aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2019-65-1-46-62aari-133Research ArticleГЛЯЦИОЛОГИЯ И КРИОЛОГИЯGLACIOLOGY AND CRYOLOGY OF THE EARTHПространственная изменчивость изотопного состава и скорости накопления снега на снегомерном полигоне станции Восток (Центральная Антарктида)Spatial variability of snow isotopic composition and accumulation rate at the stake farm of Vostok station (Сentral Antarctica)ЕкайкинА. А.EkaykinA. A.ekaykin@aari.ruВладимироваД. О.VladimirovaD. O.ТебеньковаН. А.TebenkovaN. A.БровковЕ. В.BrovkovE. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ВересА. Н.VeresA. N.КовязинА. В.KovyazinA. V.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

КозачекА. В.KozachekA. V.ЛиндренМ.LindrenM.ШибаевЮ. А.ShibaevYu. A.ПреображенскаяА. В.PreobrazhenskayaA. V.ЛипенковВ. Я.LipenkovV. YaГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институт; Санкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о ЗемлеРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research Institute; St. Petersburg State University, Institute of Earth SciencesRussian FederationГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian FederationСанкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о ЗемлеРоссияSt. Petersburg State University, Institute of Earth SciencesRussian FederationАО «Аэрогеодезия»РоссияAerogeodeziaRussian FederationДрезденский технический университетГерманияDresden Technical UniversityGermany2019080420196514662Copyright © Екайкин А.А., Владимирова Д.О., Тебенькова Н.А., Бровков Е.В., Верес А.Н., Ковязин А.В., Козачек А.В., Линдрен М., Шибаев Ю.А., Преображенская А.В., Липенков В.Я., 20192019Екайкин А.А., Владимирова Д.О., Тебенькова Н.А., Бровков Е.В., Верес А.Н., Ковязин А.В., Козачек А.В., Линдрен М., Шибаев Ю.А., Преображенская А.В., Липенков В.Я.Ekaykin A.A., Vladimirova D.O., Tebenkova N.A., Brovkov E.V., Veres A.N., Kovyazin A.V., Kozachek A.V., Lindren M., Shibaev Y.A., Preobrazhenskaya A.V., Lipenkov V.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/133

Изучение пространственного распределения скорости накопления и изотопного состава снега в различных масштабах на поверхности антарктического ледяного покрова критически важно для интерпретации палеоклиматических данных по глубоким ледяным кернам, для корректной оценки баланса массы ледяного щита и т.д. Впервые на основании большого объема геодезических, гляциологических и геохимических данных была детально изучена пространственная изменчивость изотопного состава и скорости накопления снега в районе станции Восток (Центральная Антарктида) в пространственном масштабе от 100 до 1000 м. Показано, что высота снежной поверхности и скорость накопления снега изученной территории существенно преобразованы влиянием проходящей здесь трассы санно-гусеничных походов между станциями Восток и Прогресс. В ненарушенной части данной территории выявлены квазипериодические колебания высоты поверхности с горизонтальными размерами порядка 400 м («мезодюны») и ассоциированные с ними аномалии изотопного состава и скорости накопления снега. Полученные результаты могут прояснить природу низкочастотного шума, наблюдаемого в климатических рядах, полученных по антарктическим ледяным кернам.

