Despite their relatively small ice volume, mountain glaciers contributed nearly one third of global sea level rise since 2000, with one of the largest total mass loss rates (73 ± 17 Gt a-1) occurring in the Yukon-Alaska region. However, there is uncertainty surrounding how ice dynamics are being affected by such losses and whether glacier flow instabilities, such as surges, are changing in a warming climate. The St. Elias Mountains contain a major cluster of surge-type glaciers, yet a detailed analysis of their characteristics, including surge frequency, morphology, magnitude, and propensity over time has not been undertaken on a regional basis. This thesis presents a review of surging behaviour and an updated surge event inventory in the St. Elias Mountains, and quantifies the processes influencing both surging and non-surging glacier velocity variability using a variety of remote sensing and field measurements. An updated inventory of surge-type glaciers and observed surge events (1874-2023), compiled from existing inventories, recently published articles, and velocity analysis, is used to analyze the characteristics of surge-type glaciers and velocity patterns during surge events. The modern (1985-2023) trends in annual, winter and summer velocities of selected surge-type glaciers is then used to classify dynamic instability events into 4 categories. While 231 glaciers were classified as surge-type, only 42 were observed to have experienced rapid velocity events over the period 1985-2023, through either direct measurements or remote sensing observations. For glaciers with observed rapid velocity events, these predominantly fall into two categories: Alaskan-style surges with short active and quiescent phases, and glacier pulses, which are velocity accelerations that are limited in both magnitude and extent. An unnamed former tributary to Kluane Glacier underwent a dramatic surge from 2013-18. Using a combination of air photos, remote sensing and field observations, the characteristics and changes of ‘Little Kluane Glacier’ were reconstructed from the 1940s until 2021. While only the single full surge of 2013-18 was identified, it is likely that a partial surge of just the upper north arm occurred between 1963 and 1972. Repeat Digital Elevation Models (DEMs) and velocity profiles show that the recent surge initiated from the upper north arm accumulation area in 2013, which developed into a full surge of the main trunk from 2017-18. Terminus positions show long-term retreat from 1949-2017, followed by rapid advance of >2 km from May to September 2018, with surface velocities reaching a peak of ~3600 m a-1 in summer 2018 over the lower ablation area. This was likely enhanced by the drainage of supraglacial lakes and streams to the glacier bed through crevassing as the surge progressed. Changes in surface topography caused by initial mass movement, the resulting reorganization of the supraglacial hydrological system, and ponding of surface water, may drive a partial surge into a full surge, and therefore exert a direct control on glacier dynamics. In May 2016, Kaskawulsh Glacier underwent a dramatic proglacial hydrologic reorganization instigated by the rapid drainage of proglacial Slims Lake: as a result, water which previously drained north into Ä’äy Chú, (Slims River) toward Lhú’áán Män (Kluane Lake), was redirected south into Kaskawulsh River, eventually flowing into the Gulf of Alaska. A long-term (up to ∼120 year) record of terminus retreat, thinning and surface velocities from in-situ and remote sensing observations is used to determine the impact of this reorganization on glacier dynamics. After an initial deceleration during the late 1990s, terminus velocities increased at a rate of 3 m a-2 from 2000-12, while the area of proglacial Slims Lake increased simultaneously. The rapid drainage of the lake substantially altered the velocity profile of the adjacent glacier, decreasing annual velocities by 48% within 3 km of the terminus between 2015 and 2021, at an average rate of ∼12.5 m a-2. A key cause of the rapid drop in glacier motion was a reduction in flotation of the lower part of the terminus after lake drainage. This has important implications for glacier dynamics and provides one of the first assessments of the impacts of a rapid proglacial lake drainage event on local terminus velocities. The results of this study provide an examination of factors controlling glacier dynamics, as well as the characteristics of rapid glacier velocity events, in the St. Elias Mountains. This provides insights into the behaviour of mountain glaciers, how they are changing in a warming climate, controls on glacier surging, and the hazards they may pose for downstream communities, which are particularly vulnerable to disturbances.

