Physical properties of different sea ice types at ArcticNet, CFL and CASES ice stations, eastern Beaufort Sea

A study of the polarimetric backscattering response of newly formed sea ice types under a large assortment of surface coverage was conducted using a ship-based C-band polarimetric radar system. Polarimetric backscattering results and physical data for 40 stations during the fall freeze-up of 2003, 2006, and 2007 are presented. Analysis of the copolarized correlation coefficient showed its sensitivity to both sea ice thickness and surface coverage and resulted in a statistically significant separation of ice thickness into two regimes: ice less than 6 cm thick and ice greater than 8 cm thick. A case study quantified the backscatter of a layer of snow infiltrated frost flowers on new sea ice, showing that the presence of the old frost flowers can enhance the backscatter by more than 6 dB. Finally, a statistical analysis of a series of temporal-spatial measurements over a visually homogeneous frost-flower-covered ice floe identified temperature as a significant, but not exclusive, factor in the backscattering measurements.

Physical properties of sediments at DSDP Holes 78-541 and 78-543

Sediment cored within the Barbados subduction complex at Sites 541 and 542 are underconsolidated. Underconsolidation and changes in physical properties of the cored section can be related to excess pore water pressure that equals the lithostatic load at Site 542 and to major thrust faulting observed at Site 541. Apparently, the pore fluids within the subduction complex are absorbing the tectonic shock of underthrusting. Sediment sampled from the reference Site 543 on the adjacent Atlantic Plate are also underconsolidated. However, underconsolidation in Hole 543 is apparently due to the movement of excess nitrogen gas observed deeper in the hole. Excess gas was not observed at Sites 541 and 542.

The physical properties of basalt at DSDP Hole 45-395A

A detailed study has been made of the physical properties of core samples from Deep Sea Drilling Project Hole 395A. The properties include: density, porosity, compressional and shear wave velocity, thermal conductivity, thermal diffusivity, and electrical resistivity. Of particular importance are the relations among the parameters. Most of the variations in the basalt properties follow the porosity, with smaller inferred dependence on pore structure, original mineralogy differences, and alteration. The sample measurements give very similar results to (and extend previous data from) Mid-Atlantic Ridge drillholes, the sample data from this site and previous data are used to estimate relations between porosity and other large-scale physical properties of the upper oceanic crust applicable to this area. These relations are important for the analysis and interpretation of downhole logging measurements and marine geophysical data.

Physical properties of deep sea sediments

Erstmals quantitativ bearbeitete Rutschungen aus dem Tiefseebereich des äquatorialen Ostatlantiks liegen auf Hängen von 0,4 Grad und 0,7 Grad - das ist sehr viel flacher als die für statische Rutschungsauslösung benötigte kritische Hangneigung (14 Grad bis 16 Grad ). Im Gegensatz zu Flachwassergebieten kann bei Wassertiefen von über 4000 m natürlich der Einfluß von Wellenwirkung und Tidenhub auf die Hangstabilität vernachlässigt werden. Die Sedimentationsraten sind in diesem Bereich zur Bildung eines Porenwasserüberdruckes vielfach zu niedrig. Nach den Hangstabilitätsanalysen bilden hier Erdbeben den wirksamsten Auslösemechanismus für die Rutschungen. Dies gilt auch für Rutschungen an den Kontinentalrändern von Nordwest- und Westafrika sowie für das europäische Nordmeer und für Rutschungen im nördlichen Fidji-Becken. Das Alter der besonders gut datierten Rutschungen vom nordwestafrikanischen Kontinentalrand und der Tiefsee des äquatorialen Ostatlantiks schwankt zwischen 16,000 J.v.h. und 18,000 J.v.h. sowie etwa 130,000 J.v.h.. Es handelt sich dabei um Phasen des Beginns besonders starker Meeresspiegelschwankungen. Ein Vergleich der Meeresspiegelkurve mit dem Alter älterer Rutschungen zeigt ebenfalls eine Parallele mit Zeiten von Regressionen und Transgressionen. Durch die Meeresspiegelschwankungen werden isostatische Vertikalbewegungen des Tiefseebodens von bis zu 30 m bewirkt, die Spannungen in den Lithosphärenplatten erzeugen. Sie allein sind jedoch nicht groß genug, um Brüche in intakten Plattenbereichen zu verursachen. Entlang alter, ehemals aktiver Transform-Bruchzonen (Fracture Zones) können jedoch die aufgebauten Spannungen eher wieder abgebaut werden. Dabei entstehen kleinere Erdstösse und führen zur Auslösung von Rutschungen. Ein Vergleich der Verbreitung von Transform-Störungen und Rutschungen vor Norwegen, Nordwest- und Westafrika sowie vor dem südlichen Afrika zeigt, daß in diesen Gebieten Rutschmassen tatsächlich besonders häufig entlang und in der Verlängerung von Fracture Zones auftreten. Modellrechnungen, die mit typischen Werten für Hangwinkel (0,5 Grad bis 3 Grad) von Tiefseeböschungen und passive Kontinentalränder sowie für häufig ermittelte Scherfestigkeitsgradienten im Sediment (0,5 kPa/m bis 1,7 kPa/m) durchgeführt wurden, ergaben, daß in Gebieten mit normal konsolidierten Sedimenten (ohne Porenwasserüberdruck) nur Erdbeben Rutschungen ausgelöst haben können.

Summary of shipboard physical properties of mudstones, carbonates, and clastic at DSDP Holes 72-515B and 72-516F

Compressional-wave velocity, wet-bulk density, and porosity were measured on sediments and rocks recovered from Deep Sea Drilling Project Holes 515B and 516F. Wet-bulk densities were measured by both gravimetric and GRAPE methods. Velocities were measured on trimmed samples with the Hamilton frame velocimeter. The shipboard measurement techniques are discussed in the explanatory notes chapter (Coulbourn, this volume) and are described in detail by Boyce (1976a). Only the shipboard measurements are reported here.