The knowledge of the spatial distribution of the snow accumulation rate and isotopic composition in different scales, from local to continental, over the Antarctic Ice Sheet is critically important for the interpretation of the paleoclimate data obtained from deep ice cores, for correct assessment of the ice sheet mass balance, etc. With this in mind, we have synthesized geodetic, glaciological and geochemical data collected in the vicinity of central Antarctic Vostok station in 1970–2017 in order to shed light on the processes governing the spatial distribution of snow isotopic composition and accumulation rate in the spatial scale from 100 to 1000 m. First, we have discovered that snow surface height and snow accumulation rate field are strongly affected by the influence of the logistic convoy route annually operating between Russian Antarctic stations Vostok and Progress. This influence is detectable up to 1 km leeward from the route. At the same time the isotopic composition of the upper 10 cm of the snow does not show any anomalies in the vicinity of the route. This is an unexpected result, because large anomalies of the ice sheet surface (e.g., megadunes) are known to affect the snow isotopic composition. Second, in the undisturbed part of the snow surface near Vostok station we have discovered quasi-periodic (with the wavelength of about 400 m) low-amplitude variations of the surface height that are covariant with the corresponding waves in snow accumulation and isotopic composition. We suggest that spatial variability of the snow isotopic composition is due to the different ratio of summer and winter precipitation deposited in different locations, as evident from a strong negative correlation between δD and dxs parameters. The results of this study may explain the nature of the low-frequency noise (with the time-scale from decades to centuries) observed in the climate records obtained from shallow and deep ice cores in central Antarctica.

Антарктидаизотопный составмезодюныпространственная изменчивостьснегонакоплениестанция ВостокAntarcticamesodunessnow accumulationspatial variabilitystable water isotopesVostok stationДанная работа была поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, грант № 17-05-01168. Авторы статьи благодарны руководству РАЭ за логистическое обеспечение гляциологических исследований в районе станции Восток, а также всем участникам 45-й, 52-й, 55-й, 60-й и 62-й РАЭ за содействие в полевых работах, в частности — Семену Радкевичу за помощь в нивелирной съемке и Алексею Маркову — за помощь в сборе снежных образцов. Мы также благодарим сотрудников LSCE, Института Нильса Бора и Таллинского геологического института за выполнение масс-спектрометрических измерений изотопного состава образцов.This work is financed by Russian Foundation for Basic Research grant 17-05-01168. The authors are grateful to the administration of Russian Antarctic Expedition (RAE) for logistical support of the glaciological program at Vostok, as well as to all the participants of the 45th, 52nd, 55th, 60th and 62nd RAE field seasons for assistance in field works, in particular to Semyon Radkevich for his help in geodetic observations, and to Alexey Markov for his help in snow samples collection. We also thank the staff of LSCE (France), Niels Bohr Institute (Denmark) and Tallinn Geological Institute (Estonia) for the mass-spectrometric measurements of the isotopic content in the snow samples.ReferencesЕкайкин А.А. Стабильные изотопы воды в гляциологии и палеогеографии. СПб.: ААНИИ, 2016. 63 с.Ekaykin A.A. Stabilnye isotopy vody i glaciologii i paleogeografii. Stable water isotopes in glaciology and palaeogeography. St. Petersburg: AARI, 2016: 63 p. [In Russian].Landais A., Casado M., Prie F., Magand O., Arnaud L., Ekaykin A., Petit J.R., Picard G., Fily M., Minster B., Touzeau A., Goursaud S., Masson-Delmotte V., Jouzel J., Orsi A. Surface studies of water isotopes in Antarctica for quantitative interpretation of deep ice core data // Comptes Rendus Geoscience. 