Earth Sciences Research Journal

Seismic properties of the permafrost layer using the HVSR method in Seymour-Marambio Island, Antarctica

ABSTRACT Authors have calculated the H/V spectral ratios using seismic-noise recordings in the uppermost layers north of the Seymour-Marambio Island, Antarctic. Sixty-seven seismic site-response measurements near and far from the Argentinean Marambio Base runway suggest geotechnical works on the uppermost sedimentary layers due to maintenance, landing, and taxi of large loads and aircraft during decades could contribute to changes in their seismic dynamic response. Two horizontal images of V, V, and VJ V ratios at 1.0 m and 35.0 m depth show lateral variations in the permafrost properties. Authors interpret that permafrost is emplaced in rocks with different porosities and contrasting fluids saturation at those depths. In shallow strata, the saturation of gases affects mainly the elastic properties. In deeper strata, where the location of water reservoirs is detected, the primary mechanism of seismic dissipation is anelastic.

RESUMEN En este trabajo se presentan estimaciones de relaciones espectrales H/V utilizando registros de ruido sísmico en las capas superiores al norte de la isla Seymour-Marambio, en la Antártida. Sesenta y siete mediciones de respuesta sísmica del sitio cerca y lejos de la pista de la Base Marambio, Argentina, sugieren que los trabajos geotécnicos en las capas sedimentarias superiores debido al mantenimiento, aterrizaje y rodaje de grandes cargas y aeronaves durante décadas podrían contribuir a cambios en su respuesta dinámica sísmica. Dos imágenes horizontales de relaciones Vp, Vs y Vp/Vs a 1,0 my 35,0 m de profundidad muestran variaciones laterales en las propiedades del permafrost. Interpretamos que el permafrost se emplaza en rocas con diferentes porosidades y saturación de fluidos a esas profundidades. En estratos someros, la saturación de gases afecta principalmente a las propiedades elásticas. En estratos más profundos, donde se esperan reservorios de agua, el principal mecanismo de disipación sísmica es inelástico.

Rigorous spherical bearing with Soldner coordinates and azimuth angles on sphere

ABSTRACT Meridian systems, called Soldner coordinates (parallel coordinate) systems, have found wide application in geodesy. In particular, the meridian system constitutes a suitable base for the Gauss-Kruger projection of the ellipsoid and the sphere. Soldner coordinates can be used in Cassini-Soldner projection without any processing. As it is known, the directions of the edges are shown with azimuth angles in the geographic coordinate system and the bearing angles in the Soldner coordinate system. Bearing or azimuth angles are frequently used in geodetic calculations. These angles give the direction of sides in the clockwise direction from a certain initial direction. Both angle values range from 0 to 360 degrees and are usually calculated from the arctan function. But the arctan function returns an angle value between -90 and +90 degrees. Therefore, it is necessary to analyze the quarter for the angle found. For practical computations, the quadrants of the arctangents are determined by the signs of the numerator and denominator in the tangent formulas. Determining the quarter of the angles is done with if.., then..., end..., blocks on the computer. It should be noted that each comparison requires a separate processing time. This study will be given how to calculate both bearing and azimuth angles with direct formulas without any need to examine them. In addition, a solution proposal will be given against the division by zero errors in the bearing and azimuth angles calculations.

