Pesquisa GPR profunda do gelo frio na Antártica

Figura 1

Área de levantamento GPR na Antártica, perto das geleiras Darwin e Hatherton. Os caminhos da linha GPR de 4500 metros através do glaciar Touchdown mostrado na Figura 3 e a linha de 15,000 metros mostrada na Figura 4 são indicados.

Figura 2

Configuração de pulseEKKO® GPR de 25 MHz usando um trenó feito sob medida todo em plástico desenvolvido na Universidade de Canterbury. Tínhamos temperaturas abaixo de menos 30 ° C e sacudimos em grandes áreas de gelo azul, mas o trenó se manteve firme. O trenó de madeira Nansen foi restaurado recentemente e feito para um trenó de operador GPR fantástico.

Um dos primeiros perfis GPR que coletamos durante nosso trabalho de campo da Antártica de 2008 é a linha de 4500 metros de comprimento mostrada na Figura 3. O perfil cruza a geleira Touchdown e ilustra bem o alto grau de detalhe que pode ser obtido por uma configuração de antena de 25 MHz . Fortes reflexos em camadas internas rasas em geleiras cobertas de neve e firn estão predominantemente relacionadas a diferenças de densidade causadas por mudanças nas condições atmosféricas durante eventos de precipitação. Abaixo de uma certa profundidade, o firn se comprime para formar gelo com uma densidade aproximadamente constante, e os reflexos da camada interna estão em grande parte relacionados às camadas de poeira vulcânica originalmente depositadas na superfície da geleira. Ao longo do perfil da geleira Touchdown, a superfície muda de condições cobertas de neve para gelo azul exposto no final do perfil. Conseqüentemente, o perfil nos leva de uma região onde a neve anual se acomoda e se comprime para formar firn e eventualmente gelo, para uma região onde a neve e o gelo são removidos da superfície por fortes ventos catabáticos. Esta mudança é observada claramente nos dados onde as camadas internas próximas à superfície estão ausentes ou mais fracas, perto do final do perfil (Figura 3a), enquanto a diminuição geral da geleira no acúmulo anual de neve resulta no mergulho das camadas próximas à superfície em direção ao início do perfil (Figura 3b). Em profundidade, os reflexos da camada estão ausentes e o gelo parece livre de reflexos. Múltiplas hipérboles de difração dentro da geleira no início do perfil (Figura 3b) pode ser explicado pela presença de detritos de queda de rochas soterradas de montanhas próximas.

Figura 3a

Perfil totalmente processado, coletado com um sistema pulseEKKO® GPR e antenas de freqüência central de 25 MHz, cruzando a geleira Touchdown. O perfil foi processado em EKKO_View Deluxe (predecessor de EKKO_Project) usando filtros: 1) elástico para um tamanho de etapa de 2 m usando dados de GPS, 2) correção de tempo zero, 3) Dewow, 4) filtro passa-banda (0/5/40/60 MHz), 5) migração de ganho (AGC) e 6).

Figura 3b

Aumente o zoom nos dados na caixa retangular preta em a) mostrando detalhes próximos à superfície. Este perfil não foi migrado.

Embora não tenhamos observado isso no display DVL durante a coleta de dados, o perfil totalmente processado mostra que a geleira Touchdown está a mais de 850 m de profundidade nas partes centrais do radargrama (Figura 3a). A aparente falta de reflexos basais abaixo de 400 m de gelo durante a coleta de dados levou à minha interação mais memorável com qualquer suporte ao cliente, e já tive muitos! Raramente você tem uma segunda chance na coleta de dados na Antártica, e queríamos ter certeza de que o forte barulho das antenas ao dirigir por longos períodos no gelo azul não afetava a coleta de dados. Portanto, entrei em contato com a Sensors & Software por meio de uma conexão telefônica por satélite ruim e comecei a explicar a situação para eles. Após ser informado inicialmente para enviar o GPR ao distribuidor mais próximo para um check-up, entrei em contato com um técnico extremamente engenhoso. Seguindo seu conselho, todas as conexões de antena foram limpas e aprimoradas com sucesso usando um conjunto de ferramentas de uísque, algodão, embalagens de papel alumínio e fita adesiva de prata!

Talvez tenha sido por causa dessas melhorias que conseguimos penetrar até uma espantosa espessura de gelo de 1125 m em um de nossos últimos dias no campo. Este é o perfil que está pendurado na porta do meu escritório e foi coletado viajando pela geleira de onde o gelo flui para a plataforma flutuante de gelo Ross (Figura 4). É um perfil fascinante que representa a condição basal das zonas de aterramento com um nível de detalhe extraordinário. O contraste dielétrico entre gelo e água salgada contribui para uma reflexão basal muito forte no início do perfil, e a base de gelo flutuante é caracterizada por passos suaves quase horizontais que aumentam em profundidade em direção à linha de aterramento. Perto da linha de aterramento, o aumento da abundância de hipérboles de difração ilustra a presença de fendas basais à medida que o gelo se flexiona em resposta às mudanças de maré. A reflexão da base de gelo é eventualmente obscurecida pelas hipérboles apenas para reaparecer no final do perfil como um reflexo fraco a cerca de 1125 m abaixo da superfície da geleira. Neste local, acreditamos que a geleira está aterrada e repousando sobre um leito rochoso.

Figura 4

Perfil da linha central (veja o caminho na Figura 1) ilustrando a mudança das condições de gelo flutuante para aterrado conforme viajamos da plataforma de gelo Ross para a saída da geleira Darwin. O perfil foi processado em EKKO_View Deluxe usando filtros: 1) elástico para um tamanho de etapa de 2 m usando dados de GPS, 2) correção de tempo zero, 3) Dewow, 4) filtro passa-banda (0/5/40/60 MHz), 5) ganho (AGC) e 6) Correção de elevação.

O aumento do derretimento basal por águas oceânicas relativamente quentes e um alargamento a jusante da forma do vale explicam a dramática mudança na espessura do gelo de 250 m que ocorre na região obscurecida por hipérboles de difração. Mais próximo à superfície da geleira, o radargrama é caracterizado por reflexões onduladas da camada interna e grandes zonas em forma de cone de alta refletividade que se estendem da superfície da geleira até uma profundidade aparente de até 400 m. Essas zonas estão relacionadas à reverberação do sinal GPR em lagoas de água subterrânea rasas que às vezes se desenvolvem em áreas de gelo azul. Tivemos a infelicidade de verificar isso, pois uma das motos de neve rompeu a camada de gelo da superfície. Parece mais dramático do que era e, como geofísico, aprecio muito o esforço, embora não intencional, de complementar os conjuntos de dados GPR com observações diretas!

Tenho boas lembranças deste trabalho de campo na Antártica, pois agora passo a maior parte do meu tempo trabalhando em geleiras norueguesas igualmente bonitas, mas "quentes", onde a dispersão do sinal GPR por corpos d'água internos limita significativamente o nível de detalhe e a penetração GPR profundidade. Por exemplo, em uma recente viagem de campo à geleira Jostedalsbreen, a configuração GPR de 25 MHz nos deu uma profundidade de penetração geralmente bem abaixo de 200 m. Embora o GPR ainda seja o método preferido para mapear geleiras quentes, os dados mostrados aqui indicam claramente que as geleiras frias são realmente o meio ideal para levantamentos GPR.

Para mais informações sobre a pesquisa e os resultados, consulte a seguinte publicação:

Você também pode entrar em contato com o autor pelo e-mail: mette.kusk.gillespie@hvl.no