Earth’s crust. This thesis deals with various aspects of structural glaciology, specifically (i) the aperture-length scaling of opening mode fractures, (ii) the progressive rotation of fractures and associated folding and (iii) the determination of a glacier’s velocity field using remote sensing. The formation of opening mode fractures, called crevasses in glaciers, is numerically modelled with a particle-based lattice solid model consistent with linear elastic fracture mechanics. The model results indicate that fracture interaction leads to nonuniversal aperture-to-length scaling, implying that maximum fracture opening cannot be described by single (power-law) function of fracture length. The rotation of fractures and associated folding during downglacier flow is investigated by means of detailed field studies on the Pasterze, a temperate valley glacier in Austria, and numerical forward modelling. The geometries of these so-called flanking structures and also the crevasse patterns are consistent with a plan-view transtensional shear flow caused by downglacier valley widening. The Pasterze glacier’s surficial flow field was determined in the study area using oblique time-lapse photography, in conjunction with a high-resolution digital elevation model derived from photos taken with an unmanned aerial vehicle (UAV) and a Structure for Motion (SfM) process. A detailed workflow is presented that permits computing horizontal surface velocities of an alpine valley glacier at high spatial and temporal resolution.