RESUMEN Los sistemas meridianos, llamados coordenadas de Soldner (coordenadas paralelas), han gozado de una amplia aplicación en geodesia. En particular, el sistema meridiano constituye una base adecuada para la proyección de Gauss-Kruger del elipsoide y la esfera. Las coordenadas de Soldner se pueden usar en la proyección Cassini-Soldner sin ningún procesamiento. Como es conocido, las direcciones de los bordes se muestran como el ángulo acimut en el sistema geográfico de coordenadas y los ángulos rumbo en el sistema de coordenadas de Soldner. Los ángulos rumbo y acimut se usan frecuentemente en los cálculos geodéticos. Estos ángulos dan la dirección de los lados en el sentido del reloj desde una dirección inicial específica. Ambos ángulos van de 0 a 360 grados y usualmente se calculan desde la función arctan. El resultado de la función arctan, sin embargo, está en el rango de -90 y +90 grados. Además, es necesario analizar el cuartil del ángulo resultado. Para computaciones prácticas, los cuadrantes de los arcotangentes se determinan por los signos del numerador y denominador en las fórmulas tangentes. La determinación de los cuartiles de los ángulos se hace en el computador con los bloques si..., entonces..., y fin... Se debe tener en cuenta que cada comparación requiere un tiempo de procesamiento por separado. Este estudio presenta cómo calcular los ángulos rumbo y acimuth con formulas directas sin necesidad de examinarlas. Adicionalente, se dará una propuesta de solución frente a la división por cero errores en el cálculo de los ángulos de rumbo y acimut.

The performance evaluation of PPK and PPP-based Loosely Coupled integration in wooded and urban areas

ABSTRACT In this study, the authors conducted a series of test measurements in wooded and urban areas and analyzed the results for three main objectives. The first objective is to compare the execution of the Loosely Coupled (LC) and satellite-based solutions in terms of accuracy. Compared to satellite-based solutions, the findings confirmed that the LC-based solutions enhanced accuracy by 1 cm in position and 6-7 cm in height components in the wooded area. In the urban area, LC-based solutions improved the position and height accuracies up to 6 cm and 44 cm, respectively. Also, LC-based solutions bridged the gaps and created a seamless solution in which the gaps reach almost 30% in the urban area trajectory. Secondly, the authors investigated the performance of the GPS-based and GNSS-based solutions. In the wooded area, the GNSS-based solution delivered 2 cm better accuracy in both position and height components than the GPS-based solution. In the urban area, the GNSS-based solution improved the accuracies up to 8 and 36 cm in position and height components, respectively. Also, the solution availability of the GNSS-based process is 10% better than the GPS-based solution. The third objective of this study is to test the performance of the PPP and PPK-based solutions in the two test areas. PPK-based solutions outperformed only 2 cm in position and height components compared to the PPP-based in the wooded area; however, in the urban area, the PPK-based solution improved the accuracies 4-5 dm and 1.1-1.5 meter level in position and height components, respectively. These results indicate that the PPP-based solutions offer a similar level of accuracy to the PPK-based solutions in the wooded area where the satellite visibility is high throughout the trajectory. However, the PPK-based solution provided better positioning accuracies in the urban environment with limited satellite visibility.

RESUMEN En este estudio los autores presentan series de mediciones de prueba en áreas arborizadas y en áreas urbanas y analizan los resultados a la luz de tres objetivos. El primero de estos objetivos es comparar las soluciones de un sistema débilmente acoplado y las satelitales en términos de precisión. Los resultados muestran que las soluciones satelitales, en comparación con las soluciones del sistema débilmente acoplado, mejoraron la precisión de posición en 1 cm y entre 6 y 7 cm en componentes de altura para la zona arborizada. En el área urbana las soluciones del sistema débilmente acoplado mejoraron la precisión de la posición hasta en 6 cm y la altura hasta en 44 cm. También el sistema débilmente acoplado abarca los vacíos de información y crea una solución constante para estos vacíos, que alcanzan hasta el 30 % en la trayectoria del área urbana. Los autores investigaron el desempeño de las soluciones de GPS y de GNSS en segunda instancia. En el área arborizada la solución GNSS presentó una mejora de 2 cm en la precisión para los componentes de posición y altura sobre la solución GPS. En el área urbana la solución GNSS mejoró la precisión de posición en 8 cm y la de altura en 36 cm. También la solución de disponibilidad del proceso GNSS es 10 % mejor que la solución GPS. El tercer objetivo de este estudio es evaluar el desempeño de las soluciones de posicionamiento preciso trente a las soluciones de postproceso cinemático en las dos áreas. Las soluciones de postproceso cinemático consiguieron mejores resultados de solo 2 cm en los componentes de posición y altura frente al posicionamiento preciso en el área arborizada; sin embargo, las soluciones de postproceso cinemático mejoraron la precisión entre 40 y 50 cm en posición y entre 1.1 y 1.5 metros en altura en el área urbana. Estos resultados indican que las soluciones de posicionamiento preciso ofrecen un nivel de precisión similar a las postproceso cinemático en el área arborizada cuando la visibilidad del satélite es alto a través de la trayectoria. Pero las soluciones provistas por el sistema de postproceso cinemático son más precisas en el ambiente urbano con condiciones de visibilidad satelital limitada.

