Ледники и ледниковые покровы
УДК 551.321.61
Толщина, внутреннее строение и подлёдный рельеф ледникового плато Боулес и ледникового купола на о. Ливингстон в Антарктике по данным радиозондирования
© 2010 г. Ю.Я. Мачерет1, Х. Отеро2, Ф.Х. Наварро2, Е.В. Василенко3, М.Л. Квадрадо2,
А.Ф. Глазовский1
'Институт географии РАН, Москва; 2Мадридский политехнический университет, Испания;
3Институт «Академприбор» НАН Узбекистана, Ташкент macheret@gol.ru
Статья принята к печати 20 января 2009 г.
Выводной ледник, ледораздел, подлёдный рельеф, радиозондирование ледников, толщина льда.
Ice divide, ice thickness, outlet glacier, radiosounding of glaciers, subglacial relief.
Представлены результаты низкочастотного (20 МГц) и высокочастотного (200 МГц) наземного радиозондирования в декабре 2000 и 2006 гг. на главных ледоразделах ледникового купола о. Ливингстон и на ледниковом плато Боулес и его двух выводных ледниках (Хурон и безымянный), расположенных в северо-восточной части острова в архипелаге Южных Шетландских островов. Толщина льда на ледоразделах достигает 200 м, на ледниковом плато Боулес до 510 м. На ледоразделах подлёдное ложе лежит выше уровня моря, а местами ниже уровня моря, до -146 м. В области аккумуляции на значительном протяжении профилей получены отражения от границы фирн-лёд на глубинах 20-35 м; ниже преобладает «тёплый» лёд. Внутри снежно-фирновой толщи обнаружены отражения от слоя пепла извержения 1970 г. на близлежащем о. Десепшен.
Введение
Южные Шетландские острова находятся на расстоянии около 115 км от западной оконечности Антарктического полуострова. Архипелаг состоит из 18 покрытых льдом островов, включая два самых крупных — Кинг-Джордж и Ливингстон (рис. 1, а). Измерения температуры в неглубоких скважинах показали, что в областях аккумуляции на этих островах и соседнем о. Нельсон лёд находится вблизи точки плавления [14, 23, 25, 26, 30] в противоположность преобладающему холодному режиму расположенных южнее масс льда в Антарктиде. Лишь на о. Ливингстон в области абляции ледника Хард была выявлена политермическая структура льда [21]. В течение последних 40 лет площадь ледниковых куполов на островах Кинг-Джордж и Ливингстон сократилась соответственно на 6,6 и 4,3 %, отражая сильное потепление климата в этом районе Антарктики [10, 17, 21, 29].
Согласно оценкам О.Н. Виноградова и Т.В. Псарёвой [2], основанным на анализе мелкомасштабных (1 : 2 500 000) карт и данных о толщине льда, общая площадь архипелага составляет 3728 км2, средняя толщина льда 140 м и его суммарный объём 469,7 км3. Толщина льда измерена на островах Нельсона [26], Кинг-Джордж [3, 14, 17, 19, 20, 30] и Ливингстон. Для последнего её значения (между 200 и 400 м) установлены только в четырёх точках на
северо-востоке по данным аэрорадиозондирования, полученным на частоте 35 МГц в 1975 г. Британской Антарктической службой (Vaugham, личное сообщение, 1995 г.), а также на леднике Хард и п-ове Хард в 1996/97 и 1997/98 гг. с использованием сейсмических методов отражённых и преломлённых волн [8, 9, 22].
Более детальные наземные радиолокационные измерения на этих ледниках выполнены в 1999/2000, 2000/01, 2001/02, 2003/04 и 2004/05 гг. с применением низкочастотного локатора ВИРЛ-2 (20 МГц) [8, 21, 22]. В декабре 2000 г. радиолокационное зондирование локатором ВИРЛ-2 проводилось вдоль основных ледоразделов ледникового купола острова (см. рис. 1, б), а в декабре 2006 г. — радиолокационная съёмка в его восточной части, на ледниковом плато Боулес и двух текущих на восток выводных ледниках Хурон и безымянном (см. рис. 1, б, в). На ледниковом плато выполнены одновременные измерения низко- и высокочастотным локаторами ВИРЛ-6 и Ramac-200 (200 МГц) (рис. 2), что позволило определить толщину не только льда, но и снежно-фирновой толщи, а также глубину реперного отражающего слоя в ней.
В настоящей статье представлены результаты радиозондирования, полученные в двух указанных областях о. Ливингстон, и данные измерений скорости
62° 58°з.д.
Рис. 1. Острова Кинг-Джордж, Ливингстон и Нельсон в архипелаге Южных Шетландских островов (а); профили наземного радиозондирования 2000 г. вдоль основных ледоразделов ледникового купола на о. Ливингстон и район исследований 2006 г. на ледниковом плато Боулес на снимке SPOT 2001 г. (б); профили радиозондирования с низкочастотным (20 МГц) локатором на ледниковом плато Боулес (в)
Fig. 1. Location map for the South Shetland Islands, relative to Trinity Peninsula, Antarctic Peninsula, showing the location of King George, Nelson and Livingston islands (a); location of the radar profiles along the western ice divides of Livingston Island and Bowles Plateau, to the east, georeferenced with respect to a SPOT image taken in 2001 (б); layout of the low frequency (20 MHz) radar profiles done on Bowles Plateau (в)
распространения радиоволн в снежно-фирновой толще. Такие данные важны для оценки общего запаса льда на Южных Шетландских островах и его потенциального вклада в повышение уровня моря, а также для оценки средней скорости аккумуляции, поскольку этот район Антарктиды особенно чувствителен к потеплению климата.
