Лёд и Снег • 2014 • № 1 (725)
Ледники и ледниковые покровы
УДК 551.321.61
Изменение гидротермической структуры ледников Восточный Гренфьорд и Фритьоф
на Шпицбергене
© 2014 г. Е.В.Василенко1, А.Ф. Глазовский2, И.И. Лаврентьев2, Ю.Я. Мачерет2
1Институт «Академприбор» НАН Узбекистана, Ташкент; 2Институт географии РАН, Москва
macheret2011@yandex.ru
Статья принята к печати 30 октября 2013 г.
Вода в ледниках, гидротермическая структура, радиозондирование ледников, Шпицберген.
Hydrothermal structure, radio-echo sounding of glaciers, Svalbard, water content in glaciers.
Приведены результаты радиозондирования ледников Восточный Гренфьорд и Фритьоф на западе Земли Норденшельда (Шпицберген), полученные весной 2010-2013 гг. Установлено, что сейчас оба ледника - политермические. В леднике Восточный Гренфьорд доля холодного и тёплого льда равна соответственно 83 и 17%, а в леднике Фритьоф - 26 и 74%. Содержание воды в тёплом льде, оцененное по скорости распространения радиоволн, составляет 2-5%. Её объём в леднике Восточный Гренфьорд равен около 1,8^4,5-10-3 км3, а в леднике Фритьоф - 74^85-10-3 км3. Сравнение с данными 1979 г. показало, что за последние 33 года средняя толщина холодного льда в леднике Восточный Гренфьорд уменьшилась примерно на 34 м, а тёплого - на 9 м. В леднике Фритьоф холодный лёд стал тоньше на 87 м, а тёплый, наоборот, стал толще на 48 м. Такие различия в изменениях гидротермической структуры соседних ледников при примерно одинаковом сокращении их общей толщины на 35-45 м могут быть связаны с тем, что изменения на леднике Восточный Гренфьорд происходили на фоне его сокращения в условиях потепления климата, а на леднике Фритьоф такие же изменения дополнительно осложнялись его подвижкой в 1991-1997 гг.
Введение
Архипелаг Шпицберген — один из районов полярного оледенения, где, по данным радиозондирования, широко распространены политермические ледники, состоящие из верхнего слоя холодного льда и нижнего слоя тёплого водосодер-жащего льда. Большинство таких ледников идентифицировано по данным аэрорадиозондирования, выполненного в 1974—1984 гг. на частотах 60, 440 и 620 МГц [13, 14, 18, 20, 28, 32, 33]. Качественным индикатором таких ледников служат заметные различия в характере радиолокационных отражений из их толщи [13]: отсутствие внутренних отражений в холодном льде (за исключением отражений от погребённых трещин, каналов и колодцев); сильное рассеяние радиоволн на включениях воды в тёплом льде; внутренний отражающий горизонт (ВОГ) (IRH — internal reflecting horizon), соответствующий поверхности раздела холодного и тёплого льда (CTS - cold-temperate surface) по
данным термозондирования скважин [29, 37, 40]. К количественному индикатору относится разная скорость распространения радиоволн в холодном и тёплом льде — соответственно больше и меньше 168 м/мкс [1, 34, 35].
На Шпицбергене отражения от внутреннего отражающего горизонта, связанные с поверхностью раздела холодного и тёплого льда, впервые были обнаружены в 1975 г. на леднике Фритьоф по данным аэрорадиозондирования на частоте 440 МГц [7]. На значительном протяжении этого ледника чёткие отражения от ВОГ наблюдались также в 1979 и 1980 гг. по данным аэрорадиозондировании на частотах 620 МГц [14] и 60 МГц [21] и в 1988 г. при наземном зондировании на частоте 620 МГц [3]. Однако они не были обнаружены летом 2005 г. при наземном радиозондировании на частоте 20 МГц [2, 6, 24, 30]. На леднике Фритьоф связь ВОГ с СТ^ подтверждена прямыми измерениями температуры льда в двух глубоких сква-
жинах [11, 29], по скоростям распространения радиоволн при сравнении данных радиозондирования и бурения [8], с помощью радиолокационного каротажа одной из скважин [9, 12].
Важный вопрос исследования политермических ледников — возможная долговременная перестройка их внутреннего строения в связи с климатическими и динамическими причинами. Чтобы изучить его, в 2010—2012 гг. мы провели новые наземные радиолокационные измерения на ледниках Восточный Гренфьорд и Фритьоф на частоте 20 МГц, которые дают возможность сопоставить их современную гидротермическую структуру с её состояниями, установленными по исследованиям прошлых лет. В настоящей статье на основе новых радиолокационных данных оцениваются: 1) толщина и объём этих ледников; 2) толщина и объём холодного и тёплого льда и их доли в общем объёме ледников; 3) запасы воды в тёплом льде; 4) изменения гидротермической структуры этих ледников по сравнению с данными аэрорадиозондирования 1979 г. на частоте 620 МГц.