Life on Mars (Lo Mars): History, advances, current research, and perspectives

ABSTRACT A quest for life on Mars (Lo Mars) started in the early 1960s when the most prestigious scientific journals published several research articles. According to Elsevier's Scopus database, the rise in annual literature production started in the late 1990s, most likely associated with the launch of the National Aeronautics and Space Administration's (NASA) first rover, Sojourner, in 1996. The number of articles on Mars will likely continue to rise sharply, given that the launch and landing of the Mars 2020 Perseverance Rover are critical to discovering and understanding the present or past life on the planet. Thus far, the USA has dominated in the number of citations and collaborations related to Mars research, given its facilities equipped with relevant infrastructure and researchers' capacity to explore the Solar System beyond Earth. Most of these frequently cited papers report observational and theoretical research results. However, a highly cited article is based on analytical studies of a unique Martian meteorite (i.e., Allan Hills 84001) found in Antarctica. It is expected that the future sample return mission associated with the Perseverance Rover caching system could increase the LoMars research exponentially in the coming decades if Martian samples are successfully brought to Earth. Based on the total number of publications on LoMars, the most influential institute, the author, and the journal are Caltech, C.P. McKay, and Icarus, respectively. Both the institute and the author are directly affiliated with NASA, indicating the leadership offered by the organization in LoMars research.

RESUMEN Las preguntas sobre la vida en Marte comenzaron en los años sesenta cuando varios artículos de investigación se publicaron en las revistas científicas más prestigiosas. De acuerdo con la base de datos de Elsevier, el aumento en la producción literaria sobre este tema comenzo a finales de los noventas, debido al lanzamiento del Sojourner, el primer astromóvil de la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA). Es previsible que el número de artículos sobre Marte continuará creciendo debido a que el lanzamiento y amartizaje del astromóvil Perseverance en 2020 es determinante en el descubrimiento y exploración del pasado y presente de este planeta. Los Estados Unidos han dominado en número de citaciones y colaboraciones relacionadas a la investigación de Marte, dada sus instalaciones equipadas con infraestructura relevante y con investigadores capacitados para explorar el sistema solar más allá de la Tierra. La mayoría de estos artículos, frecuentemente citados, presentan el resultado de investigaciones teóricas y de observación. Sin embargo, uno de estos trabajos se basa en los estudios analíticos del único meteórito proveniente de Marte y que fue hallado en la Antártida. Se prevee que el sistema de toma de muestras del Perseverance Rover incrementará exponencialmente la investigación sobre la vida en Marte en las próximas décadas siempre y cuando estas muestras puedan traerse a la Tierra. Con base en el número total de estudios sobre la vida en Marte, el instituto Caltech, el autor C.P. McKay y la publicación Icarus son las más influyentes de la materia. Tanto el instituto como el autor están afiliados directamente con la NASA, lo que indica el liderazgo ofrecido por la organización en las investigaciones sobre la vida en Marte.

