R. Mette Kusk-Gillespie erzählt die Geschichte einer Exkursion in die Antarktis, bei der sie half, PulsEKKO® 25 MHz Mittenfrequenz-Bodenradardaten über Gletscher und Eisschilde bis in die erstaunlichen Tiefen von 850 und 1125 Metern zu sammeln.
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Obwohl ich mittlerweile ein erfahrenerer Geophysiker bin, nehmen die Daten, die ich 2008 während meines Doktoratsstudiums an der Universität von Canterbury in Neuseeland mitgeholfen habe, immer noch einen Ehrenplatz in meinem Büro an der Fachhochschule Westnorwegen ein. Es erinnert mich an drei Wochen, die ich auf den herrlichen Darwin- und Hatherton-Gletschern in der Antarktis verbracht habe (Abbildung 1) mit 25 MHz Sensoren und Software pulsEKKO® GPR-System (Abbildung 2), Visualisierung innerer Schichten in Schnee, Firn und Eis und Kartierung tiefer Gletscherbetten.
Eines der ersten GPR-Profile, die wir während unserer Feldforschung in der Antarktis 2008 gesammelt haben, ist die in Abbildung 4500 gezeigte 3 Meter lange Linie. Das Profil kreuzt den Touchdown-Gletscher und veranschaulicht gut den hohen Detaillierungsgrad, der mit einem 25-MHz-Antennenaufbau erreicht werden kann. Starke flache Innenschichtreflexionen in schnee- und firnbedeckten Gletschern hängen überwiegend mit Dichteunterschieden zusammen, die durch sich ändernde atmosphärische Bedingungen während Niederschlagsereignissen verursacht werden. Unterhalb einer bestimmten Tiefe verdichtet sich der Firn zu Eis mit einer annähernd konstanten Dichte, und die Reflexionen der inneren Schicht hängen stattdessen weitgehend mit Schichten aus vulkanischem Staub zusammen, die ursprünglich auf der Gletscheroberfläche abgelagert wurden. Entlang des Profils des Touchdown-Gletschers wechselt die Oberfläche von schneebedecktem Zustand zu freiliegendem blauem Eis ganz am Ende des Profils. Das Profil führt uns folglich von einer Region, in der sich jährlich Schnee ablagert und zu Firn und schließlich Eis verdichtet, zu einer Region, in der Schnee und Eis durch starke katabatische Winde von der Oberfläche entfernt werden. Diese Änderung ist deutlich in den Daten zu beobachten, wo oberflächennahe Innenschichten am Ende des Profils fehlen oder schwächer sind (Abbildung 3a), während die allgemeine Abnahme der jährlichen Schneeanhäufung über den Gletscher hinweg zu einem Absinken der oberflächennahen Schichten zum Beginn des Profils führt (Abbildung 3b). In der Tiefe fehlen Schichtreflexionen weitgehend und das Eis scheint reflexionsfrei zu sein. Mehrere Beugungshyperbeln im Gletscher ganz am Anfang des Profils (Abbildung 3b) kann durch das Vorhandensein vergrabener Steinschlagtrümmer aus nahegelegenen Bergen erklärt werden.
Während wir dies in der DVL-Anzeige während der Datenerfassung nicht beobachteten, zeigt das vollständig verarbeitete Profil, dass der Touchdown-Gletscher in den zentralen Teilen des Radargramms mehr als 850 m tief ist (Abbildung 3a). Das offensichtliche Fehlen von Basalreflexionen unterhalb von 400 m Eis während der Datenerfassung führte zu meiner unvergesslichsten Interaktion mit dem Kundensupport, und ich hatte viele davon! In der Antarktis bekommt man bei der Datenerfassung selten eine zweite Chance, und wir wollten sicherstellen, dass das starke Rasseln der Antennen bei langen Fahrten auf blauem Eis die Datenerfassung nicht beeinträchtigt. Ich nahm daher über eine schlechte Satellitentelefonverbindung Kontakt zu Sensors & Software auf und machte mich daran, ihnen die Situation zu erklären. Nachdem mir zunächst gesagt wurde, ich solle das GPR zur Überprüfung an den nächstgelegenen Händler schicken, nahm ich Kontakt zu einem äußerst einfallsreichen Techniker auf. Seinem Rat folgend, wurden alle Antennenverbindungen mit einem Werkzeugset aus Whisky, Wattestäbchen, Schokoladenfolienverpackungen und silbernem Klebeband erfolgreich gereinigt und verbessert!