As geleiras são indicadores sensíveis às mudanças climáticas, aquelas áreas marginais à geleira e proglaciais apresentam várias mudanças decorrentes da retração das geleiras. Dessa forma, esta tese propõe um modelo de desenvolvimento hidrológico e geomorfológico da zona proglacial de uma geleira no sul da ilha Rei George, ilhas Shetland do Sul, Antártica no período desde a Pequena Idade do Gelo até 2017. A compartimentação do relevo e mapeamento geomorfológico proglacial foi feito a partir de Modelo Digital de Elevação gerado a partir de imagens TanDEM-X e de uma imagem QuickBird de 2008, além de coletas de sedimentos em campo. Já para a caracterização da fenologia de gelo da superfície de lagos proglaciais, foi feita uma correlação da área de superfície líquida, obtida em imagens TerraSAR X de 2011, com as variáveis temperatura, precipitação e vento. O cenário de evolução da geleira (chamada localmente de geleira Collins) até 2070 foi elaborado a partir de metodologia de Ruckamp et al. (2011). Os compartimentos na península onde encontra-se a geleira (península Fildes) são planaltos e depressões que possuem como principais formas associadas paleovales em U e vales em anfiteatro que foram posteriormente retrabalhados por canais de degelo e processos intempéricos. A área proglacial não é homogênea e a frente da geleira apresentou distintos ambientes que foram mapeados nessa tese em setores. Os setores do lado leste são os mais dinâmicos da geleira, pois além de apresentar vários canais de água de degelo, tem feições como flutings e morainas de recessão. No cenário do comportamento da geleira para o futuro, são justamente essas áreas que deverão ser as primeiras a apresentarem retração, até 2030 É provável que no futuro, com a retração da geleira, devido a configuração do relevo subglacial, haverá formação de lagos, alagados e canais nas suas porções mais côncavas e mais tempo de atuação dos processos paraglaciais. Os setores voltados para a passagem de Drake indicam um sistema glacial ativo com capacidade de transporte de material de diferentes tamanhos e quantidade. No futuro essa área, devido ao relevo subglacial e hidrologia, provavelmente não terá a formação de lagos e feições como flutings ou morainas de recessão, se caracterizando como mais estável. Quanto a formação atual dos lagos, 7 dos 15 lagos analisados para o verão de 2011 apresentaram correlação significativa (ρ maior que 0,4) com a temperatura, enquanto 11 lagos responderam significativamente para precipitação. Os lagos atingem a área máxima de superfície líquida no final de fevereiro e congelam completamente no início de abril. O cenário de variação espacial da frente da geleira Collins revela a continuidade do processo de retração para as próximas décadas, com perda de 35% de sua área até 2070. No primeiro momento, a retração na zona proglacial formará uma área instável com alta quantidade de sedimentos nos canais. A fixação da vegetação contribuirá nessa fase para aumento da infiltração de água de degelo no solo (formação de alagados), aumento da força e cisalhamento do solo até que a paisagem atinja uma fase estável, com indícios de atividade periglacial entre 2050 e 2070. / Glaciers are sensitive indicators of climate change, those marginal and proglacial areas show several changes due to glaciers retraction. Having this in mind, this thesis proposes a hydrological and geomorphological development model for the proglacial zone of a glacier in the south of the King George island, South Shetland Islands, Antarctica in the period between the Little Ice Age and 2017. The relief compartmentation and proglacial geomorphological mapping was done using a Digital Elevation Model generated from TanDEM-X images and a QuickBird image from 2008, in addition to field sediment samples. For the characterization of the ice phenology of the proglacial lakes surface, a correlation of the net surface area, obtained from 2011 TerraSAR X images, was made with temperature, precipitation and wind variables. The evolution of the glacier (locally called Collins Glacier) until 2070 was elaborated using the methodology by Ruckamp et al. (2011). The compartments in the peninsula where the glacier is located (Fildes Peninsula) are plateaus and depressions that have U paleovalley sand amphitheatre valleys as main forms later reworked by melting channels and intemperic processes. The proglacial area is not homogeneous and the glacier front has different environments that were mapped in this thesis in sectors. The glacier eastern sectors are the most dynamic ones, as they have several melting water channels, features like flutings and moraines of recession. In the scenario for the future behaviour of the glacier, it is possible that these areas that