Особенности корреляции по глубине и простиранию динамических свойств ледникового покрова Восточной Антарктиды в интервале глубин 0-450 м
А.Н. Марков
Санкт-Петербургский государственный горный институт
Статья поступила в редакцию 28 апреля 2006 г. Представлена к печати И.А Зотиковым
На основе наблюдений за пространственным положением четырех скважин на профиле Восток — Восток-1 — Пионерская — Мирный рассматривается динамика ледникового покрова как сложной слоисто-пластовой структуры, существенно дифференцированной по глубине и сходной по простиранию.
В предлагаемой работе приводится фактологическое обоснование необходимости рассматривать динамику толщи ледникового покрова Антарктиды как процесс, аналогичный течению значительных геологических масс вещества, рассредоточенных на поверхности Земли. Теоретические представления о динамике масс льда предполагают ее изменение внутри ледникового покрова Антарктиды в зависимости от глубины в соответствии с изменением реологических свойств льда [2, 3, 8, 9], главным образом в результате повышения его температуры с глубиной [6, 9, 13], что приводит к увеличению пластичности льда и изменению характеристик потока. Влияние на динамические свойства льда могут оказывать также особенности его пылевого состава и структурного строения, не связанные с температурой [2, 5, 9]. Перечисленные факторы определяются как условиями существования льда внутри покрова, так и условиями его формирования в приповерхностной зоне.
Вполне очевидно, что отличия в структуре и составе слоев льда, палеоклиматическая ситуация на поверхности в период образования каждого из них, а также различные условия существования слоев внутри ледникового покрова могут быть причиной вариаций их динамических свойств и параметров течения.
Первичные фактические данные и методика их
обработки
В [12] были опубликованы результаты исследований динамики ледникового покрова в интервале глубин 0—200 м. Анализ динамики ледникового покрова до глубины 450 м выполнен на основе наблюдений, проведенных в четырех скважинах, пробуренных в Восточной Антарктиде на большом удалении друг от друга на профиле Мирный — Пионерская — Восток-1 — Восток общей протяженностью 1402 км (более подробно см. [12]).
Для каждой скважины в соответствии с методикой, разработанной в Ленинградском горном институте в 1986—1989 гг. [4], были вычислены функции F(i) — параметры динамики ледникового покрова в зависимости от их изменения с глубиной: V ,
Vотн Н1 — скорость течения (м/год) горизонта наблюдений относительно точки устья скважины (0 м) на поверхности ледникового покрова и относительно лежащего выше горизонта наблюдений при интервале глубины между ними 10 или 20 м; АзМаг Vотн уст , АзМагVотн н_1 — магнитный азимут течения (град.) горизонта наблюдений относительно точки устья скважины и относительно лежащего выше горизонта при интервале глубины между ними 10 или 20 м.
Параметры векторов скорости горизонтов наблюдений вычислены относительно системы координат, начало которой расположено в точке 0 м — устье скважины. Движение системы координат относительно коренных пород не учитывалось, т.е. определены векторы течения горизонтов наблюдений относительно поверхности ледникового покрова без учета движения относительно Земли.
Погрешность вычисленных параметров, осред-ненная для интервала глубин 0—450 м в соответствии с методикой [4], составляет: для Vотнyст (относительно поверхности) ±0,14 м/год; Vотн н_1 (относительно горизонта, лежащего на 10 м выше) ±0,02 м/год; АзМаг Vотнуст (относительно поверхности) ±17° и АзМаг VотнН1 (относительно горизонта, лежащего на 10 м выше) ±5°.
«Полезный сигнал» превосходит «шум» (погрешность измерений) для параметра Vотн уст не менее чем в 2—3 раза в более «статичных» по сравнению с районами станций Пионерская и База «Горная» районах станций Восток и Восток-1; примерно в 10 раз в районе станции Пионерская и в 30 раз в районе станции База «Горная» (Мирный), а для параметра АзМаг Vотнуст — не менее чем в 5—8 раз во всех исследуемых районах.