Vielleicht ist es diesen Verbesserungen zu verdanken, dass es uns an einem unserer letzten Tage vor Ort gelang, bis zu einer erstaunlichen Eisdicke von 1125 m vorzudringen. Dies ist das Profil, das an der Tür meines Büros hängt. Es wurde beim Aufstieg auf den Gletscher gesammelt, von wo aus das Eis in das schwimmende Ross-Schelfeis fließt (Abbildung 4). Es handelt sich um ein faszinierendes Profil, das den Grundzustand von Erdungszonen mit außergewöhnlicher Detailgenauigkeit abbildet. Der dielektrische Kontrast zwischen Eis und Salzwasser sorgt für eine sehr starke Basalreflexion am Anfang des Profils, und die schwimmende Eisbasis ist durch glatte, nahezu horizontale Stufen gekennzeichnet, die zur Erdungslinie hin an Tiefe zunehmen. In der Nähe der Aufsetzlinie verdeutlicht die erhöhte Häufigkeit von Beugungshyperbeln das Vorhandensein von Basalspalten, wenn sich das Eis als Reaktion auf Gezeitenänderungen biegt. Die Eisbasisreflexion wird schließlich durch die Hyperbeln verdeckt, um am Ende des Profils als schwache Reflexion etwa 1125 m unter der Gletscheroberfläche wieder aufzutauchen. Wir gehen davon aus, dass der Gletscher an dieser Stelle geerdet ist und auf Grundgestein ruht.
Das zunehmende Grundschmelzen durch relativ warmes Meereswasser und eine stromabwärts gerichtete Verbreiterung der Talform erklären die dramatische Änderung der Eisdicke um 250 m, die in der durch Beugungshyperbeln verdeckten Region auftritt. Näher an der Gletscheroberfläche ist das Radargramm durch wellenförmige Reflexionen der inneren Schicht und große kegelförmige Zonen mit hohem Reflexionsvermögen gekennzeichnet, die sich von der Gletscheroberfläche bis zu einer scheinbaren Tiefe von bis zu 400 m erstrecken. Diese Zonen beziehen sich auf den Nachhall des GPR-Signals in flachen unterirdischen Wasserteichen, die sich manchmal in Gebieten mit blauem Eis entwickeln. Wir hatten das Pech, dies zu überprüfen, als einer der Schneescooter die Eisschicht an der Oberfläche durchbrach. Das hört sich dramatischer an, als es war, und als Geophysiker schätze ich den, wenn auch unbeabsichtigten, Aufwand, GPR-Datensätze durch direkte Beobachtungen zu ergänzen, sehr!
Ich habe sehr gute Erinnerungen an diese Feldarbeit in der Antarktis, da ich jetzt die meiste Zeit damit verbringe, an ebenso schönen, aber „warmen“ norwegischen Gletschern zu arbeiten, wo die Streuung des GPR-Signals durch interne Gewässer den Detaillierungsgrad und die GPR-Eindringtiefe erheblich einschränkt. Bei einer kürzlichen Exkursion zum Jostedalsbreen-Gletscher ermöglichte uns beispielsweise der 25-MHz-GPR-Aufbau eine Eindringtiefe im Allgemeinen deutlich unter 200 m. Während GPR immer noch die bevorzugte Methode zur Kartierung warmer Gletscher ist, zeigen die hier gezeigten Daten deutlich, dass kalte Gletscher tatsächlich das ideale Medium für GPR-Erhebungen sind.
Weitere Informationen zur Umfrage und den Ergebnissen finden Sie in der folgenden Veröffentlichung:
Gillespie MK, Lawson W., Rack W., Anderson B., Blankenship DD, Young DA und Holt JW (2017), Geometry and Ice Dynamics of the Darwin–Hatherton Glacial System, Transantarctic Mountains, Journal of Glaciology, 63, 959–972.
Sie können den Autor auch per E-Mail kontaktieren: mette.kusk.gillespie@hvl.no