will be the first ones to present retraction, until 2030 It is probable that in the future, with the retraction of the glacier, due to the configuration of the subglacial relief, there will be formation of lakes, flooded areas and channels in their more concave portions and more time for operation of the paraglacial processes. The sectors orientated to the Drake Passage indicate an active glacial system with capacity to transport material of different sizes and quantity. In the future this area, due to subglacial relief and hydrology, probably will not have the formation of lakes and features like flutings or moraines of recession, characterizing itself as more stable. Regarding the current lake formation, 7 of the 15 lakes analysed for the 2011 summer presented a significant correlation (ρ greater than 0.4) with temperature, while 11 lakes responded significantly to precipitation. The lakes reached the maximum net surface area at the end of February and frozen completely at the beginning of April. The spatial variation scenario of the Collins Glacier front reveals the continuity of the retraction process for the coming decades, with a loss of 35% of its area by 2070. At the first moment, the retraction in the proglacial zone will form an unstable area with a high amount of sediments in the channels. In this phase, vegetation fixation will increase the infiltration of melting water into the soil (formation of floodwaters), increase of soil strength and shear until the landscape reaches a stable phase, with indications of periglacial activity between 2050 and 2070.

As geleiras são indicadores sensíveis às mudanças climáticas, aquelas áreas marginais à geleira e proglaciais apresentam várias mudanças decorrentes da retração das geleiras. Dessa forma, esta tese propõe um modelo de desenvolvimento hidrológico e geomorfológico da zona proglacial de uma geleira no sul da ilha Rei George, ilhas Shetland do Sul, Antártica no período desde a Pequena Idade do Gelo até 2017. A compartimentação do relevo e mapeamento geomorfológico proglacial foi feito a partir de Modelo Digital de Elevação gerado a partir de imagens TanDEM-X e de uma imagem QuickBird de 2008, além de coletas de sedimentos em campo. Já para a caracterização da fenologia de gelo da superfície de lagos proglaciais, foi feita uma correlação da área de superfície líquida, obtida em imagens TerraSAR X de 2011, com as variáveis temperatura, precipitação e vento. O cenário de evolução da geleira (chamada localmente de geleira Collins) até 2070 foi elaborado a partir de metodologia de Ruckamp et al. (2011). Os compartimentos na península onde encontra-se a geleira (península Fildes) são planaltos e depressões que possuem como principais formas associadas paleovales em U e vales em anfiteatro que foram posteriormente retrabalhados por canais de degelo e processos intempéricos. A área proglacial não é homogênea e a frente da geleira apresentou distintos ambientes que foram mapeados nessa tese em setores. Os setores do lado leste são os mais dinâmicos da geleira, pois além de apresentar vários canais de água de degelo, tem feições como flutings e morainas de recessão. No cenário do comportamento da geleira para o futuro, são justamente essas áreas que deverão ser as primeiras a apresentarem retração, até 2030 É provável que no futuro, com a retração da geleira, devido a configuração do relevo subglacial, haverá formação de lagos, alagados e canais nas suas porções mais côncavas e mais tempo de atuação dos processos paraglaciais. Os setores voltados para a passagem de Drake indicam um sistema glacial ativo com capacidade de transporte de material de diferentes tamanhos e quantidade. No futuro essa área, devido ao relevo subglacial e hidrologia, provavelmente não terá a formação de lagos e feições como flutings ou morainas de recessão, se caracterizando como mais estável. Quanto a formação atual dos lagos, 7 dos 15 lagos analisados para o verão de 2011 apresentaram correlação significativa (ρ maior que 0,4) com a temperatura, enquanto 11 lagos responderam significativamente para precipitação. Os lagos atingem a área máxima de superfície líquida no final de fevereiro e congelam completamente no início de abril. O cenário de variação espacial da frente da geleira Collins revela a continuidade do processo de retração para as próximas décadas, com perda de 35% de sua área até 2070. No primeiro momento, a retração na zona proglacial formará uma área instável com alta quantidade de sedimentos nos canais. A fixação da vegetação contribuirá nessa fase para aumento da infiltração de água de degelo no solo (formação de alagados), aumento da força e cisalhamento do solo até que a paisagem atinja uma fase estável, com indícios de atividade periglacial