Role of Ocean-Atmosphere Interface in Annual and Semiannual SST Cycles in the Indian Ocean

ABSTRACT A long-term analysis of temperature can be used to describe the main mechanisms that operate at the surface of the ocean. The average sea surface temperature (SST) contour plots for the Indian Ocean are produced based on the World Ocean Atlas Data Set (1994). SST, together with the independent variables wind (Wx, zonal component of pseudo-stress wind and Wy, meridional component of pseudo-stress wind), net-down-fresh-water-flow (NDFF), and Ekman pumping, are included in a multiple regression analysis to define the relative importance of each one of these variables in the physical processes at the surface of the Indian Ocean. The NDFF data set is based on COADS (Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set). The wind data is obtained from the Florida State University (FSU). The harmonic terms of the variables are calculated, which is considered to be stationary and expressed by a Fourier series as a cosine function. The harmonic terms are multiplied by the maximum amplitude of the variables and then added to their mean annual values. The isotherms are mainly meridional along the western boundary, but zonal in the southern Indian Ocean. The annual component is seen to have a maximum in July, Summer Monsoon (SW Monsoon) and a minimum in January, during the Winter Monsoon (NE Monsoon). The amplitude of the semiannual component is smaller, with two maxima in May and October and two minima in February and August. The small magnitude of these residuals errors is an indication that the temperature variability during this period and for this area can be explained reasonably well by the two harmonic terms. In the Arabian Sea, the final regression equations for SST variability show that it is mainly affected by the Wx, Ekman pumping and NDFF. For most of the areas of the Bay of Bengal, as well as for most of the locations in the southern tropical Indian Ocean, the entered independent variables can explain SST. Two components fit to observation can be used to predict SST together with the regression equations. Although harmonic analysis can be used to study SST variability, a multiple regression analysis is required to identify and quantify the variables related to areas of large annual and semiannual variability. Different techniques are therefore used together to provide more reliable results in SST configuration in the Indian Ocean.

RESUMEN Este trabajo parte de la posiblidad de utilizar un análisis a largo plazo de la temperatura para describir los principales mecanismos que operan en la superficie del océano. Los diagramas de contorno de la temperatura promedio de la superficie del mar (TSM) para el Océano Índico se produjeron con base en el World Ocean Atlas Data Set (1994). El TSM, junto con las variables independientes viento (Wx, componente zonal del viento de pseudo-estrés y Wy, componente meridional del viento de pseudo-estrés), flujo neto de agua dulce (NDFF) y bombeo de Ekman se incluyeron en un análisis de regresión múltiple para definir la importancia relativa de cada una de estas variables en los procesos físicos en la superficie del Océano Índico. El conjunto de datos NDFF se basó en el COADS (Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set). Los datos de viento se obtuvieron de la Universidad Estatal de Florida (FSU). Se calcularon los términos armónicos de las variables, que se consideran estacionarios y se expresaron mediante una serie de Fourier como función coseno. Los términos armónicos se multiplicaron por la amplitud máxima de las variables y luego se sumaron a sus valores medios anuales. Las isotermas son principalmente meridionales a lo largo del límite occidental, pero zonales en el sur del Océano Índico. Se considera que el componente anual tiene un máximo en julio, monzón de verano (monzón del SW) y un mínimo en enero, durante el monzón de invierno (monzón del NE). La amplitud del componente semestral es menor, con dos máximos en mayo y octubre y dos mínimos en febrero y agosto. La pequeña magnitud de estos errores residuales es una indicación de que la variabilidad de la temperatura durante este período y para esta área puede explicarse razonablemente bien por los dos términos armónicos. En el Mar Arábigo las ecuaciones de regresión finales para la variabilidad de la SST muestran que se ve afectada principalmente por el Wx, el bombeo de Ekman y el NDFF. Para la mayoría de las áreas de la Bahía de Bengala, así como para la mayoría de las ubicaciones en el sur del Océano Índico tropical, las variables independientes ingresadas pueden explicar la TSM. Se pueden usar dos componentes ajustados a la observación para predecir la TSM junto con las ecuaciones de regresión. Aunque el análisis armónico se puede utilizar para estudiar la variabilidad de la TSM se requiere un análisis de regresión múltiple para identificar y cuantificar las variables relacionadas con áreas de gran variabilidad anual y semestral. Por lo tanto, se utilizan diferentes técnicas para proporcionar resultados más confiables en la configuración de la TSM en el Océano Índico.

