Георадарные данные позволяют выявлять не только объекты в теле ледника как таковые, но и определять их конфигурацию [1, 2, 4, 6, 7, 14]. Большие перспективы открывает математическое моделирование, в частности с использованием некоммерческой компьютерной программы gprMax [17]. Интерпретация георадарных данных достаточно сложный процесс, требующий не только опыта, но и понимания основ распространения электромагнитных волн. В целом пустоты в теле ледника отмечаются на временном георадарном разрезе полным или частичным отсутствием целевых границ. При этом область временного разреза, соответствующая внутренней части широкойтрещины, может содержать какие-то отражения, в частности дифрагированные волны, сформированные от рефлекторов, расположенных в стороне от маршрута.
Рис. 5. Схема интерпретации геофизических данных.
1 -- трещины (а -- по данным георадиолокации, b -- наблюденные визуально), 2 -- изолинии мощности снежно-фирновой толщи; сечение изопахит 2 м, 3 -- положение трассы, 4 -- георадарные профили
Fig. 5. Interpretation scheme of geophysical data.
1 -- crevasses (a -- due to GPR data, b -- observed visually), 2 -- contours of snow-firnlayer thickness; isopachs drawn at each 2 m, 3 -- location of the logistic route, 4 -- GPR profiles
По результатам обработки материалов съемки была построена итоговая схема мощности снежно-фирновой толщи и положения трещин, установленного по данным георадиолокации (рис. 5, 1а), а также визуально (рис. 5, 1б). Мощность снежно-фирновой толщи на исследованном участке варьирует от 0 до более 18 м. Она увеличивается в восточном направлении. Согласно полученным данным, большая часть трещин приурочена именно к участкам наибольшей мощности снежнофирновой толщи. Достаточно большое межпрофильное расстояние (100 м между секущими профилями) не позволило выявить положение отдельных трещин между соседними профилями, однако их ориентировка была установлена благодаря визуальным наблюдениям.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам съемки методом георадиолокации, выполненной в сезон 64-й РАЭ в районе бухты Тала, было установлено наличие в пределах участка обширной системы трещин, развитых в толще фирна и характеризующихся сложным внутренним строением. Практически все они обладают каплевидной формой в разрезе с рельефными стенками. Ширина трещин порой превышает 5,5 м на глубинах около 7 м. Мощность снежных мостов, их перекрывающих, составляет в среднем 1 м, при этом нижняя их кромка зачастую покрыта слоем ледяных образований, вызванных сезонным таянием и создающих ложные отражения на георадарных разрезах. Неправильная трактовка этого слоя способна привести к некорректной интерпретации данных без дополнительных натурных наблюдений. Мощность снежно-фирновой толщи в пределах участка работ составляет от 0 м в его северной и южной частях до более 18 м на востоке.
Несмотря на то, что по результатам обработки данных была составлена схема трещин, необходимо принимать во внимание тот факт, что ледник является динамичной системой и при возобновлении движения по участку в сезон 65-й РАЭ (2019/20 г.) обстановка может измениться вследствие его течения. Тем не менее выполненные исследования заложили важную методическую базу для дальнейших изысканий, направленных на обеспечение безопасности логистических операций в районе бухты Тала. Так, установлено преобладающее простирание трещин и описана их морфология, выявлены специфические черты их строения, важные при интерпретации гео- радарных данных. Безопасная эксплуатация участка ледника в дальнейшем возможна после проведения оперативной георадарной съемки, выявления нового положения трещин и проложения участка трассы с учетом опасных факторов.
Отдельным вопросом является создание скоростной модели среды для более корректного пересчета временного разреза в глубинный. Для внутренних районов Антарктиды, где температуры воздуха не бывают положительными, имеются эмпирические соотношения между диэлектрической проницаемостью и плотностью [9, 13, 16]. В прибрежной части континента интенсивное приповерхностное таяние приводит к наличию свободной талой воды. Даже малая ее часть приводит к увеличению диэлектрической проницаемости, вне зависимости от плотности [9, 13], что на практике не поддается учету. Это приводит к сложностям в определении скоростной модели среды. Лучшим способом решения этой проблемы, безусловно, является применение метода ОГТ [9,14].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Попов С.В., Поляков С.П. Георадарное лоцирование трещин в районе российских антарктических станций Прогресс и Мирный (Восточная Антарктида) в сезон 2014/15 года // Криосфера Земли. 2016. Т. XX. № 1. С. 90-98.