entre 2050 e 2070. / Glaciers are sensitive indicators of climate change, those marginal and proglacial areas show several changes due to glaciers retraction. Having this in mind, this thesis proposes a hydrological and geomorphological development model for the proglacial zone of a glacier in the south of the King George island, South Shetland Islands, Antarctica in the period between the Little Ice Age and 2017. The relief compartmentation and proglacial geomorphological mapping was done using a Digital Elevation Model generated from TanDEM-X images and a QuickBird image from 2008, in addition to field sediment samples. For the characterization of the ice phenology of the proglacial lakes surface, a correlation of the net surface area, obtained from 2011 TerraSAR X images, was made with temperature, precipitation and wind variables. The evolution of the glacier (locally called Collins Glacier) until 2070 was elaborated using the methodology by Ruckamp et al. (2011). The compartments in the peninsula where the glacier is located (Fildes Peninsula) are plateaus and depressions that have U paleovalley sand amphitheatre valleys as main forms later reworked by melting channels and intemperic processes. The proglacial area is not homogeneous and the glacier front has different environments that were mapped in this thesis in sectors. The glacier eastern sectors are the most dynamic ones, as they have several melting water channels, features like flutings and moraines of recession. In the scenario for the future behaviour of the glacier, it is possible that these areas that will be the first ones to present retraction, until 2030 It is probable that in the future, with the retraction of the glacier, due to the configuration of the subglacial relief, there will be formation of lakes, flooded areas and channels in their more concave portions and more time for operation of the paraglacial processes. The sectors orientated to the Drake Passage indicate an active glacial system with capacity to transport material of different sizes and quantity. In the future this area, due to subglacial relief and hydrology, probably will not have the formation of lakes and features like flutings or moraines of recession, characterizing itself as more stable. Regarding the current lake formation, 7 of the 15 lakes analysed for the 2011 summer presented a significant correlation (ρ greater than 0.4) with temperature, while 11 lakes responded significantly to precipitation. The lakes reached the maximum net surface area at the end of February and frozen completely at the beginning of April. The spatial variation scenario of the Collins Glacier front reveals the continuity of the retraction process for the coming decades, with a loss of 35% of its area by 2070. At the first moment, the retraction in the proglacial zone will form an unstable area with a high amount of sediments in the channels. In this phase, vegetation fixation will increase the infiltration of melting water into the soil (formation of floodwaters), increase of soil strength and shear until the landscape reaches a stable phase, with indications of periglacial activity between 2050 and 2070.

As geleiras são indicadores sensíveis às mudanças climáticas, aquelas áreas marginais à geleira e proglaciais apresentam várias mudanças decorrentes da retração das geleiras. Dessa forma, esta tese propõe um modelo de desenvolvimento hidrológico e geomorfológico da zona proglacial de uma geleira no sul da ilha Rei George, ilhas Shetland do Sul, Antártica no período desde a Pequena Idade do Gelo até 2017. A compartimentação do relevo e mapeamento geomorfológico proglacial foi feito a partir de Modelo Digital de Elevação gerado a partir de imagens TanDEM-X e de uma imagem QuickBird de 2008, além de coletas de sedimentos em campo. Já para a caracterização da fenologia de gelo da superfície de lagos proglaciais, foi feita uma correlação da área de superfície líquida, obtida em imagens TerraSAR X de 2011, com as variáveis temperatura, precipitação e vento. O cenário de evolução da geleira (chamada localmente de geleira Collins) até 2070 foi elaborado a partir de metodologia de Ruckamp et al. (2011). Os compartimentos na península onde encontra-se a geleira (península Fildes) são planaltos e depressões que possuem como principais formas associadas paleovales em U e vales em anfiteatro que foram posteriormente retrabalhados por canais de degelo e processos intempéricos. A área proglacial não é homogênea e a frente da geleira apresentou distintos ambientes que foram mapeados nessa tese em setores. Os setores do lado leste são os mais dinâmicos da geleira, pois além de apresentar vários canais de água de degelo, tem feições como flutings e morainas de recessão. No cenário