Englacial Deltaic Sediments as Evidence for Basal Freezing and Marginal Shearing, Leirbreen, Southern Norway

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Abstract
A frozen englacial band of current-bedded silts, sands, and gravels were observed close to the snout of the temperate glacier Leirbreen. Little-disturbed sedimentary structures indicated a deltaic origin, the lack of disturbance showing that the sediments were frozen prior to their incorporation by the glacier and did not suffer shearing during glacial transport. It was concluded that they accumulated originally in a subglacial pool when the glacier was more extensive than today. Subsequent thinning of the glacier during recession allowed penetration of winter cooling to the base and freezing of subglacial sediments. The resulting layer of frozen sediment was protected from summer thawing by the overlying glacier and might therefore have been subject to further increase in thickness during successive winters. Incorporation of the frozen sediment band into the glacier resulted from compressive flow against the marginal zone of cold-based ice, leading to the development of thrust planes which penetrated through the glacier and into the frozen subglacial material. Shearing along such a thrust plane immediately below the frozen sediment layer, brought it through the glacier to the surface in a relatively undisturbed state. Résumé Un niveau intraglaciaire gelé de limons, sables et graviers déposés par un courant a été observé près du front du glacier tempéré de Leirbreen. Des structures sédimentaires peu perturbées indiquent une origine deltaïque, l’absence de perturbation montrant que les sédiments ont été gelés avant leur incorporation par le glacier et n’ont pas souffert du cisaillement pendant le transport glaciaire. On en a conclu qu’ils se sont accumulés à l’origine dans un réseau sous glaciaire alors que le glacier était plus étendu qu’aujourd’hui. Un amincissement ultérieur du glacier au cours d’une période de retrait a permis la pénétration du refroidissement hivernal jusqu’au fond et le gel des sédiments sous glaciaires. Le niveau de sédiments gelés qui en est résulté a été protégé de la fusion estivale par le glacier et peut donc avoir été sujet à des accroissements en épaisseur au cours d’hivers successifs. L’incorporation de cette assise de sédiments gelés dans le glacier est due à un écoulement compressif contre la zone marginale de glace basale froide, conduisant au développement de plans d’intrusion qui ont pénétré à travers le glacier et à l’intérieur du matériel sous-glaciaire gelé. Le cisaillement le long d’un tel plan d’intrusion, immédiatement sous le niveau des sédiments, gelés, les à conduit a travers le glacier jusqu’en surface dans un état relativement peu perturbé. Zusammenfassung Nahe der Zunge des temperierten Leirbreen-Gletschers wurde ein gefrorenes Band von fluviatil abgelagertem Schlamm, Sand und Schotter aus der Innenmoräne Beobachtet. Nur wenig gestörte Sedimentstrukturen wiesen auf die Herkunft aus Einem Delta hin, wobei aus dem Fehlen von Störungen geschlossen werden kann, dass die Sedimente vor ihrer Aufnahme durch den Gletscher gefroren waren und während des glazialen Transports keine Scherung erfuhren. Es wurde gefolgert, dass sie ursprünglich in einem subglazialen Teich angesammeltt wurden, als der Gletscher eine grössere Ausdehnung hatte als heute. Die Ausdünnung des Gletschers während des Rückzugs erlaubte das Eindringen der Winterkälte bis zum Grund, was zum Gefrieren der subglazialen Sedimente führte. Die hieraus resultierende Schicht gefrorenen Sediments wurde durch den darüber liegenden Gletscher vor dem Auftauen im Sommer geschützt; sie dürfte daher in den folgenden Wintern ihre Dicke noch vergrössert haben. Die Aufnahme des gefrorenen Sedimentbandes in den Gletscher ergab sich durch das kompressive Fliessen gegen die Randzone mit kaltem Eis am Untergrund, das zur Entwicklung von Schubebenen führte, die durch den Gletscher in das gefrorenen subglaziale Material eindrangen. Scherung längs einer solchen Schubebene unmittelbar unter der gefrorenen Sedimentschicht brachte diese in relativ ungestörtem Zustand durch den Gletscher an die Oberfläche.