Geological education scenario in India and role of open educational resources in the light of COVID-19 pandemic

ABSTRACT Geological education plays a major role in the social, economic, and cultural growth and development of any country. India is a vast diversified country with wide-ranging geological features, consisting of rocks of all geological ages with well-developed physiographic divisions. The Indian lithospheric plate is a storehouse of vast georesources and also serves as a natural field laboratory for developing and testing numerous geological principles. The exploration of Indian georesources began in the past; with the organized exploration began way back in the 1830s. The number of institutions offering geological education is, however, comparatively low. Thus, Geology as a science discipline is less popular in comparison with other science subjects such as Physics, Chemistry, Zoology, Botany, and Environmental science, based on enrolment data of the learners enrolled in academic sessions from 2011-2012 to 2018-2019 of the Master's degree programs. Analysis indicates that teaching-learning resources of foreign origin are dominantly being adopted as learning resources in the teaching-learning pedagogy of degree programs in Geology, and are over-riding those of Indian origin. The COVID-19 pandemic is affecting geological education in two ways namely, the disruption of conventional (face-to-face) teaching together with not allowing learners of Geology programs to complete their compulsory out-door geological fieldwork assignments. The analysis of data gathered by an online questionnaire survey shows that the use of indigenous open educational resources in Geology appears as a plausible solution to overcome the learning barriers created by the COVID-19 pandemic, and also to enrich teaching-learning resources of Indian origin. This article provides an up-to-date detailed account of the necessity and evolution of geological education, the current popularity of Geology as a science discipline, the nature of available geological teaching-learning resources, the impact of the COVID-19 on geological education, and the role of open educational resources in providing quality and equitable geological education, whilst removing educational barriers created by COVID-19 in India.

RESUMEN La educación geológica juega un papel importante en el desarrollo y en el crecimiento social, económico y cultural de cualquier país. La India es un país vasto y diverso y con un amplio rango de características geológicas que consiste en rocas de todas las edades geológicas y divisiones fisiográficas bien desarrolladas. La placa litosférica india es un depósito de grandes georecursos y también sirve como un laboratorio de campo para el desarrollo y evaluación de numerosos principios geológicos. La exploración organizada de los georrecursos indios comenzó en la década de 1830. El número de instituciones que ofrecen educación geológica es, sin embargo, comparativamente bajo. De este modo, la geología es una ciencia disciplinar menos popular en comparación con otras materias de estudio como la física, la química, la zoología, la botánica y la ciencia ambiental, con base en la información de inscripciones de los estudiantes en los programas de maestría para los períodos de 2011-2012 hasta 2018-2019. El análisis indica que los recursos foráneos de enseñanza-aprendizaje son adoptados dominantemente como los recursos de aprendizaje en la pedagogía de los programas de pregrado en Geología y superan aquellas de origen indio. La pandemia del covid-19 está afectando la educación geológica en dos vías especificamente: la disrupción de la enseñanza convencional (presencial) junto con no permitir a los estudiantes de los programas de geología completar sus tareas obligatorias de trabajo de campo. El análisis de la información recopilada por una encuesta digital muestra que el uso de recursos educativos nativos abiertos en geología es una solución posible para superar las barreras de aprendizaje creadas por la pandemia, y también enriquecen los recursos de enseñanza-aprendizaje de origen indio. Este artículo provee un recuento detallado y actualizado de la necesidad y evolución de la educación geológica, la actual popularidad de la geología como una ciencia disciplinar, la naturaleza de los recursos disponibles de enseñanza-aprendizaje, el impacto de la pandemia del covid-19 en la educación geológica, y el rol de los recursos pedagógicos para proveer educación geológica equitativa y de calidad mientras se remueven las barreras educativas creadas por la pandemia en India.