do comportamento da geleira para o futuro, são justamente essas áreas que deverão ser as primeiras a apresentarem retração, até 2030 É provável que no futuro, com a retração da geleira, devido a configuração do relevo subglacial, haverá formação de lagos, alagados e canais nas suas porções mais côncavas e mais tempo de atuação dos processos paraglaciais. Os setores voltados para a passagem de Drake indicam um sistema glacial ativo com capacidade de transporte de material de diferentes tamanhos e quantidade. No futuro essa área, devido ao relevo subglacial e hidrologia, provavelmente não terá a formação de lagos e feições como flutings ou morainas de recessão, se caracterizando como mais estável. Quanto a formação atual dos lagos, 7 dos 15 lagos analisados para o verão de 2011 apresentaram correlação significativa (ρ maior que 0,4) com a temperatura, enquanto 11 lagos responderam significativamente para precipitação. Os lagos atingem a área máxima de superfície líquida no final de fevereiro e congelam completamente no início de abril. O cenário de variação espacial da frente da geleira Collins revela a continuidade do processo de retração para as próximas décadas, com perda de 35% de sua área até 2070. No primeiro momento, a retração na zona proglacial formará uma área instável com alta quantidade de sedimentos nos canais. A fixação da vegetação contribuirá nessa fase para aumento da infiltração de água de degelo no solo (formação de alagados), aumento da força e cisalhamento do solo até que a paisagem atinja uma fase estável, com indícios de atividade periglacial entre 2050 e 2070. / Glaciers are sensitive indicators of climate change, those marginal and proglacial areas show several changes due to glaciers retraction. Having this in mind, this thesis proposes a hydrological and geomorphological development model for the proglacial zone of a glacier in the south of the King George island, South Shetland Islands, Antarctica in the period between the Little Ice Age and 2017. The relief compartmentation and proglacial geomorphological mapping was done using a Digital Elevation Model generated from TanDEM-X images and a QuickBird image from 2008, in addition to field sediment samples. For the characterization of the ice phenology of the proglacial lakes surface, a correlation of the net surface area, obtained from 2011 TerraSAR X images, was made with temperature, precipitation and wind variables. The evolution of the glacier (locally called Collins Glacier) until 2070 was elaborated using the methodology by Ruckamp et al. (2011). The compartments in the peninsula where the glacier is located (Fildes Peninsula) are plateaus and depressions that have U paleovalley sand amphitheatre valleys as main forms later reworked by melting channels and intemperic processes. The proglacial area is not homogeneous and the glacier front has different environments that were mapped in this thesis in sectors. The glacier eastern sectors are the most dynamic ones, as they have several melting water channels, features like flutings and moraines of recession. In the scenario for the future behaviour of the glacier, it is possible that these areas that will be the first ones to present retraction, until 2030 It is probable that in the future, with the retraction of the glacier, due to the configuration of the subglacial relief, there will be formation of lakes, flooded areas and channels in their more concave portions and more time for operation of the paraglacial processes. The sectors orientated to the Drake Passage indicate an active glacial system with capacity to transport material of different sizes and quantity. In the future this area, due to subglacial relief and hydrology, probably will not have the formation of lakes and features like flutings or moraines of recession, characterizing itself as more stable. Regarding the current lake formation, 7 of the 15 lakes analysed for the 2011 summer presented a significant correlation (ρ greater than 0.4) with temperature, while 11 lakes responded significantly to precipitation. The lakes reached the maximum net surface area at the end of February and frozen completely at the beginning of April. The spatial variation scenario of the Collins Glacier front reveals the continuity of the retraction process for the coming decades, with a loss of 35% of its area by 2070. At the first moment, the retraction in the proglacial zone will form an unstable area with a high amount of sediments in the channels. In this phase, vegetation fixation will increase the infiltration of melting water into the soil (formation of floodwaters), increase of soil strength and shear until the landscape reaches a stable phase, with indications of periglacial activity between 2050 and 2070.