Cryoseismology of the severnaya zemlya archipelago – the first results of permanent monitoring

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

We present the first results of local seismicity monitoring of the Severnaya Zemlya archipelago for the end of 2016 to 2023, recorded by a single permanent seismic station installed on Bolshevik Island. 73 local seismic events with P- and S-phases have been identified. The possibility of their sorting (earthquake or icequake) by comparing their waveforms and time-frequency analysis with regional earthquakes that occurred in the archipelago area is considered. The spatial and temporal sequence and migration rate of the events show that glacial-type events can be the result of stress discharge in glaciers under the impact of shallow crustal earthquakes within a radius of ~30 km. It is shown how, given the difficulty of deploying a seismic network, even a single permanent seismic station can provide useful information on glacial and crustal earthquakes.

Full Text

Restricted Access

About the authors

G. N. Antonovskaya

Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: essm.ras@gmail.com
Russian Federation, Arkhangelsk

Ya. V. Konechnaya

Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Geophysical Survey, Russian Academy of Sciences

Email: essm.ras@gmail.com
Russian Federation, Arkhangelsk; Obninsk

N. K. Kapustian

Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: essm.ras@gmail.com
Russian Federation, Arkhangelsk

E. R. Morozova

Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: essm.ras@gmail.com
Russian Federation, Arkhangelsk