A detection method of urban underground geological anomalies in the United Kingdom based on feature fusion

ABSTRACT Engineering geological conditions include the nature of rock and soil, geological structure, landform, hydrogeological conditions, and adverse geological processes. Among them, faults, fissures, folds, karst, and lithology changes seriously affect the safety and construction cost of mountain tunnels, hydraulic tunnels, and other projects. For this reason, a new method based on feature fusion is proposed to detect the geological anomalies in London and Sheffield. It established a 3D raster data model oriented to attribute information modeling and visualization of urban underground space to obtain geological data. Based on this acquired data, authors adopted the feature-level fusion extraction method based on the multi-attribute geological abnormal body to extract, fuse, fill and surface the multi-attribute data of underground space geological data. Smooth processing can realize the detection of abnormal geological bodies in underground space. It has been proved that this method can be used in geological data display, feature extraction, feature fusion, and abnormal physical examination.

RESUMEN Las condiciones de ingeniería geológica incluyen la naturaleza de rocas y suelo, estructura geológica, formas de la tierra, condiciones hidrogeológicas y procesos geológicos adversos. Entre estas condiciones las fallas, fisuras, plegamientos, kársticos y los cambios de la litología afectan seriamente la seguridad y los costos de producción de túneles en montañas, túneles hidráulicos y otros proyectos. Por esta razón, este trabajo propone un nuevo método basado en la fusión de características para detectar las anomalías geológicas en Londres y Sheffield, en el Reino Unido. Este método parte de un modelo de datos de trama 3D para realizar un modelado de información y visualización del espacio urbano subterráneo con el fin de obtener información geológica. Con base en esta información adquirida, los autores adoptaron el método de extraccción de fusión de características con base en los multiatributos geológicos de un cuerpo anormal para extraer, fusionar, llenar y normalizar la información multiatributos del espacio urbano subterráneo. En el proceso de suavizado se pueden detectar los cuerpos anormales en el espacio subterráneo. Los resultados prueban que este método puede usarse en la presentación de información geológica, en las características de extracción, características de fusión, y en la examinación física de los cuerpos.

Mineral composition of Albazinskoe deposit ores as an indicator of its belonging to the gold-rare metallic ore-formational type

ABSTRACT The paper presents new data on mineral composition and geochemical peculiarities of ores from the Albazinskoe gold-bearing deposit (Khabarovsk region, Far East of Russia). Excepting earlier known ore minerals represented by sulfides of iron, arsenic, lead, zinc, and copper, authors have established about two tens of ore minerals, new for this deposit. Among them are sulfides of antimony, bismuth and molybdenum, native bismuth, copper, nickel, silver, tellurides of bismuth, cobalt sulphoarsenite, nickel sulphoantimonite, silver sulphobismuthites, lead-antimony-bismuth sulphosalts, oxides of tin, titanium, tungsten and some others. The revealed specificity of the ores' material composition indicates this deposit belongs to the gold-rare metallic ore-formational type. The sets of geological and structural data show that gold-bearing deposits of this ore-formational type are spatially and genetically associated with the granitoid magmatism, which is exhibited within transform continental margin and related to the geodynamic mode of sliding of the continental and oceanic lithospheric plates.

RESUMEN Este artículo presenta nueva información sobre la composición mineral y las características geoquímicas del depósito aurífero de Albazinskoe (región de Jabárovsk, extremo oriente de Rusia). A excepción de vetas minerales conocidas previamente y representadas por sulfuros de hierro, arsénico, plomo, zinc y cobre, los autores encontraron una veintena de minerales nuevos para este depósito. Entre estos se cuentan los sulfuros de antimonio, bismuto y molibdeno, bismuto autóctono, cobre, níquel, plata, telurios de bismuto, sulfoarsenito de cobalto, sulfoantimonita de níquel, sulfobismutitas de plata, sulfosales de plomo-antimonio-bismuto, óxidos de estaño, titanio, tungsteno, entre otros. Las características encontradas en la composición de los materiales de mena indican que este depósito pertenece al tipo formativo de mineral metálico poco común de oro. La configuración de información geológica y estructural muestra que los depósitos auríferos de este tipo están espacial y genéticamente asociados con el magmatismo granitoide, el cual se observa en el margen de transformación continental y que se relaciona con el modo geodinámico de deslizamiento de las placas litosféricas continentanles y oceánicas.