Conditions on the Bedrock and Surface of the Vavilov Ice Cap (Severnaya Zemlya) During its Surge According To Airborne Radar Data

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The glacier surge at Vavilov Ice Cap, Severnaya Zemlya, Russia (79°18′ N, 94°40′ E) began as early as the mid-1960s with a slow advance of its margin in the western part. Since 2012, the advance switched to the phase of catastrophic movement, which reached its climax in 2016, when the glacier velocity reached 9.2 km a‒1. An ice fan with an area of about 140 km2 advanced into the Kara Sea water area 11 km from the shore, and a strongly crevassed ice stream was formed in the ice cap itself, which continues to move now with speeds of about 2 km a‒1. The dynamic instability of Vavilov Ice Cap can be triggered by changes in basal conditions, which are still poorly known. In this study, we used airborne radio-echo sounding data acquired in September 2014 over the ice cap to characterize its surface and bedrock conditions. Based on the delay time and reflection amplitudes, the power reflection coefficient (PRC) from glacier surface and bedrock was estimated. For its calibration, we used the amplitude of reflections from the sea surface registered from different altitudes. The bedrock PRC values were converted to dielectric permittivity and compared with the glacier surface velocities in 2014 obtained from Landsat-7 images. We found a high positive correlation between the bedrock PRCs and velocities in the area with glacier speed higher than 1000 m a-1. In this area, the PRC is 20 dB higher than in the neighboring slower moving areas. Such a difference may be because the ice stream advanced on marine loose sediments with higher dielectric permittivity and conductivity and a higher reflection coefficient. The range of estimated bedrock PRCs corresponds to bed materials with relative dielectric permittivity from 5 to 10 and electrical conductivity from 10–5 to 10–2 Sm m‒1.

About the authors

A. F. Glazovsky

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: glazovsky@igras.ru
Russia, Moscow

