Abstract Our understanding of how global climatic changes are translated into ice-sheet fluctuations and sea-level change is currently limited by a lack of knowledge of the configuration of ice sheets prior to the Last Glacial Maximum (LGM). Here, we compile a synthesis of empirical data and numerical modelling results related to pre-LGM ice sheets to produce new hypotheses regarding their extent in the Northern Hemisphere (NH) at 17 time-slices that span the Quaternary. Our reconstructions illustrate pronounced ice-sheet asymmetry within the last glacial cycle and significant variations in ice-marginal positions between older glacial cycles. We find support for a significant reduction in the extent of the Laurentide Ice Sheet (LIS) during MIS 3, implying that global sea levels may have been 30–40 m higher than most previous estimates. Our ice-sheet reconstructions illustrate the current state-of-the-art knowledge of pre-LGM ice sheets and provide a conceptual framework to interpret NH landscape evolution.

The North American Ice Sheet Complex (NAISC; consisting of the Laurentide, Cordilleran and Innuitian ice sheets) was the largest ice mass to repeatedly grow and decay in the Northern Hemisphere during the Quaternary. Understanding its pattern of retreat following the Last Glacial Maximum is critical for studying many facets of the Late Quaternary, including ice sheet behaviour, the evolution of Holocene landscapes, sea level, atmospheric circulation, and the peopling of the Americas. Currently, the most up-to-date and authoritative margin chronology for the entire ice sheet complex is featured in two publications (Geological Survey of Canada Open File 1574 [Dyke et al., 2003]; ‘Quaternary Glaciations – Extent and Chronology, Part II’ [Dyke, 2004]). These often-cited datasets track ice margin recession in 36 time slices spanning 18 ka to 1 ka (all ages in uncalibrated radiocarbon years) using a combination of geomorphology, stratigraphy and radiocarbon dating. However, by virtue of being over 15 years old, the ice margin chronology requires updating to reflect new work and important revisions. This paper updates the aforementioned 36 ice margin maps to reflect new data from regional studies. We also update the original radiocarbon dataset from the 2003/2004 papers with 1541 new ages to reflect work up to and including 2018. A major revision is made to the 18 ka ice margin, where Banks and Eglinton islands (once considered to be glacial refugia) are now shown to be fully glaciated. Our updated 18 ka ice sheet increased in areal extent from 17.81 to 18.37 million km2, which is an increase of 3.1% in spatial coverage of the NAISC at that time. Elsewhere, we also summarize, region-by-region, significant changes to the deglaciation sequence. This paper integrates new information provided by regional experts and radiocarbon data into the deglaciation sequence while maintaining consistency with the original ice margin positions of Dyke et al. (2003) and Dyke (2004) where new information is lacking; this is a pragmatic solution to satisfy the needs of a Quaternary research community that requires up-to-date knowledge of the pattern of ice margin recession of what was once the world’s largest ice mass. The 36 updated isochrones are available in PDF and shapefile format, together with a spreadsheet of the expanded radiocarbon dataset (n = 5195 ages) and estimates of uncertainty for each interval.

This paper presents a comprehensive review and synthesis of ice streams in the Laurentide Ice Sheet (LIS) based on a new mapping inventory that includes previously hypothesised ice streams and includes a concerted effort to search for others from across the entire ice sheet bed. The inventory includes 117 ice streams, which have been identified based on a variety of evidence including their bedform imprint, large-scale geomorphology/topography, till properties, and ice rafted debris in ocean sediment records. Despite uncertainty in identifying ice streams in hard bedrock areas, it is unlikely that any major ice streams have been missed. During the Last Glacial Maximum, Laurentide ice streams formed a drainage pattern that bears close resemblance to the present day velocity patterns in modern ice sheets. Large ice streams had extensive onset zones and were fed by multiple tributaries and, where ice drained through regions of high relief, the spacing of ice streams shows a degree of spatial self-organisation which has hitherto not been recognised. Topography exerted a primary control on the location of ice streams, but there were large areas along the western and southern margin of the ice sheet where the bed was composed of weaker sedimentary bedrock, and where networks of ice streams switched direction repeatedly and probably over short time scales. As the ice sheet retreated onto its low relief interior, several ice streams show no correspondence with topography or underlying geology, perhaps facilitated by localised build-up of pressurised subglacial meltwater. They differed from most other ice stream tracks in having much lower length-to-width ratios and have no modern analogues. There have been very few attempts to date the initiation and cessation of ice streams, but it is clear that ice streams switched on and off during deglaciation, rather than maintaining the same trajectory as the ice margin retreated. We provide a first order estimate of changes in ice stream activity during deglaciation and show that around 30% of the margin was drained by ice streams at the LGM (similar to that for present day Antarctic ice sheets), but this decreases to 15% and 12% at 12 cal ka BP and 10 cal ka BP, respectively. The extent to which these changes in the ice stream drainage network represent a simple and predictable readjustment to a changing mass balance driven by climate, or internal ice dynamical feedbacks unrelated to climate (or both) is largely unknown and represents a key area for future work to address.

The Younger Dryas (YD; 12.9 to 11.7 thousand years before present [ka]) was an abrupt cooling event in the North Atlantic region that interrupted the last deglaciation. This interval is an important analogue for ice inception and provides key insights into the impacts of millennial-scale climatic excursions on the broad Earth System. However, the effect of YD cooling on North American ice sheets – by far the largest ice masses in the Northern Hemisphere at that time – is poorly understood. Here, we document our current level of knowledge in ice margin behavior (stabilization, advance or continued retreat) that occurred to North American ice sheets during the YD interval. We assign a quality score for each segment of the YD ice margin that takes into account (i) our degree of confidence in the YD ice position (e.g. whether prominent moraines were formed) and (ii) the quality of chronological control on the ice position (e.g. assumed vs. directly dated). We divide the North American ice sheets into 11 regions and discuss changes in behavior during the YD interval. In some cases, our level of knowledge on the local YD ice margin behavior and chronological control is good (e.g. Ten Mile Lake moraine [Newfoundland], Collins Pond Phase [Atlantic Canada], Grand Marais I moraine, Dog Lake moraine, Hartman-Lac Seul moraine [all in the region of Lake Superior], and Cree Lake moraine [northern Saskatchewan]). In other cases, our knowledge is poor, and the ice margin behavior and age assignment are inferred or interpolated across the broad region. We also bring together paleoclimate data from 155 sites (largely lakes, ponds and peatlands) situated near the YD ice margin to provide additional context for any local or regional climate variations during that interval and to explore potential linkages between cooling and nearby ice margin behavior. We finish by discussing YD ice sheet response in other areas (ie. Greenland and Fennoscandia); outlining the possible mechanisms for YD cooling; delving into numerical modelling through the YD interval and suggesting future improvements in empirical and numerical approaches.