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Instruments and Methods: A Buoyancy-Stabilized Hot-Point Drill for Glacier Studies

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Haldor W. C. Aamot*
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
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Abstract

Hot-point drills are practical for producing holes in glaciers for ice-thickness and temperature measurements, as well as other glaciological studies. Buoyancy stabilization assures a vertical attitude of the drill and a plumb hole. This is achieved by designing a drill with a heavy hot point and a light upper section which is buoyant in the surrounding melt water. The buoyant force is less than the weight of the drill in air but its rectifying moment about the fulcrum (the tip) is greater than the tilting moment of the drill weight. Two methods to prevent refreezing of the melt water are proposed in order to permit drilling in cold ice and to assure continued access to the hole.

Résumé

Résumé

Foreuse à pointe chaude stabilisée par la poussée hydrostatique pour l’étude des glaciers. Les foreuses à pointe chaude sont pratiques pour faire dans les glaciers des trous servant à la mesure de l’épaisseur de la glace et de sa température, ainsi que pour d’autres études glaciologiques. La stabilisation par poussée hydrostatique confère au foret une position verticale et produit un trou rectiligne vertical. Le foret doit avoir en bas une pointe chaude lourde et l’extrémité supérieure assez légère pour flotter dans l’eau de fonte ambiante. La poussée hydrostatique est moindre que le poids du foret dans l’air, mais le moment redresseur par rapport à la pointe est plus grand que le moment dû au poids de l’engin. On propose deux méthodes pour empêcher l’eau de fonte de se congeler afin de permettre le forage dans la glace froide et pour garantir l’accès permanent au trou de forage.

Zusammenfassng

Zusammenfassng

Eire durch Auftrieb stabilisierter Bohrer mit Schmelzspitze für Gletscheruntersuchungen. Bohrer mit Schmelzspitze eignen sich zur Herstellung von Löchern in Gletschern zur Eisdicken- und Temperaturmessung, sowie für andere glaziologische Untersuchungen. Die Auftriebsstabilisierung sichert den senkrechten Lauf des Bohrers und ein lotrechtes Bohrloch. Sie wird durch Konstruktion eines Bohrers mit schwerer Schmelzspitze und leichtem Oberteil erreicht, der einen Auftrieb im umgebenden Schmelzwasser erfährt. Die Auftriebskraft ist zwar geringer als das Gewicht des Bohrers in Luft, aber ihr Richtmoment um die Spitze ist grösser als das Kippmoment des Bohrergewichts. Um in kaltem Eis bohren und das Bohrloch immer zugänglich halten zu können, werden zwei Methoden zur Verhinderung des Wiedergefrierens von Schmelzwasser vorgeschlagen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1968
Figure 0

Fig. 1. The buoyancy-stabilized drill stands vertical on its tip, the hot point. when immersed in water. The center of buoyancy, cb, is above the center of gravity, cg. The leverage of the buoyant force B (equal to the weight of the displaced water) keeps the drill erect. The contact force of the hot point on the ice, S, is equal to the weight of the drill in air, W, less B.

Figure 1

Fig. 2. When the rectifying moment of the buoyant force about the pivot point is greater than the sum of the tilting moments of the various parts, the drill assumes a vertical altitude.

Figure 2

Fig. 3. This buoyancy-stabilized drill has a solid copper hot point with electric-resistance heating element and uses a laminated plastic tube for the buoyancy section. The diameter at the hot point is 2·03 cm, the overall length about 50 cm. The penetration rate is about 5 m/h with an input of 250 W.