N. A. Kabanov

Lomonosov Moscow State University

Email: glazovsky@igras.ru
Russia, Moscow

Yu. Ya Macheret

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences

Email: glazovsky@igras.ru
Russia, Moscow

A. M. Soldatenko

Lomonosov Moscow State University

Email: glazovsky@igras.ru
Russia, Moscow

References

  1. Bushueva I.S., Glazovsky A.F., Nosenko G.A. Surge development in the western sector of the Vavilov Ice Cap, Severnaya Zemlya, 1963–2017. Led i Sneg. Ice and Snow. 2018, 58 (3): 293–306 [In Russian]. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-3-293-306
  2. Kulnitsky L.M., Gofman P.A., Tokarev M.Yu. Mathematical processing of georadar data and RADEXPRO system. Razvedka i okhrana nedr. Prospect and Protection of mineral resources. 2001, 3: 6–11 [In Russian]
  3. Macheret Yu.Ya., Glazovsky A.F., Vasilenko E.V., Lavrentiev I.I., Matskovsky V.V. Comparison of hydrothermal structure of two glaciers in Spitsbergen and Tien Shan based on radio-echo sounding data. Led i Sneg. Ice and Snow. 2021, 61 (2): 165–178 [In Russian]. https://doi.org/10.31857/S2076673421020079
  4. Sochnev O.Ya., Kornishin K.A., Tarasov P.A., Sal’man A.L., Glazovsky A.F., Lavrentiev I.I., Efimov Ya.O., Mamedov T.Ye. Study of glaciers in Russian Arctic for providing of iceberg safety of work on sea shelf. Neftianoe hoziaystvo. Oil Economy 2018, 10: 92–97 [In Russian]. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-10-92-97
  5. Bamber J.L. Ice/bed interface and englacial properties of Svalbard ice masses deduced from airborne radio echo-sounding data. Journ. of Glaciology. 1989, 35 (119): 30–37. https://doi.org/10.3189/002214389793701392
  6. Bentley C.R., Lord N., Liu C. Radar reflections reveal a wet bed beneath stagnant Ice Stream C and a frozen bed beneath ridge BC, West Antarctica. Journ. of Glaciology. 1998, 44 (146): 149–155. https://doi.org/10.3189/S0022143000002434
  7. Cacitua G., Urde J.A., Wiilson R., Leriaux T., Hernandez J., Rivera A. 50 MHz helicopter-borne data for determination of glacier thermal regime in the central Chilean Ands. Annals of Glaciology. 2015, 56 (70): 193–201. https://doi.org/10.3189/2015Ao670A953
  8. Chu W., Schroeder D.M., Seroussi H., Creyts T.T., Pal-mer S.J., Bell R.E. Extensive winter subglacial water storage beneath the Greenland Ice Sheet. Geophysical Research Letters. 2016, 43 (24): 12484–12492. https://doi.org/10.1002/2016GL071538
  9. Chu W., Hilger A.M., Culberg R., Schroeder D.M., Jordan T.M., Seroussi H., Young D.A., Blankenship D.D., Vaughan D.G. Multi-System Synthesis of Radar Sounding Observations of the Amundsen Sea Sector from the 2004–2005 Field Season. Journ. of Geophysical Research Earth Surface. 2021, 126: e2021JF006296. https://doi.org/10.1029/2021JF006296
  10. Chu W., Schroeder D.M., Seroussi H., Creyts T.T., Pal-mer S.J., Bell R.E. Extensive winter subglacial water storage beneath the Greenland Ice Sheet. Geophysical Research Letters. 2018, 123: 985–995. https://doi.org/10.1029/2017JF004561
  11. Daniels D.J. (ed.) Ground Penetrating Radar. 2nd Edition. The institution of electrical engineers. 2004: 723 p.
  12. Dowdeswell J.A., Gorman M.R., Glazovsky A., Macheret Yu.Ya. Airborne radio-echo sounding of the ice caps on Franz Josef Land in 1994. Materialy Glyatsiologicheskikh Issledovaniy. Data of Glaciological Studies. 1996, 80: 248–255.
  13. Fujita S., Holmlund P., Matsuoka K., Enomoto H. Fukui K., Nakazawa F., Sugiyama S., Surdyk S. Radar diagnosis of the subglacial conditions in Dronning Maud Land, East Antarctica. The Cryosphere. 2012, 6: 1203–1219. https://doi.org/10.5194/tc-6-1203-2012
  14. MacGregor J.A., Li J., Paden J.D., Catania G.A., Clow G.D., Fahnestock M.A., Gogineni S.P., Grimm R.E., Morlighem M., Nandi S., Seroussi H., Stillman D.E. Radar attenuation and temperature within the Greenland Ice Sheet. Journ. Geophys. Res. Earth Surf. 2015, 120: 983–1008. https://doi.org/10.1002/2014JF003418
  15. Modified Copernicus Sentinel data/Sentinel Hub. 2014. Retrieved from: https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser , Sinergise Ltd. (Last access: 26 January 2022)
  16. Pettersson R., Christoffersen P., Dowdeswell J.A., Pohjola V., Hubbar A. Strozz T. Ice thickness and basal conditions of Vestfonna Ice Cap, Eastern Svalbard. Geografiska Annaler Series A Physical Geography. 2011. 93: 311–322. https://doi.org/10.1111/j.1468-0459.2011.00438.x
  17. Rutishauser A., Blankenship D.D., Young D.A., Wolfenbarger N.S., Beem L.H., Skidmore M.L., Dubnick A., Criscitiell A.S. Radar sounding survey over Devon Ice Cap indicates the potential for a diverse hypersaline subglacial hydrological environment. The Cryosphere. 2022, 16: 379–395. https://doi.org/10.5194/tc-16-379-2022
  18. Schlegel R., Murray T., Smith A.M., Brisbourne A.M., Booth A.D., King E.C., Clark R.A. Radar derived subglacial properties and landforms beneath Rutford Ice Stream, West Antarctica. Journ. of Geophysical Research Earth Surface, 2022, 127: e2021JF006349. https://doi.org/10.1029/2021JF006349/
  19. Tulaczyk S.M., Foley N.T. The role of electrical conductivity in radar wave reflection from glacier beds. The Cryosphere. 2020, 14: 4495–4506. https://doi.org/10.5194/tc-14-4495-2020
  20. Van Wyk de Vries M., Wickert A.D. Glacier Image Velocimetry: an open-source toolbox for easy and rapid calculation of high-resolution glacier velocity fields. The Cryosphere. 2021, 15: 2115–2132. https://doi.org/10.5194/tc-15-2115-2021
  21. Vasilenko E.V., Machio F., Lapazaran J.J., Navarro F.J., Frolovsky K. A compact lightweight multipurpose ground-penetrating radar for glaciological applications. Journ. of Glaciology. 2011, 57 (206): 1113–1118. https://doi.org/10.3189/002214311798843430
  22. Willis M.J., Zheng W., Durkin IV W.J., Pritchard M.E., Ramage J.M., Dowdeswell J.A., Benham T.J., Bassford R.P., Stearns L.A., Glazovsky A.F., Macheret Y.Y., Porter C.C. Massive destabilization of an Arctic ice cap. Earth and Planetary Science Letters. 2018, 502: 146–155. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2018.08.049
  23. Zheng W., Pritchard M.E., Willis M.J., Stearns L.A. The possible transition from glacial surge to ice stream on Vavilov Ice Cap // Geophysical Research Letters. 2019, 46: 13892–13902. https://doi.org/10.1029/2019GL084948

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (1MB)
3.

Download (2MB)
4.

Download (418KB)
5.

Download (264KB)
6.

Download (5MB)
7.

Download (1MB)

Copyright (c) 2023 А.Ф. Глазовский, Н.А. Кабанов, Ю.Я. Мачерет, А.М. Солдатенко

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».