References

  1. Акимов А.П., Красилов С.А. Программный комплекс WSG “Система обработки сейсмических данных”. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 20206646٧8 от 16.11.2020 г.
  2. Антоновская Г.Н., Ковалев С.М., Конечная Я.В., Смирнов В.Н., Данилов А.В. Новые сведения о сейсмичности российской Арктики по данным пункта сейсмических наблюдений “Северная Земля” // Проблемы Арктики и Антарктики. 2018. Т. 64. № 2(116). С. 170–181. doi: 10.30758/0555-2648-2018-64-2-170-181
  3. Атлас “Геология и полезные ископаемые шельфов России” / Гл. ред. М.Н. Алексеев. М.: Научный мир, 2004. 279 c.
  4. Богородский П.В., Макштас А.П., Кустов В.Ю. Первые результаты мерзлотных наблюдений на НИС “Ледовая база “Мыс Баранова” // Исследование природной среды высокоширотной Арктики на НИС “Ледовая база “Мыс Баранова” / Под общей редакцией А.П. Макштаса и В.Т. Соколова. СПб.: ААНИИ, 2021. С. 184–193.
  5. Бузин И.В., Глазовский А.Ф., Май Р.И., Миронов Е.У., Нестеров А.В., Наумов А.К., Гудошников Ю.П. Исследование динамики и морфометрии ледников и айсбергов и прикладное использование полученных результатов при освоении углеводородных месторождений на континентальном шельфе Российской Арктики // Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. 2020. Т. 3-4(107-108). С. 21–37.
  6. Быков В.Г. Предсказание и наблюдение деформационных волн Земли // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 3. С. ٧21–٧54. doi: 10.5800/GT‐2018‐9‐3‐0369
  7. Верниковский В.А., Добрецов Н.Л., Метелкин Д.В., Матушкин Н.Ю., Кулаков И.Ю. Проблемы тектоники и тектонической эволюции Арктики // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 8. С. 1083–110٧.
  8. Виноградов Ю.А., Федоров А.В., Баранов С.В., Асминг В.Э., Федоров И.С. О выделении айсбергообразующих льдотрясений по сейсмоинфразвуковым данным // Лед и снег. 2021. Т. 61. № 2. https://doi.org/10.31857/S2076673421020087.
  9. Голубев В.Н. Современные колебания ледникового купола Вавилова на Северной Земле // Материалы гляциологических исследований. 1998. Вып. 85. С. 196–204.
  10. Каминский В.Д. Глубинное строение Центрального Арктического бассейна / Автореф. дисс. … доктора геол.-мин. наук. СПб., 2009. 47 с.
  11. Каталог ледников СССР / Отв. ред. О.Н. Виноградов. 1980. Т. 16. Вып. 1. 81 с.
  12. Котляков В.М. Ледники // Большая российская энциклопедия 2004–201٧.
  13. https://bigenc.ru/geology/text/5556912? (Дата обращения 05.02.2024).
  14. Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов / Отв. ред. акад. РАН В.В. Адушкин. М.: ГЕОС, 2016. 424 с.
  15. Малышев Н.А., Никишин В.А., Никишин А.М., Обметко В.В., Мартиросян В.Н., Клещина Л.Н., Рейдик Ю.В. Новая модель геологического строения и истории формирования Северо-Карского осадочного бассейна // Доклады Академии наук. 2012. Т. 445. № 1. С. 50–54. http://www.evgengusev.narod.ru/tecto/malyshev-2012.pdf
  16. Морозов А.Н., Ваганова Н.В., Асминг В.Э., Евтюгина З.А. Шкала ML для западной части Евразийской Арктики // Российский сейсмологический журнал. 2020. Т. 2. № 4. С. 63–68. doi: 10.35540/2686-7907.2020.4.06.
  17. Репина И.А., Артамонов А.Ю., Варенцов М.И., Хавина Е.М. Взаимодействие атмосферы и океана в Северном Ледовитом океане по данным измерений в летне–осенний период // Российская Арктика. 2019. № 7. С. 49–61. doi: 10.24411/2658-4255-2019-100٧5.
  18. Ружич В.В., Псахье С.Г., Черных Е.Н., Борняков С.А., Гранин Н.Г. Деформации и сейсмические явления в ледяном покрове озера Байкал // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 3. С. 289–299.
  19. Сочнев О.Я., Корнишин К.А., Тарасов П.А., Сальман А.Л., Глазовский А.Ф., Лаврентьев И.И., Ефимов Я.О., Мамедов Т.Э. Исследование ледников российской Арктики для обеспечения айсберговой безопасности работ на шельфе // Нефтяное хозяйство. 2018. № 10. С. 92–97. doi: 10.24887/0028-2448-2018-10-92-97
  20. Федоров А.В., Асминг В.Э., Баранов С.В., Виноградов А.Н., Евтюгина З.А., Горюнов В.А. Сейсмологические наблюдения за активностью ледников архипелага Шпицберген // Вестник МГТУ. 2016. Т. 19. № 1/1. С. 151–159.
  21. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов: Общая и прикладная // Изд. стереотип. 2019. 446 с.
