Velocity of radio waves in glaciers as an indicator of their hydrothermal state, structure and regime

Abstract

The results of measurements of radio-wave velocities (RWV) by wide-angle reflection (WAR) methods in the temperate Abramov Glacier in the Alai Mountain Ridge and the “two-layered” sub-polar Fridtjovbreen and Hansbreen on Svalbard using a low-frequency (2–13 MHz) radar are considered and discussed. The experimental data obtained and the data from the literature show that the values of RWV could be a good indicator of the hydrothermal state of glaciers. As such, these data enable the identification of cold, temperate and transitional (two-layered) glaciers, and can be used for estimation of the water content in glaciers and changes in the hydrothermal state.

Ice Volume Estimates from Ground-Penetrating Radar Surveys, Wedel Jarlsberg Land Glaciers, Svalbard

“…To our knowledge, the hydrothermal structure of the glaciers studied in this paper has only been discussed in the literature for Hansbreen (e.g., Dowdeswell et al, 1984aDowdeswell et al, , 1984bMacheret et al, 1993;Jania, 1996;Jania et al, 1996;Moore et al, 1999;Pälli et al, 2003;Grabiec et al, 2012), Recherchebreen (e.g., Macheret and Zhuravlev, 1982;Dowdeswell et al, 1984aDowdeswell et al, , 1984b, Werenskioldbreen (e.g., Macheret and Zhuravlev, 1982;Dowdeswell et al, 1984aDowdeswell et al, , 1984bPälli et al, 2003), and Ariebreen (Lapazaran et al, 2013), all of them polythermal except the latter, which is entirely made of cold ice. On the basis of the presence or absence of scattering in the radargrams as an indicator of temperate or cold glacier ice (Navarro and Eisen, 2010), we here interpret that all other glaciers in our data set (Austre Torellbreen, Paierlbreen, Renardbreen, and Scottbreen) have a polythermal structure.…”

Dynamic perennial firn aquifer on an Arctic glacier

“…Travel times were converted to depth using a time-varying radar wave velocity scale with relative dielectric permittivity assigned by a Looyenga mixing model [Looyenga, 1965;Macheret et al, 1993;Murray et al, 2000]:…”

Changes of hydrothermal structure of Austre Grønfjordbreen and Fridtjovbreen Glaciers in Svalbard

“…Со глас но оцен кам по фор му ле Лу эн га [31], ско ро сти V = 170÷190 м/мкс со от вет ст ву ют хо лод но му фир ну и льду со сред ней плот но стью 690-895 кг/м 3 , а ско ро сти V = 140÷160 м/мкс -тёп ло му льду с со дер жа ни ем во ды 2-5% [34,35]. На воз мож ность та ко го боль шо го со дер жа ния во ды в тё п лом льде по ли тер ми че ских лед ни ков ука зы ва ют дан ные из ме ре ний ско ро сти рас про стра не ния ра дио волн и ко эф фи ци ен та от ра же ния от ВОГ [14,35].…”

“…Ка че ст вен ным ин ди ка то ром та ких лед ни ков слу жат за мет ные раз ли чия в ха рак те ре ра дио ло ка ци он ных от ра же ний из их тол щи [13]: от сут ст вие внут рен них от ра же ний в хо лод ном льде (за ис клю че ни ем от ра же ний от по гре бён ных тре щин, ка на лов и ко лод цев); силь ное рас сея ние ра дио волн на вклю че ни ях во ды в тё п лом льде; внут рен ний от ра жаю щий го ри зонт (ВОГ) (IRH - internal reflecting horizon), со от вет ст вую щий по верх но сти раз де ла хо лод но го и тё п ло го льда (CTS - coldtemperate surface) по дан ным тер мо зон ди ро ва ния сква жин [29,37,40]. К ко ли че ст вен но му ин ди ка то ру от но сит ся раз ная ско рость рас про стра не ния ра дио волн в хо лод ном и тё п лом льде - со от вет ст вен но боль ше и мень ше 168 м/мкс [1,34,35].На Шпиц бер ге не от ра же ния от внут рен не го от ра жаю ще го го ри зон та, свя зан ные с по верх но стью раз де ла хо лод но го и тё п ло го льда, впер вые бы ли об на ру же ны в 1975 г. на лед ни ке Фрить оф по дан ным аэ ро ра дио зон ди ро ва ния на час то те 440 МГц [7]. На зна чи тель ном про тя же нии это го лед ни ка чёт кие от ра же ния от ВОГ на блю да лись так же в 1979 и 1980 гг.…”