Radio Echo-Sounding of Spitsbergen Glaciers: Problems in the Interpretation of Layer and Bottom Returns

Abstract

Airborne radio echo-sounding of Spitsbergen glaciers during 1980 used 60 MHz SPR1 Mk IV equipment. On several glaciers results showed unambiguous bottom returns at depths 2–3 times those reported in previous Soviet echo-sounding at 440 and 620 MHz. Comparison of 60 MHZ records and independent gravity-surveyed ice thickness for two glaciers agreed to within 10%, whereas Soviet ice thicknesses were only 30–60% of gravity depths. Soviet bed echoes often coincided closely with an internal reflecting horizon recorded by the SPRI Mk IV system, and it is shown that Soviet U.H.F. equipment failed to penetrate to the true glacier bed on a number of ice masses (e.g. Finsterwalderbreen, Kongsvegen, Negribreen). This was probably due to increased absorption and scattering at higher radio frequencies, related to the inhomogeneous nature of Spitsbergen glaciers, which are often at or near the pressure-melting point. Both 60 MHz and U.H.F. equipment seldom recorded bed echoes in ice-cap accumulation areas (e.g. Isachsenfonna), where firn soaking during summer and 10 m temperatures of zero degrees have been observed. An isolated internal reflecting horizon was recorded on many glaciers. It is unlikely to be a moraine layer, but may be related to ice with a water content of 1–2% observed at a similar depth (115 m) in a drill core from Fridtjovbreen. Résumé Des sondages par écho radio aériens sur les glaciers du Spitsberg en 1980 ont utilisés un équipment 60 MHz SPRI Mk IV. Sur de nombreux glaciers les résultats ont montré sans ambiguïté des échos sur le fond à des profondeurs de 2 à 3 fois celles trouvées par de précédents sondages soviétiques sur 440 et 620 MHz. La comparison des résultats des sondages à 60 MHz et de contrôle indépendants de l’épaisseur de la glace par gravimétrie sur deux glaciers ont concordé à 10% près tandis que les profondeurs de glace soviétique étaient seulement de 30 à 60% des profondeurs données par la gravimétrie. Les échos du “lit rocheux” selon les soviétiques coïncidaient souvent exactement avec un horizon interne de réflexion également enregistré par l’appareil SPRI Mk IV, et on montre que l’équipement U.H.F. soviétique n’a pas réussi a pénétrer jusqu’au véritable lit rocheux du glacier grand nombre d’appareils glaciaires (par exemple Finsterwalderbreen, Kongsvegen, Negribreen). Ceci était probablement dû à une plus forte absorption et à une plus grande dispersion aux hautes fréquencies radio, au regard à la nature inhomogène des glaciers du Spitsberg qui sont souvent proche ou juste au point de fusion correspondant à la pression. L’appareil à 60 MHz comme le U.H.F. ont rarement enregistré des échos sur le lit dans les zones d’accumulation de calotte glaciaire (comme l’ Isachsenfonna) où des névés fondants pendant l’été et des températures à 10 m de 0°C ont été observés. Un horizon de réflexion interne isolé a été enregistré sur beaucoup de glaciers. Il est peu probable qu’il s’agisse d’un niveau morainique mais il peut y avoir de la glace contenant l a 2% d’eau comme observé à une profondeur de cet ordre (115 m ) dans un forage au Fridtjovbreen. Zusammenfassung Radar-Tiefenmessungen über Gletschern Spitzbergens im Jahre 1980 benutzten eine 60 MHz-SPRI-Mk IV-Ausrüstung. Bei einigen Gletschern traten in den Ergebnissen eindeutige Bodenechos aus Tiefen auf, die 2- bis 3-mal so gross waren als die hei früheren russischen Messungen mit 440 und 620 MHz. Der Vergleich zwischen 60 MHz-Aufzeichnungen und unabhängigen Schwerkraftbestim-mungen der Eisdicke ergab bei zwei Gletschern eine Übereinstimmung von 10%, während die russischen Eisdicken nur auf 30–60% mit den Schwerkraftwerten übereinstimmten. Die russischen Bodenechos passten oft sehr gut zu einem inneren Reflexionshorizont, der vom SPRI-Mk IV-System aufgezeichnet wurde, und es lässt sich zeigen, dass die russische U.H.F.- Ausrüstung bei einer Reihe von Eismassen (z.B. Finsterwalderbreen, Kongsvegen, Negribreen) nicht bis zum wirklichen Gletscherbett durchdrangen. Der Grund hierfür war vermutlich die erhöhte Absorption und Streuung bie höheren Radiofrequenzen, hervorgerufen durch die inhomogene Natur der Gletscher Spitzbergens, die sich oft auf dem oder nahe am Druckschmelzpunkt befinden. Sowohl die 60 MHz- wie die U.H.F.- Ausrüstung zeichneten nur selten Bodenechos im Akkumulationsgebiet der Eiskappen (z.B. Isachsenfonna) auf, wo während des Sommers eine Durchtränkung des Firns und Null-Grad-Temperaturen in 10 m Tiefe beobachtet wurden. Ein isolierter, innerer Reflexionshorizont wurde bei vielen Gletschern festgestellt. Es dürfte sich dabei kaum um eine Moränenschicht handeln, doch könnte eine Verbindung zu Eis mit einem Wassergehalt von 1–2% vorliegen, das in ähnlichen Tiefen (115 m) in einem Bohrkern des Fridtjovbreen beobachtet wurde.