Существенное превосходство «полезного сигнала» над фоновым уровнем ошибки для всех параметров практически во всем интервале глубин и во всех четырех районах измерений отражает объективную закономерность изменения этих параметров. Результаты вычислений параметров вектора скорости течения льда на отдельных горизонтах представлены на рис. 1.
Рис. 1. Параметры вектора скорости течения слоев ледникового покрова по данным измерений в скважинах в разных
районах Восточной Антарктиды Fig. 1. Parameters of the flow velocity vector of the ice sheet layer from data of measurements made in boreholes from different regions of East Antarctica
Корреляционный анализ
Взаимная корреляция для двух «соседних» районов.
Чтобы определить наличие возможного общего для всех районов структурного изменения характеристик вектора скорости с глубиной, установленные зависимости были дополнительно проанализированы с целью нахождения функций взаимной корреляции между ними. В результате были получены рассчитанные по методике [12], зависимости изменения с глубиной параметра для всех определенных
ранее характеристик вектора скорости течения льда в каждой исследуемой области. Параметр отражает интенсивность изменения функции непосредственно в исследуемой точке относительно интенсивности ее изменения в ближайшем к ней интервале: ±3 точки (±30 м по глубине). Результаты вычислений каждого параметра и сравнение их для двух районов представлены на рис. 2.
Сравнительный анализ полученных зависимостей параметра до глубины 450 м позволяет с
Рис. 2. Сравнение функций Int(F(i)) («интенсивность» изменения параметров F(i) вектора скорости течения слоев) для
районов станций Восток (1) и Восток-1 (2) (I), Восток-1 (1) и Пионерская (2) (II), Пионерская (1) и Мирный (2) (III) Fig. 2. Comparison of functions Int(F(i)) («intensity» of changes of the parameters F(i) of the velocity vectors of the layer flows for regions near stations Vostok (1) and Vostok-1 (2) (I), Vostok-1 (1) and Pionerskaya (2) (II), Pionerskaya (1) and Mirny (2) (III)
Функции "коэффициентов степени корреляции" без смещения слоев между районами
min/i
Kor Int Аа n-0
Воет 2-B-l
I-del
Kor Int Аз n-0
min/шах
Восток Int Аз n-0 СрсЛ Ког Int М V n"° 2-B'1
1-del 0,519216454
Сред Kor Int Аз V n-0 Воет 2-B-l
■,773075993
2-B-l Ы Аз V n-0
Int Аз n-0
mm/max
Сред Kor Int Аз V n-0 Воет 2-B-l 30-90 M
1-del 0,250418219
Сред Kor Int Аз V n-0 Воет 2-B-l 30-90 м
rain/max
Сред Kor
1-del
Сред Kor Int Аз V n-0
0,597142116 Int Аз V n-0 Воет 2-B-1 100-250 м
0,427872021 Воет 2-B-l 100.250 м
0,78128196
min/шах
Сред Kor Int Аз V n-0 Воет 2-B-l 260-400 м
1-del 0,742089692
Сред Kor Int Аз V n-0 Воет 2-B-1 260-400 м
0,899297153
Функции "коэффициентов степени корреляции" с"поднятием" слоев района Восток-1 на 20 м min/max ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Kor Int Аз п-0 Сред Kor nlin/miLI Int Аз V n-0 Воет 2-B-l сд-20
B-H^B-UO Восток Int Аз П-0 0,660093483
Ког Int Аз п-0 2-B-l Int Аз V п-0 Сред Ког ] Int Аз V п-0 Воет 2-В-1 сд-20