Аппаратура и методика измерений Аппаратура. Для радиолокационных измерений была использована следующая аппаратура: в 2000 г. моноимпульсный локатор ВИРЛ-2 с центральной частотой 20 МГц [31], в 2006 г. его модификация — локатор ВИРЛ-6 [1], а также геолокатор Ramac с антеннами 200 МГц (Иатас-200). Локаторами ВИРЛ-2 и ВИРЛ-6 измерена толщина льда, тогда как локатор Иатас-200 в основном служил для изучения строения снежно-
фирновой толщи. В обоих случаях применялись системы цифровой регистрации, которые позволяли одновременно фиксировать как радарные, так и навигационные данные от GPS-приёмников Garmin GPS II Plus. Для синхронизации приёмного и передающего устройств в локаторе ВИРЛ-2 использовался радиоканал, а в локаторах ВИРЛ-6 и Ramac — оптический канал (оптоволоконный кабель). Измерения расстояния вдоль профилей радиозондирования и запуск передающих устройств выполнены с помощью одометра.
Локаторы ВИРЛ-2 и ВИРЛ-6 были размещены на двух санях Нансена, транспортируемых снегоходом, а локатор Ramac-200 установлен на одних пластиковых санях, также транспортируемых снегоходом (рис. 3). В локаторах ВИРЛ-2 и ВИРЛ-6 расстояние между передающей и приёмной антеннами составляло соответственно 9 и 11 м, для локатора Ramac-200 — 0,6 м.
Рис. 2. Области (а) и профили высокочастотного (200 МГц) радиозондирования 2006 г. в северо-западной (б) и юго-восточной (в) частях ледникового плато Боулес и полученные для этих частей карты толщины слоя фирна Fig. 2. Location (a) of the high frequency (200 MHz) radar profiles done on the northwestern (б) and southeastern (в) parts of Bowles Plateau, whose layout is shown in (б) and (в), together with the corresponding firn layer thickness maps
В обоих случаях антенны располагалась коллинеарно, вдоль направления радарного профиля, радарная и навигационная информация записывалась соответственно с интервалом 2—3 и 1 м.
Радиолокационное профилирование. Общая длина профилей зондирования вдоль основных ледоразделов ледникового купола (см. рис. 1, б) на ледниковом плато Боулес и двух вытекающих из него выводных ледниках Хурон и безымянном (см. рис. 1, б, в) составила 101,5 км. Для калибровки GPS-определений высоты ледниковой поверхности в конечных точках радарных профилей выполнялись также измерения с применением дифференциального GPS-приёмника (DGPS). В северо-западной и юго-восточной частях ледникового плато Боулес общая длина профилей измерений локатором Ramac-200 равна 33 км (см. рис. 2).
Оценка скорости распространения радиоволн. Профили радиозондирования 2000 и 2006 гг. располагались в областях аккумуляции. Поэтому для вычисления толщины ледниковой и снежно-фирновой толщи необходимо знать соответствующие скорости распространения радиоволн. Для их оценки мы использовали полученные ранее данные на ледниках Джонсонс и Хард: 1) гиперболические отражения, зарегистрированные при профильных измерениях 1999/2000 г. локатором ВИРЛ-2 [8]; 2) данные наклонного радиозондирования 2003/04 г., полученные методом общей глубинной точки (ОГТ); 3) данные ОГТ-измерений локатором Ramac-200; 4) оценки скорости радиоволн, выполненные на основе измерений плотности ледяного керна из скважин глубиной до 37 м, пробуренных в 1999/2000 г. (М. Pourche, J.M. Cassas, личное сообщение 2000 г.), с использованием известных соотношений между скоростью радиоволн и плотностью льда [16]. По данным (1) определены средние скорости радиоволн в толще ледника выше внутриледникового отражателя, по
Рис. 3. Радиолокационные измерения на о. Ливингстон локаторами ВИРЛ-2 (а), ВИРЛ-6 и Ramac-200 (б) в 2000 г. (а) и 2006 г. (б)
Fig. 3. Measurements at Livingston Islands with radar VIRL-2 (a), VIRL-6 and Ramac-200 (б) in 2000 (а) and 2006 (б)
данным (2) — средние скорости во всей толще ледника (между его поверхностью и ложем), по данным (3) и (4) — скорость радиоволн в снежно-фирновой толще. Все эти данные приводятся впервые.
Обработка радарных данных
Для визуализации и последующей количественной обработки радарных и навигационных данных использован пакет программ RadExPro Российской компании GDS Production [4] и следующие её модули: Amplitude Correction, Bandpass Filtering, Antenna Ringdown Removal, Apply Statics, Picking and FK-Stolt Migration (FK-SM) и interactive Velocity Analysis (IVA). Модуль FK-SM служил только для процедуры миграции данных, полученных локаторами ВИРЛ-2 и ВИРЛ-6 вдоль прямолинейных профилей, а модуль IVA — для интерпретации данных ОГТ-измерений.
Сведения о высоте поверхности ледников для большей части о. Ливингстон имеются только на британских и испанских топографических картах масштаба 1 : 200 000 [11, 12, 27], построенных по данным аэрофотосъёмки Британской антарктической службы 1956 г. По данным DGPS-измерений 2000 г., на некоторых участках п-ова Хард обнаружено понижение высоты поверхности до 40 м, хотя в среднем оно составило —5,5±4,4 м [21]. Чтобы построить карту современной поверхности ледникового
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.