Объекты исследований
Ледники Восточный Гренфьорд и Фритьоф расположены на западе Земли Норденшельда на о. Шпицберген и образуют перемётную систему, общей протяжённостью около 17 км (рис. 1). Ледник Восточный Гренфьорд, длиной около 5,3 км, оканчивается на суше и в последние десятилетия испытывает заметное сокращение как в результате смещения ледораздела на 550 м из-за подвижки ледника Фритьоф, так и за счёт отступания края ледника. Его язык с 1936 по 1990 г. отступил на 0,55 км, а с 1990 по 2012 г. — на 0,7 км, т.е. скорости отступания возросли втрое — с 10,2 до 33,3 м/год. Ледник Фритьоф, длиной около 12 км, частично оканчивается в море и относится к пульсирующему типу. Он испытывал подвижки в 1861—1862 гг. и, возможно, в 1898 и в начале 1990-х годов. В резуль-
Рис. 1. Положение ледников Восточный Гренфьорд (Г) и Фритьоф (Ф) на архипелаге Шпицберген — а и ледники на западе Земли Норденшельда в 2007 г. - б; западная и восточная ветви ледника Фритьоф в 2010 г. после его подвижки в 1990-х годах - в (фото В. Кобзаря):
1 - Восточный Гренфьорд; 2а - западная ветвь ледника Фритьоф; 2б - восточная ветвь ледника Фритьоф Fig. 1. Location map of Austre Gr0nfjordbreen (Г) and Fridtjov-breen (Ф) glaciers in Svalbard - a; glaciers of western Nordenskiold Land in 2007 - б; the western and eastern branches of Fridtjov-breen in 2010 after its surge in 1990-s - в (photo by V Kobzar): 1 - Austre Gronfjordbreen; 2а - the western branch of Fridtjov-breen; 26 - the eastern branch of Fridtjovbreen
тате последней подвижки его ледораздел сместился на 550 м в сторону ледника Восточный Гренфьорд, а его фронт с 1990 по 1997 г. продвинулся во фьорд на 2,8 км. Затем он стал отступать, но к 2005 г. всё ещё был на 1800 м дальше, чем в 1990 г. Объём ледника в 1969 г. оценивался в 6 км3, в 1990 г. — около 5,7 км3, а в 2005 г. - около 4,8 км3 льда [10, 23, 36].
Восточный Гренфьорд
Радиолокационные измерения
В 2010—2012 гг. для измерений применялись моноимпульсные локаторы ВИРЛ-6 и ВИРЛ-7 с центральной частотой 20 МГц и длительностью зондирующего импульса около 0,25 нс. Оба локатора снабжены системой цифровой регистрации радарных и GPS-данных с интервалом 1—2 м с точностью плановой привязки около 5 м во время транспортировки локаторов по леднику с помощью снегохода со скоростью 5—10 км/ч. Использовались соответственно 8- и 12-разрядные аналогоцифро-вые преобразователи с периодом дискретизации 2,5 нс. На леднике Восточный Гренфьорд общая длина профилей зондирования составила 53 км, на леднике Фритьоф — 180 км (рис. 2).
Обработка данных наземного радиозондирования. Для обработки данных наземного радиозондирования использовался разработанный компанией Deco Geophysica пакет программ RadexPro Plus [5] с применением модулей Amplitude Correction, Bandpass Filtering, Apply Statics, Picking, Diffraction, SSAA, Stolt-FK Migration. Первые два модуля служили для лучшей визуализации радарных записей; модуль Apply Statics — для введения статической поправки в начало зондирующих импульсов; Picking — для оцифровки времени запаздывания сигналов в интерактивном режиме отражённых волн от ложа и ВОГ; Diffraction - для оценки скорости распространения радиоволн в леднике по характерным гиперболическим отражениям; SSAA — для измерения мощности отражённых сигналов из толщи ледника; Stolt-FK Migration — для миграции радарных записей с применением Фурье-анализа, позволяющего уточнить толщину льда и геометрию ложа за счёт коррекции положения боковых отражений. Эта процедура даёт удовлетворительные результаты, если поверхность наблюдения горизонтальная, профили измерений или их участки прямолинейны и измерения выполняются равномерно, т.е. расстояние между точками радарных измерений одинаково. Примеры радарных записей с локатором ВИРЛ-6 на леднике Восточный Гренфьорд до и после процедуры миграции и без учёта и с учётом геометрии поверхности ледника приведены на рис. 3.
Рис. 2. Наземные радиолокационные измерения 2010— 2012 гг. на ледниках Восточный Гренфьорд и Фритьоф на частоте 20 МГц — голубые линии и примерное положение продольного профиля аэрорадиозондирования 1979 г. на частоте 620 МГц — белая линия, см. также рис. 10. Красным цветом выделен участок а—б, показанный на рис. 3; положение края ледников в 1979 г. отмечено вверху и внизу профиля красными линиями, в 2012 г. — зелёными линиями; положение ледораздела в 2012 г. обозначено жёлтой звездочкой Fig. 2. Ground-based 20 MHz radar measurements of 2010— 2012 at Austre Granfjordbreen and Fridtjovbreen glaciers — blue lines and the approximate position of the longitudinal airborne 620 MHz track of 1979 — white line, see also Fig. 10. Red-color section a—б shown in Fig. 3; terminus position of glaciers in 1979 — red lines, in 2012 — green lines; ice divide position in 2012 is indicated by asterisk
На исходной и мигрированной на частоте 20 МГц записях видны чёткие отражения от ложа и от границы раздела между верхней толщей льда, где внутренних отражений нет, и нижней толщей, где видно множество гиперболических отраже-
Рис. 3. Пример исходных (а) и мигрированных с учётом геометрии поверхности (б) радарных записей, полученных в 2010 г. с локатором ВИРЛ-6 на частоте 20 МГц вдоль продольного профиля ледника Восточный Гренфьорд. Отражения от ложа и поверхности раздела холодного и тёплого льда (CTS) показаны соответственно зелёным и красным цветом; положение профиля дано на рис. 2 Fig. 3. An example of the original (a) and migrated (б) radaro-grams recorded with 20 MHz VIRL-6 monopulse radar along the Austre
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.