Hostname: page-component-6766d58669-6mz5d Total loading time: 0 Render date: 2026-05-20T10:42:55.900Z Has data issue: false hasContentIssue false

Investigation of Sub-Ice Bedrock Characteristics by Radio-Echo Sounding

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

G. K. A. Oswald*
Affiliation:
Scott Polar Research Institute, P.O. Box 363, Birmingham B15 2TT, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Qualitative inspection of the results of the 1971/72 S.P.R.I.-N.S.F. Antarctic radio-echo sounding programme shows that it is possible to infer some characteristics of the lower face of the ice from the form of received echoes. We confirm the existence of lakes of liquid water beneath the east Antarctic ice by inspection of the top and bottom surface gradients of the ice, and suggest that basal melting occurs over a wide area in this region.

Quantitative studies in Devon Island indicate that small-scale irregularities in the bedrock are characterized by slopes of about 1: 40, with some higher gradients present, possibly indicating the presence of morainal boulders. We deduce that a geological boundary was crossed between 25 and 40 km west of the base camp, the rock to the west of the boundary having lower permittivity, and higher surface slopes than that to the east.

The question of the usefulness of the spatial fading of the echo in deducing surface characteristics is briefly discussed. We conclude that measurements of the fading are indeed useful, especially in the case of echoes with short “tails”.

Résumé

Résumé

Un examen qualitatif des résultats de la campagne de sondage par radio-écho du SPRI-NSF dans l’Antarctique en 1971 72 montre qu’il est possible de supposer quelques unes des caractéristiques de la face inférieure de la glace à partir de la forme des échos reçus. Nous confirmons l’existence de lacs d’eau liquide sous la glace de l’Antarctique orientale par l’examen des pentes de surface de la glace au sommet et au fond, et nous suggerons que la fusion basale intervient sur une large étendue dans cette région.

Des études quantitatives dans le Devon Island indiquent que les irrégularités à petite échelle du lit rocheux sont caractérisées par des pentes d’environ 1/40 aver quelques pentes supérieures, pouvant indiquer la présence de blocs morainiques. Nous émettons l’hypothèse qu’une limite géologique court entre 25 et 40 km à l’ouest du camp de base, la roche à l’ouest de la limite ayant une permittivité inférieure et des pentes superficielles supérieures à celle de la roche à l’est.

On discute brièvement la question de l’utilité du “fading” spatial de l’écho pour déceler des caractéristiques de surface. Nous concluons que les mesures du “fading” sont vraiment utiles, spécialement dans le cas d’échos à courtes “queues”.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Eine qualitative Durchsicht der Ergebnisse des S.P.R.I.-N.S.F.-Radar-Echolotungsprogramms von 1971/72 in der Antarktis zeigt, dass es möglich ist, aus der Form der empfangenen Echos auf einige Eigenschaften der Unterseite des Eises zu schliessen. Die Existenz von Seen flüssigen Wassers unter dem ostantarktischen Eis wird auf Grund der Betrachtung der Gradienten der Oberfläche und der Unterseite des Eises bestätigt. Es lässt sieh vermuten, dass in einem grossen Bereich dieses Gebietes das Eis am Untergrund schmiizt.

Quantitative Untersuchungen auf der Devon-Island deuten an, dass kleinräumige Unregelmässigkeiten des Untergrundes durch Neigungen von etwa 1 : 40 gekennzeichnet sind, wobei auch grössere Gradienten auftreten, die möglicherweise auf Muränenblöcke hinweisen. Es wird gefolgert, dass zwischen 25 und 40 km westlich des Basislagers eine geologische Trennfläche überquert wurde, wobei der Fels westlich der Grenzfläche geringere Durchlässigkeit und grössere Oberflächenneigungen als im Osten aufweist.

Es wird kurz die Frage der Brauchbarkeit des räumlichen Schwund des Echos für die Bestimmung der Oberflächeneigenschaften diskutiert. Dabei zeigt sich, dass Schwundmessungen tatsächlich nützlich sind, insbesondere im Falle von “kurzschwänzigen” Echos.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1975
Figure 0

Fig. 1. A section of radio-echo record showing a normal fading bedrock echo.

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Fig. 2. A map of the qualitative classification of echo strengths observed in east Antarctica for the area of the 1971 survey.

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Fig. 3. The diamonds mark the positions of subglacial lakes in east Antarctica.

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Fig. 4. A section showing the echo from a sub-ice lake.

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Fig. 5. The echo from a position where the ice is thought to be at the pressure-melting point, without the formation of a definite “lake”.

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Fig. 6. Fig. 6. An example of an “A-scope” trace. The horizontal axis covers about 800 m of ice depth: the vertical axis is a logarithmic scale of echo strength, with a range of some 60 dB. The trace is initiated at the left-hand end of the scale, and the peak near the centre represents the bottom echo.

Figure 6

Fig. 7. The inset map shows the eastern end of Devon Island, the ice cap covering most of the area to the east of the dotted line. The positions of the survey lines, and of the nine sets of closely spaced strength measurements, can be seen at larger scale in the main part of the figure. Contours are in feet; 5000 ft = 1520 m.

Figure 7

Table I. VALUES OF BEDROCK PARAMETERS FOR VARIOUS STATIONS ON THE* DEVON ISLAND ICE CAP

Figure 8

Fig. 8. Echo strength versus ice depth on the Devon Island ice cap. The power is expressed in terms of the total attenuation due to absorption in ice (Ai) and reflection losses at the bedrock. The dotted lines represent the standard error arising from the linear regression.

Figure 9

Fig. 9. The normalized variance of the received power, plotted as a function of I/T2,for increasing values of φo between 0.2 and 4.

Figure 10

Fig. 10. Autocorrelation functions for nine sets of echo strength measurements at 1 m intervals.