  22. Шапошников В.М., Александров А.В., Матанцев Р.А., Ивановская О.Д. Анализ айсберговой опасности на Северном морском пути на примере газовозов // Арктика: экология и экономика. 2017. № 2(26). С. 76–81.
  23. Antonovskaya G.N., Basakina I.M., Vaganova N.V., Kapustian N.K., Konechnaya Y.V., Morozov A.N. Spatiotemporal Relationship between Arctic Mid-Ocean Ridge System and Intraplate Seismicity of the European Arctic // Seismolog. Res. Lett. 2021. V. 92. № 5. P. 2876–2890. https://doi.org/10.1785/0220210024.
  24. Arctic Petroleum Geology. Geological Society Memoir 35 / Eds A.M. Spencer, A.F. Embry, D.L. Gautier, A.V. Stupakova, K. Sørensen. London: Geological Society, 2011. 661 р. doi: 10.1144/M35.21
  25. Aster R., Winberry J. Glacial seismology // Reр. Prog. Phys. 2017. V. 80(126801). 39 р.
  26. doi: 10.1088/1361-6633/aa8473.
  27. Berg B., Bassis J. Crevasse advection increases glacier calving // Journal of Glaciology. 2022. P. 1–10. doi: 10.1017/jog.2022.10
  28. Blankenship D.D., Anandakrishnan S., Kempf J.L., Bentley C.R. Microearthquakes Under and Alongside Ice Stream B, Antarctica. Detected By A New Passive Seismic Array // Annals of Glaciology. 1987. V. 9. Р. 30–34. DOI: https://doi.org/10.3189/S0260305500200712
  29. Deichmann N., Ansorge J., Scherbaum F., Aschwanden A., Bernardi F., Gudmundsson G.H. Evidence for deep icequakes in an Alpine glacier // Annals of Glaciology. 2000. V. 31(1). P. 85–90. doi: 10.3189/172756400781820462
  30. Dowdeswell J.A., Gorman M.R., Bassford R.P., Williams M. et al. Form and flow of the Academy of Sciences Ice Cap, Severnaya Zemlya, Russian High Arctic // J. of Geophys. Res. 2002. V. 107(B4). P. 1–16. doi: 10.1029/2000jb000129
  31. Dowdeswell J.A., Williams M. Surge-type glaciers in the Russian High Arctic identified from digital satellite imagery // Journal of Glaciology. 1997. V. 43(145). P. 489–494. doi: 10.3189/S0022143000035097
  32. Ekström G., Nettles M., Abers G.A. Glacial earthquakes // Science. 2003. V. 302(5645). P. 622–624. doi: 10.1126/science.1088057
  33. Ekström G., Nettles M., Tsai V.C. Seasonality and increasing frequency of Greenland glacial earthquakes // Science. 2006. V. 311(5768). P. 1756–1758. doi: 10.1126/science.1122112
  34. ELRESS, Event Locator Seismological Software, 2021. Available from: http://www.krsc.ru/?q=en/EL (Last Accessed February 6, 2024)
  35. Engen Ø., Eldholm O., Bungum H. The Arctic plate boundary // J. of Geophys. Res. 2003. V. 108. № B2. 2075. doi: 10.1029/2002JB001809
  36. Fedorov A.V., Asming V.E., Jevtjugina Z.A., Prokudina A.V. Automated Seismic Monitoring System for the European Arctic // Seismic. Instruments. 2019. V. 55. P. 17–23.
  37. https://doi.org/10.3103/S0747923919010067
  38. Hudson T.S., Brisbourne A.M., Walter F., Graff D., White R.S., Smith A.M. Icequake source mechanisms for studying glacial sliding // J. of Geophys. Res.: Earth Surface. 2020. V. 125. e2020JF005627.
  39. https://doi.org/10.1029/2020JF005627
  40. Kawasaki I., Asai Y., Tamura Y. Space-time distribution of interpolate moment release including slow earthquakes and the seismo-geodetic coupling in the Sanriku-oki region along the Japan trench // Tectonophysics. 2001. V. 330. P. 267–283. doi: 10.1016/S0040-1951(00)00245-6
  41. Köhler A., Maupin M., Nuth C., Van Pelt W. Characterization of seasonal glacial seismicity from a single-station on-ice record at Holtedahlfonna, Svalbard // Annals of Glaciology. 2019. V. 60(79). doi: 10.1017/aog.2019.15
  42. Köhler A., Nuth C., Schweitzer J., Weidle C., Gibbons S.J. Regional passive seismic monitoring reveals dynamic glacier activity on Spitsbergen, Svalbard // Polar Research. 2015. V. 34:1. 26178. doi: 10.3402/polar.v34.26178
  43. Konstantinou K.I., Schlindwein V. Nature, wavefield properties and source mechanism of volcanic tremor: A review // J. Volcanol. Geotherm. Res. 2003. V. 119(1–4). P. 161–187. doi: 10.1016/S0377-0273(02)00311-6
  44. Kremenetskaya E., Asming V., Ringdal F. Seismic Location Calibration of the European Arctic // Pure and Applied Geophysics. 2001. V. 158. P. 117–128. https://doi.org/10.1007/PL00001151
  45. Lay T., Wallace T.C. Modern global seismology. San Diego, CA: Academic Press, 1995.
  46. Mikesell T.D., van Wijk K., Haney M.M., Bradford J.H., Marshall H.P., Harper J.T. Monitoring glacier surface seismicity in time and space using Rayleigh waves // J. of Geophys. Res. 2012. V. 117. F02020. doi: 10.1029/2011JF002259
