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Seismic Evidence for Discrete Glacier Motion at the Rock–Ice Interface

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Craig S. Weaver
Affiliation:
Geophysics Program, University of Washington, Seattle, Washington 98195, U.S.A
Stephen D. Malone
Affiliation:
Geophysics Program, University of Washington, Seattle, Washington 98195, U.S.A
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Abstract

Seismic monitoring on three Cascade volcanoes in Washington State, U.S.A., has shown that small seismic events are generated by the active glaciers found on each mountain. Detailed seismic experiments have been conducted to investigate the sources for these icequakes. Considerable evidence indicates that the events are the result of a stick–slip type of motion taking place at the bed of the glaciers. The few events we have been able to locate had depths comparable with the glaciers’ thickness. The similarity of wave form from an explosion at the bottom of a glacier and natural icequakes suggests that the complexity of the seismic wave form is due to the path and not the source. The events exhibit an annual trend with more events being recorded in the summer than during the winter. A ten-fold increase in the number of events preceded a large ice avalanche that involved the entire glacier thickness, suggesting that seismic monitoring may be useful in predicting catastrophic ice movements.

Résumé

Résumé

Des relevés sismologiques sur trois volcans de la chaîne des Cascades dans Washington State, U.S.A., ont montré que les glaciers actifs qui se trouvent sur chacune de ces montagnes entrainent des petits événements sismiques. Des expériences sismologiques détaillées ont été conduites pour rechercher les sources de ces “tremblements de glace”. Beaucoup d’indices montrent que ces événements sont le résultat d’un mouvement du type décollement-glissement qui se produit sur le lit des glaciers. Les quelques événements qu’il a été possible de localiser ont des profondeurs comparables à l’epaisseur des glaciers. La similitude de la forme de l’onde issue d’une explosion au fond du glacier avec les “tremblements de glace” naturels permet de penser que la complexité de l’onde sismique recueillie est due au trajet qu’elle a suivi et non à la nature de la source. Les événements montrent une tendance annuelle à être plus nombreux en été qu’en hiver. Un découplement du nombre d’événements précédèrent une grande avalanche de glace qui intéresse la totalité de l’épaisseur du glacier, ce qui permet de penser que les relevés sismologiques peuvent être utiles pour prévoir des mouvements catastrophiqucs de la glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die seismische Überwachung dreier Vulkane in der Cascade Range, Washington State, U.S.A., hat erwiesen, dass kleine seismische Ereignisse von den aktiven Cletschern, die auf diesen Bergen liegen, ausgelöst werden. Der Untersuchung der Quellen solcher Erdbeben galten eingehende seismische Versuche; sie erbrachten den Beweis, dass die Ereignisse das Ergebnis ruckartiger Bewegungen sind, die am Bett der Gletscher stattfinden. Die wenigen Ereignisse, die lokalisiert werden konnten, kamen aus Tiefen, die der Gletscherdicke vergleichbar waren. Die Ähnlichkeit der Wellenformen bei einer Explosion am Grunde eines Gletschers und bei natürlichen Eisbeben lässt vermuten, dass die komplexe Form der seismischen Welle von der Wellenbahn herrührt, nicht aber von der Quelle. Die Ereignisse zeigen eine jahreszeitliche Tendenz; sie treten im Sommer häufiger auf als im Winter. Ein Anstieg der Ereignisse auf das zehnfache ging einer grossen Eislawine voraus, welche die ganze Gletscherdicke erfasste; es kann daher angenommen werden, dass katastrophale Eisbewegungen sich durch seismische Überwachung vorhersagen lassen.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Fig. 1. View of Mount St. Helens from the north-east. Forsyth Glacier is the large crevassed glacier on the right side of the photograph and Nelson Glacier is in the center.

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Fig. 2. Plan view of the 1974 Mount St. Helens experiment. Solid triangles are continuously recording array stations; station DGH was re-located to DOG. The inset shows the SIE array geophones; crosses mark the location of shot points.

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Fig. 3. Glacier event from the 1974 array (refer to Figure 2 for station locations). Arrows show time and direction of the first arrival.

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Fig. 4. (a)Helicorder record from a station surrounded by active glaciers for 13 August 1973. Time pulses are at 1 min intervals.(b)Helicorder record from a non-glacier station for the same time period as in (a). Time marks at 2 min.

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Fig. 5. Monthly event counts at Longmire (LON), the permanent station on Mount Rainier. The inset in the left corner shows the average monthly counts.

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Fig. 6. Rate of activity recorded on Mount Baker station LLB, 200 m from the avalanche area. Plotted are the number of events with peak-to-peak amplitudes greater than 5 mm on a helicorder record per half-hour interval. Symbol × represents an event with a star.

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Fig. 7. Helicorder record for the Sherman Crater avalanche. Time marks at 1 min.

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Fig. 8. Travel-time data from the SIE array far shots fired in ice (74-2, 3, 5, and 8) and on rock (74-1). Velocities on the upper, curve refer to that calculated along the three tangents.