Воет 2-В-1-20 Int Аз п-0 0,885793106
Ког Int Аз V п-0 Воет 2-В-1 сд-20 260-410 м
0,681016888
Ког, щ Int Аз V п-0 Воет 2-В-1 сд-20 260-410 м
0,866883558
Kor min/lll>1 Int Аз V п-0 Воет 2-В-1 сд-20 30-90 м
0,442263762
Kor j del Int Аз V п-0 Воет 2-В-1 сд-20 30-90 м
0,824611409
Ког „¡„/„а, Int Аз V п-0 Воет 2-В-1 сд-20 100-250 M
0,707241865
Kor, м Int Аз V п-0 Воет 2-В-1 сд-20 100-250 м
0,930188964
Функции "коэффициентов степени корреляции" без смещения слоев между районами
min/max
Kol Int Аз
Ког
Int Аз
2-B-l Int Аз n-(n-l)
Vn-(n-l) Воет 2-B-l
min/max
Сред Kor Int Аз V n -M) Воет 2-B-1
1-del 0,547182053
Сред Kor Int Аз V n-(n- ■1) Воет 2-B-l
0,806499037
min/max
Сред Kor Int Аз V n-(n-1) Воет 2-B-l 30-90 м
1-del 0,315472269
Сред Kor Int Аз V n-(n-l) Воет 2-B-l 30-90 м
0,628220461
min/шах
Сред Kor Int Аз V n-(n-l) Воет 2-B-l 100-250 м
1-del 0,629918343
Сред Kor Int Аз V n-(n-l) Воет 2-B-l 100-250 м
0,864202521
Функции "коэффициентов степени корреляции" с"опусканяем" слоев района Восток-1 на 20 м
min/max
Ког Int Аз n-(n-l)
min/max
Сред Kor Int Аз V n-(n-l) Воет 2-В-1 сд+10
Воет 2-В-1-20 сд+10
1-del Восток Int Аз n-(n-l) 1Jel
Ког Int Аз n-(n-l) 2-B-l Int Аз n-(n-l) Сред Kor Int Аз V n-(n-l)
Воет 2-B-1-20 сд+10
Int Аз n-(n-l)
0,494261131 Воет 2-B-l сд+10
0,740691045
min/max
Сред Kor Int Аз V n-0 Воет 2-B-l 260-400 м
0,567061244 Воет 2-B-l 260-400 M
0,828145324
1-del
Сред Kor Int Аз V n-0
in/m
Сред Kor Int Аз V п-(п-1)Вост 2-B-l сд+10 30-90м
1-del 0,384734465
Сред Kor Int Аз V n-(n-l) Воет 2-B-l cl+10 30-90м
0,67039518
Сред Ког
min/max
Int Аз V п-(п-1)Воет 2-B-l сд+10 100.250м ijd 0,565009031
Kor Int Аз V n-(n-l) Воет 2-B-l сд+10 100.250м
0,761575138
Сред Kor
in/m
Int Аз V n-(n-l)Bocr 2-B-l сд+10 260.410м l.del 0,533039896
Сред Kor Int Аз V n-(n-l) Воет 2-B-l сд+10 260-410м
0,790102815
Рис. 3. Функции коэффициентов взаимной корреляции Kormln/max Int (F(i)) и Kor 1"del Int (F(i)) для районов станций Восток и Восток-1 изменения параметров Int (F(i')) направления
вектора скорости течения слоев относительно поверхности (АзУп_0) и вышележащего горизонта (Аз Vn_(n_1j) Fig. 3. Functions of coefficients of the cross-correlation Kor min/max |nt (p^j and Kor 1-del |nt ^¡j) between changes of the parameters Int (F(i)) of the velocity vector of the layer flows relative to the surface (Аз Vn_0) and the above lying horizon (Аз Vn_(n_1() for regions of stations Vostok and Vostok-1
Таблица 1
«Коэффициенты степени корреляции» между районами для различных параметров в зависимости от перепада сравниваемых глубин
Восток, скв. 3Г Восток-1, скв. 2В-1 Пионерская, скв. 2П База «Горная», скв. 1-БГ Характеристики
0,71; 0,89 0,63; 0,83 0,66; 0,85 Когт'п/тахд_в и Ког1_с|ед_в между районами для VоTн уст
0 м -20 м -20 м смещение функции Н(Уотн уст (|)) по вертикали при макс. КоГд_в
0,66; 0,89 0,59; 0,83 0,59; 0,81 Когт'п/тахд_в и Ког1"йе'д_в между районами для Дз Уотн уст
-20
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.