2. Попов С.В., Эберляйн Л. Опыт применения георадара для изучения строения снежно-фирновой толщи и грунта Восточной Антарктиды // Лед и Снег. 2014. Т 54. № 4. С. 95-106.
3. Annan A.P GPR - History, Trends, and Future Developments // Subsurface Sensing Technologies and Applications. 2002. V 3. № 4. P 253-270. doi:10.1023/A:1020657129590.
4. Arcone S.A., DelaneyA.J. GPR images of hidden crevasses in Antarctica // Proceedings of 8th Int. Conference on Ground Penetrating Radar. Gold Coast, Australia. SPIE. 2000. V 4084. P 760-765. doi:10.1117/12.383512.
5. Eder K., Reidler C., Mayer C., Leopold M. Crevasse detection in Alpine areas using ground penetrating radar as a component for a mountain guide system // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2008. V XXXVII. Part B8. P. 837-841.
6. Singh K.K, Negi H.S, Ganju A., Kulkarni A. V., Kumar A., Mishra V.D., Kumar S. Crevasses detection in Himalayan glaciers using ground-penetrating radar // Current Science. 2013. V 105. № 9. P 1288-1295.
7. Zamora R., Casassa G., Rivera A., Ordenes F., Neira G., Araya L., Mella R., Bunster C. Crevasse detection in glaciers of southern Chile and Antarctica by means of ground penetrating radar // IAHS Processings. 2005. V 318. P 153-162.
8. Суханова А.А., Попов С.В., Григорьева С.Д. Инженерные изыскания, направленные на организацию всесезонной трассы в районе российской станции Прогресс, Восточная Антарктида, в сезон 63-й РАЭ (2017/18 г) // Сборник докладов международной научной конференции «Третьи Виноградовские чтения. Грани гидрологии». СПб.: Наукоемкие технологии, 2018. С. 797-800.
9. Мачерет Ю.Я. Радиозондирование ледников. М.: Научный мир, 2006. 392 с.
10. Попов С.В. Определение диэлектрической проницаемости по годографам дифрагированных волн в рамках модели наклонно-слоистой среды // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 3. С. 83-87. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2017-3(83-87).
11. Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука, 1999. 256 с.
12. CuffeyK.M., Paterson W.S.B. The physics ofglaciers. Butterworth-Heinemann, Elsevier, 2010. 693 p.
13. Глазовский А.Ф., Мачерет Ю.Я. Вода в ледниках: Методы и результаты геофизических и дистанционных исследований. М.: ГЕОС, 2014. 528 с.
14. Попов С.В., Поляков С.П., Пряхин С.С., Мартьянов В.Л., Лукин В.В. Строение верхней части ледника в районе планируемой взлетно-посадочной полосы станции Мирный, Восточная Антарктида (по материалам работ 2014/15 года) // Криосфера Земли. 2017. Т XXI. № 1. С. 73-84. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2017-1(73-84).
15. Looyenga H. Dielectric constants of heterogeneous mixture // Physica. 1965. V. 31. № 3. P 401-406.
16. КотляковВ.М., МачеретЮ.Я., СосновскийА.В., ГлазовскийА.Ф. Скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове // Лед и Снег. 2017. Т 57. № 1. С. 45-56. doi: org/10.15356/2076-6734-2017-1-45-56.
17. Warren C., Giannopoulos A., Giannakis I. gprMax: Open source software to simulate electromagnetic wave propagation for Ground Penetrating Radar // Comput. Phys. Commun. 2016. V. 209. P 163-170. doi:10.1016/j.cpc.2016.08.020.
REFERENCES
1. Popov S.V, Polyakov S.P Ground-penetrating radar sounding of the ice crevasses in the area of the Russian Stations Progress and Mirny (East Antarctica) during the field season of 2014/15. Earth's Cryosphere. 2016, XX, 1: 82-90.