  47. Moholdt G., Wouters B., Gardner A.S. Recent mass changes of glaciers in the Russian High Arctic // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39. P. 1–5. doi: 10.1029/2012gl051466
  48. Morozov A.N., Vaganova N.V., Asming V.E., Mikhailova Ya.A. Seismicity of the North of the Russian Plate: Relocation of Recent Earthquakes // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2018. V. 54. № 2. Р. 292–309. doi: 10.1134/S1069351318020143
  49. Morozov A.N., Vaganova N.V., Konechnaya Ya.V., Asming V.E., Dulentsova L.G., Evtyugina Z.A. Seismicity in the far Arctic areas: Severnaya Zemlya and the Taimyr Peninsula // Journal of Seismology. 2021. V. 25. Iss. 5. P. 1171–1188. doi: 10.1007/s10950-021-10032-1
  50. Ohta Y., Freymueller J.T., Hreinsdóttir S., Suito H.A. A large slow slip event and the depth of the seismogenic zone in the south central Alaska subduction zone // Earth and Planet. Sci. Lett. 2006. V. 247(1–2). P. 108–116. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2006.05.013
  51. O’Neel S., Marshall H.P., McNamara D.E., Pfeffer W.T. Seismic detection and analysis of icequakes at Columbia Glacier, Alaska // J. of Geophys. Res. 2007. V. 112. F03S23. doi: 10.1029/2006JF000595
  52. O’Neel S., Pfeffer W.T. Source mechanics for monochromatic icequakes produced duringiceberg calving at Columbia Glacier, AK // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. L22502. doi: 10.1029/2007GL031370
  53. Podolskiy E.A., Walter F. Cryoseismology // Rev. Geophys. 2016. V. 54. P. 708–758. doi: 10.1002/2016RG000526
  54. Pubellier M., Rossi P., Petrov O., Shokalsky S., St-Onge M., Khanchuk A., Pospelov I. Tectonic map of the Arctic / 1st ed., scale 1:10 000 000. St. Petersburg, Russia: VSEGEI Printing House, 2018. doi: 10.14683/2018TEMAR10M
  55. Sánchez-Gámez P., Navarro F.J., Dowdeswell J.A., De Andrés E. Surface velocities and calving flux of the Academy of Sciences Ice Cap, Severnaya Zemlya // Ice and Snow. 2020. V. 60(1). P. 19–28. doi: 10.31857/S2076673420010020
  56. Walter F., Canassy P.D., Husen S., Clinton J.F. Deep icequakes: what happens at the base of Alpine glaciers? // J. of Geophys. Res.: Earth Surface. 2013. V. 118. P. 1720–1728. doi: 10.1002/jgrf.20124
  57. West M.E., Larsen C.F., Truffer M., O’Neel S., Le Blanc L. Glacier microseismicity // Geology. 2010. V. 38(4). P. 319–322. doi: 10.1130/G30606.1
  58. Winter K., Lombardi D., Diaz‐Moreno A., Bainbridge R. Monitoring Icequakes in East Antarctica with the Raspberry Shake // Seismolog. Res. Lett. 2021. V. 92(5). P. 2736–2747. doi: 10.1785/0220200483

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Spatial distribution of seismic events in the area of ​​the Severnaya Zemlya archipelago on a fragment of the physical map (a) and the map of the main neotectonic and geomorphological elements of the Arctic (b) according to [Vernikovsky et al., 2013].

Download (505KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Waveforms for the Z-, N- and E-channels and the SWAN diagram for the Z-channel of the tectonic earthquake recorded by the SVZ station on March 31, 2022 in the area of ​​Komsomolets Island.

Download (374KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Location of seismic events in the area of ​​Oktyabrskoy Revolyutsii Island, Severnaya Zemlya Archipelago, on a fragment of the map of the main neotectonic and geomorphological elements of the Arctic (a) according to [Vernikovsky et al., 2013] and a histogram of the local magnitude of seismic events (b). See the legend in Fig. 1.

Download (230KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Waveforms for Z-, N- and E-channels and SWAN diagrams of local seismic events recorded by SVZ (a – group A, b – group B).

Download (737KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of events about the October Revolution.

Download (365KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Temporal variations in the migration of epicenters of events of groups A and B for 2017–2018 along the I–I´ line (a) and the frequency histogram of apparent velocities (b).

Download (139KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences