НАУЧНЫЕ №ШШШШ
Изменения толщины и гидротермической структуры ледника Фритьоф
с 1977 по 2005 год
Е.В. Василенко1, А.Ф. Глазовский2, И.И. Лаврентьев2, Ю.Я. Мачерет2, Ф.Х. Наварро3
1НПО «Академприбор», Ташкент; 2Институт географии РАН, Москва; ^Мадридский политехнический университет
Статья поступила в редакцию 29 декабря 2005 г. Представлена членом редколлегии В.Н. Голубевым
Сравнение скоростей распространения радиоволн в толще ледника Фритьоф и данных радиопрофилирования, полученных до и после его подвижки, показало существенные изменения толщины и гидротермической структуры ледника.
Введение
Широкое распространение двухслойных (политермических) ледников на Шпицбергене выявлено по данным аэрорадиозондирования, полученным на частотах 60, 440 и 620 МГц в 1974-1984 гг. экспедициями Института географии АН СССР, Великобритании и Норвегии [9, 12-15, 19, 20, 22, 23, 26]. Эти ледники состоят из верхнего слоя холодного льда и нижнего слоя теплого водосодержащего льда. Индикатором таких ледников служат внутренние радиолокационные отражения от границы раздела слоев, прослеживающиеся на радарных записях на значительном протяжении. Было также установлено, что большинство из них в прошлом испытывали резкие подвижки — сёрджи [4, 12, 25, 26] и в настоящее время имеют зимний внутриледнико-вый сток [12].
Впервые внутренние радиолокационные отражения были обнаружены и идентифицированы в 1974-1975 гг. на леднике Фритьоф, расположенном в 20 км от поселка Баренцбург [13]. Этот ледник оказался одним из пяти на Шпицбергене, где дважды за последние два столетия наблюдались резкие подвижки. На леднике Фритьоф они произошли в 1860-х годах и в начале 1990-х годов. После по-
движки, завершившейся в 1997 г., фронт ледника продвинулся на 2,5 км, и общая длина ледника достигла 13 км [30].
Перед началом второй подвижки и после нее на леднике Фритьоф был проведен комплекс радиолокационных, радиофизических и геодезических измерений, позволивший определить его геометрию (высоту поверхности и толщину льда), скорость движения льда и гидротермическую структуру, включая содержание воды в слое теплого льда. В частности, в 1977 и 1988 гг. были выполнены наземные измерения толщины льда [3, 5, 16, 24], а в 1988 и 1997 гг. — измерения высоты поверхности ледника геодезическим методом [5, 8] и в 1996-2002 гг. — путем лидарных измерений с самолета [21]. Кроме того, в 1977, 1979 и 1988 гг. была измерена скорость распространения радиоволн в районе ледораздела ледника (точка 1а) и в 2 км от него (точка 2а) [1, 2, 5, 10, 11, 14, 16, 27, 29] и по радиоинтерференционным спутниковым изображениям определена скорость движения ледника в период между 1991 и 1997 гг. [30]. Сравнение данных геодезических измерений 1988 г. с топографической картой, полученной по данным аэрофотосъемки 1936 г., позволило определить изменение высоты поверхности ледника Фритьоф за период с 1936 по 1988 гг. и
выявить области ее наибольших изменений [12]. Положение профилей и точек радиолокационных измерений 1977, 1978 и 1979 гг. показано на рис. 1.
Новые данные о геометрии, гидротермической структуре и динамике ледника Фритьоф были получены в августе 2005 г. в результате наземных радиолокационных, геодезических и GPS измерений на поперечных профилях А1-А2 и В1-В2 в районе ледо-раздела, в 2 км от фронта ледника и на его продольном профиле Б1-Б2 длиной 12 км, а также измерений скорости распространения радиоволн в точках
1б и 2б и скорости движения льда на нижнем поперечном профиле В1-В2 (см. рис.1).
На основе указанных данных получены сведения, характеризующие изменения геометрии и гидротермической структуры ледника Фритьоф до его подвижки и после нее и их связь с динамикой ледника за эти периоды. Мы полагаем, что проведенные исследования могут дать ключ к пониманию механизма резких подвижек политермических ледников на архипелаге Шпицберген и в других районах современного оледенения.
Рис. 1. Исследования ледника Фритьоф до его подвижки (1977—1988 гг.) и после нее (2005 г.): наземные измерения толщины льда с помощью локаторов РЛС-620, 1977 г. [16] (1), РЛС-620, 1988 г. [5] (2), МПИ-8, 1988 г. [5] (3), ВИРЛ-6, 2005 г. (4); измерения высоты поверхности ледника геодезическим методом, 1988 г. [3, 5, 12 ] (5) и скорости распространения радиоволн: сравнение данных радиозондирования и бурения, точка 1а, 1977 г. [16], радиолокационный каротаж скважины, точка 2а, 1979 г. [10, 11, 27], наклонное радиозондирование, точка 2а, 1988 г. [5], наклонное радиозондирование, точки 1б и 2б, 2005 г. (6); изолинии высоты поверхности ледника по данным геодезических измерений 1988 г. [3, 5, 12] (7) Fig. 1. Studies of Fridtjovbreen before (1977-1988) and after (2005) its surge. Ground-based ice thickness measurements: 1 using radars RLS-620, 1977 [16] (1), RLS-620, 1988 [5] (2), MPI-8, 1988 [5] (3), VIRL-6, 2005 (4); geodetic glacier surface elevation measurements, 1988 [3, 5, 12] (5); radio wave velocity measurements: comparison of radar and borehole data, site 1a, 1977 [16] (6), radar logging of a borehole at site 2a, 1979 [10,11, 27], wide-angle radar measurements using common mid-point method, sites 1б and 2б, 2005 (6); contour lines of glacier surface elevation by data of geodetic measurements in 1988 [3, 5, 12] (7)
Аппаратура и методика измерений
С 4 по 14 августа 2005 г. с помощью моноимпульсного цифрового локатора ВИРЛ-6 с центральной частотой 20 МГц [1] были выполнены наземные радиолокационные измерения на продольном профиле Б1-Б2 длиной около 8 км, который идет от ле-дораздела до зоны трещин в 2 км от фронта ледника, на поперечном профиле А1-А2 длиной около 1,2 км на ледоразделе и на поперечном профиле В1-В2 длиной около 1 км в 4 км от фронта ледника, а также измерения скорости распространения радиоволн методом наклонного радиозондирования с общей глубинной точкой (ОГТ) в 4 км от ледораздела (точка 1б) и на ледоразделе (точка 2б). Кроме того, для определения расхода льда из ледника в море на поперечном профиле В1-В2, выше зоны сильной трещиноватос-ти, с 4 по 18 августа 2005 г. геодезическим методом (нивелирование) была измерена скорость движения ледника по смещению 17 реек.
Передающий и приемо-регистрирующий блоки локатора ВИРЛ-6 были смонтированы на двух пластиковых санях. Для питания аппаратуры использованы два 12-вольтовых аккумулятора, а для их подзарядки — две солнечные батареи. Сани по леднику транспортировались вручную.
Скорость распространения радиоволн измерена методом наклонного радиозондирования ОГТ в двух точках, положение которых выбрано с учетом данных, полученных на коротких (длиной 500 м) профилях в районе измерений скорости радиоволн в 1977, 1978 и 1979 гг. (см. рис. 1). Расстояние между приемной и передающей антеннами изменялось с шагом 2,5 м и при максимальном разносе приемника и передатчика равнялось 480 м, т.е. всей длине оптоволоконного синхронизирующего кабеля. Измерения сопровождались нивелирной съемкой относительных высот поверхности ледника на профилях с шагом 25 м.
Кроме того, с помощью локатора ВИРЛ-6 были получены радиолокационные разрезы строения и толщины ледника. Эти измерения выполнены с интервалом 2 с и одновременной регистрацией высоты и координат точек зондирования с помощью GPS-прием-ника Garmin GPS II Plus. Для синхронизации передающего и приемо-регистрирующего устройств использован оптоволоконный кабель длиной 12 м. Общая длина профилей зондирования составила 15,3 км.
Работы на леднике выполнялись с базированием в лагере, расположенном на правой боковой морене ледника в 6 км от ледораздела с ледником Восточный Грёнфьорд. Подготовка к полевым работам и предварительная обработка полученных данных выполнялась на базе экспедиции в поселке Баренцбург с 26 июля по 26 августа 2005 г.
Результаты исследований 2005 г.
Примеры радарных записей, полученных на поперечном профиле А1-А2 и на продольном профиле Б1-Б2, приведены на рис. 2. На них отчетливо видны отражения от ложа (В) и приповерхностных трещин и водотоков (С).
Изменения толщины ледника Фритьоф до и после подвижки. Изменения толщины ледника Фритьоф в районе ледораздела и по продольному профилю за 1977—2005 гг. установлены по данным наземного радиозондирования 1977 г. с использованием локатора РЛС-620 [16] и 1988 г. с помощью локаторов МПИ-8 и РЛС-620 [5, 12, 24], а также 2005 г. (локатор ВИРЛ-6) (рис. 3—5). Сравнение данных повторных радиолокационных измерений показывает, что с 1977/78 по 2005 г. заметные изменения толщины льда произошли на всей
площади ледника. Из рис. 3 и 4 следует, что наиболее значительно (до 200 м) толщина уменьшилась в верхней части ледника, до расстояния примерно 8 км от его ледораздела; в нижней части она, наоборот, увеличилась, но всего примерно на 50 м.
Изменение гидротермической структуры ледника Фритьоф с 1977по 2005 гг. характеризуют данные наземного радиозондирования и радиофизических исследований, выполненных в 1977, 1979, 1988 [2, 5, 10—12, 16, 17] и 2005 гг. Результаты радиофизических исследований 1977—1988 гг. и 2005 г. обобщены в табл. 1. Как видно из таблицы, с 1977 по 2005 г. толщина льда на ледоразделе уменьшилась примерно на 80 м, а в 3 км от ледораздела с 1988 по 2005 г. — на 110 м. С 1977 по 2005 г. произошли также заметные изменения гидротермической структуры ледника Фритьоф и содержания воды во всей толще ледника и в слое теплого льда — на это указывают данные измерений скорости распространения радиоволн, приведенные в табл. 1. В частности, на ледоразделе (точки 1а и 1б) средняя скорость распространения радиоволн V увеличилась от 161,4 м/мкс в июле 1977 г. до 165,0 м/мкс в августе 2005 г., а на расстоянии 3 км от ледораздела (точки 2а и 2б) возросла от 169,6±2,1 м/мкс
Рис. 2. Примеры радарных записей, полученных в 2005 г. цифровым локатором ВИРЛ-6 на поперечном профиле А1-А2 в районе ледораздела (а) и на продольном профиле Б1-Б2 (б). Положение профиля показано на рис. 1. Горизонтальная шкала — номера трасс, вертикальная шкала — время запаздывания отраженных сигналов, мкс: Т — зондирующий импульс, В — отражения от ложа, C — отражения от приповерхностных т
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.