2. Popov S.V, Eberlein L. Investigation of snow-firn thickness and ground in the East Antarctica by means of geophysical radar. Led ISneg. Ice and Snow. 2014, 54, 4: 95-106. [In Russian].
3. Annan A.P GPR - History, Trends, and Future Developments. Subsurface Sensing Technologies and Applications. 2002, 3, 4: 253-270. doi:10.1023/A:1020657129590.
4. Arcone S.A., Delaney A.J. GPR images of hidden crevasses in Antarctica. Proceedings of 8th Int. Conference on Ground Penetrating Radar. Gold Coast, Australia. SPIE. 2000, 4084: 760-765. doi:10.1117/12.383512.
5. Eder K., Reidler C., Mayer C., Leopold M. Crevasse detection in Alpine areas using ground penetrating radar as a component for a mountain guide system. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2008, XXXVII, Part B8: 837-841.
6. Singh K.K, NegiH.S, Ganju A., KulkarniA. V., Kumar A., Mishra V.D., KumarS. Crevasses detection in Himalayan glaciers using ground-penetrating radar. Current Science. 2013, 105: 1288-1295.
7. Zamora R., Casassa G., Rivera A., Ordenes F., Neira G., Araya L., Mella R., Bunster C. Crevasse detection in glaciers of southern Chile and Antarctica by means of ground penetrating radar. IAHS Processings. 2005, 318: 153-162.
8. Sukhanova A.A., Popov S.V, Grigoreva S.D. Sbornik dokladov mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii “Tret'i Vinogradovskie chteniia. Grani gidrologii”. Engineering investigations aimed at organizing a round-year logistic route at the area of the Progress station (Russia) during the field season of the 63rd RAE (2017/2018). Processings of the international scientific conference “Third Vinogradov's symposium”. St. Petersburg: Naukoemkie tekhnologii, 2018: 797-800 [In Russian].
9. Macheret Yu.Ya. Radiozondirovanie lednikov. Radio-echo sounding of glaciers. Moscow: Nauchnyi Mir, 2006: 392 p. [In Russian].
10. Popov S.V Determination of dielectric permittivity from diffraction traveltime curves within a dipping-layer model. Earth's Cryosphere. 2017, XXI, 3: 75-79. doi: 10.21782/EC2541-9994-2017- 3(75-79). [In Russian].
11. Voitkovskiy K.F. Osnovy gliatsiologii. Fundamentals of glaciology. Moscow: Nauka, 1999: 255 p. [In Russian].
12. Cuffey K.M., Paterson W.S.B. The physics of glaciers. Butterworth-Heinemann, Elsevier, 2010: 693 p.
13. Glazovsky A.F., Macheret Yu.Ya. Voda v lednikakh: Metody i rezul'taty geofizicheskikh i distantsionnykh issledovaniy. Water in glaciers: Methods and results of geophysical and remote sensing studies. Moscow: GEOS, 2014: 528 p. [In Russian].
14. Popov S.V, Polyakov S.P., Pryakhin S.S., Martyanov VL., Lukin VV The structure of the upper part of the glacier in the area of a snow-runway of Mirny Station, East Antarctica (based on the data collected in 2014/15 field season). Kriosfera Zemli. Earth's Cryosphere. 2017, XXI, 1: 67-77. doi: 10.21782/EC2541-9994-2017-1(67-77).
15. Looyenga H. Dielectric constants of heterogeneous mixture. Physica. 1965. 31, 3: 401-406.
16. Kotlyakov VM., Macheret Y. Y., Sosnovsky A.V, GlazovskyA.F. Speed of radio wave propagation in dry and wet snow. Led I Sneg. Ice and Snow. 2017, 57, 1: 45-56. [In Russian]. doi.org/10.15356/2076- 6734-2017-1-45-56.
17. Warren C., Giannopoulos A., Giannakis I. gprMax: Open source software to simulate electromagnetic wave propagation for Ground Penetrating Radar. Comput. Phys. Commun. 2016, 209: 163-170. doi:10.1016/j.cpc.2016.08.020.