2017. V. 349. P. 139–150.Landais A., Casado M., Prie F., Magand O., Arnaud L., Ekaykin A., Petit J.R., Picard G., Fily M., Minster B., Touzeau A., Goursaud S., Masson-Delmotte V., Jouzel J., Orsi A. Surface studies of water isotopes in Antarctica for quantitative interpretation of deep ice core data. Comptes Rendus Geoscience. 2017, 349: 139–150.IMBIE team. Mass balance of the Antarctic Ice Sheet from 1992 to 2017 // Nature. 2018. V. 558. P. 219–222.IMBIE team. Mass balance of the Antarctic ice sheet from 1992 to 2017. Nature. 2018, 558: 219–222.Van den Broeke M. et al. Greenland Ice Sheet Surface Mass Loss: Recent Developments in Observation and Modeling // Current Climate Change Reports. 2017. V. 3 (4). P. 345–356.Van den Broeke M. et al. Greenland ice sheet surface mass loss: recent developments in observation and modeling. Current Climate Change Reports. 2017, 3 (4): 345–356.Ekaykin A.A., Lipenkov V.Ya., Barkov N.I., Petit J.R., Masson-Delmotte V. Spatial and temporal variability in isotope composition of recent snow in the vicinity of Vostok Station: Implications for ice-core interpretation // Annals of Glaciology. 2002. V. 35. P. 181–186.Ekaykin A.A., Lipenkov V.Ya., Barkov N.I., Petit J.R., Masson-Delmotte V. Spatial and temporal variability in isotope composition of recent snow in the vicinity of Vostok Station: Implications for ice-core interpretation. Annals of Glaciology. 2002, 35: 181–186.Münch T., Kipfstuhl S., Freitag J., Meyer H., Laepple T. Regional climate signal vs. local noise: a two-dimensional view of water isotopes in Antarctic firn at Kohnen Station, Dronning Maud Land // Clim. Past. 2016. V. 12. P. 1565–1581.Münch T., Kipfstuhl S., Freitag J., Meyer H., Laepple T. Regional climate signal vs. local noise: a two-dimensional view of water isotopes in Antarctic firn at Kohnen Station, Dronning Maud Land. Clim. Past. 2016, 12: 1565–1581.Altnau S., Schlosser E., Isaksson E., Divine D. Climatic signals from 76 shallow firn cores in Dronning Maud Land, East Antarctica // The Cryosphere. 2015. V. 9. P. 925–944.Altnau S., Schlosser E., Isaksson E., Divine D. Climatic signals from 76 shallow firn cores in Dronning Maud Land, East Antarctica. The Cryosphere. 2015, 9: 925–944.Casado M., Landais A., Picard G., Munch T., Laepple T., Stenni B., Dreossi G., Ekaykin A., Arnaud L., Genthon C., Touzeau A., Masson-Delmotte V., Jouzel J. Archival processes of the water stable isotope signal in East Antarctic ice cores // The Cryosphere. 2018. V. 12. P. 1745–1766.Casado M., Landais A., Picard G., Munch T., Laepple T., Stenni B., Dreossi G., Ekaykin A., Arnaud L., Genthon C., Touzeau A., Masson-Delmotte V., Jouzel J. Archival processes of the water stable isotope signal in East Antarctic ice cores. The Cryosphere. 2018, 12: 1745–1766.Touzeau A., Landais A., Stenni B., Uemura R., Fukui K., Fujita S., Guilbaud S., Ekaykin A., Casado M., Barkan E., Luz B., Magand O., Teste G., Le Meur E., Baroni M., Savarino J., BourgeoisI., Risi C. Acquisition of isotopic composition for surface snow in East Antarctica and the links to climatic parameters // The Cryosphere. 2016. V. 10. P. 1–16.Touzeau A., Landais A., Stenni B., Uemura R., Fukui K., Fujita S., Guilbaud S., Ekaykin A., Casado M., Barkan E., Luz B., Magand O., Teste G., LeMeur E., Baroni M., Savarino J., BourgeoisI., Risi C. Acquisition of isotopic composition for surface snow in East Antarctica and the links to climatic parameters. The Cryosphere. 2016, 10: 1–16.Ekaykin A.A., Eberlein L., Lipenkov V.Ya., Popov S., Scheinert M., Schröder L., Turkeev A. Non-climatic signal in ice core records: lessons from Antarctic megadunes // The Cryosphere. 2016. V. 10. P. 1217–1227.Ekaykin A.A., Eberlein L., Lipenkov V.Ya., Popov S., Scheinert M., Schröder L., Turkeev A. Nonclimatic signal in ice core records: lessons from Antarctic megadunes. The Cryosphere. 2016, 10: 1217–1227.Frezzotti M., Gandolfi S., Urbini S. Snow megadunes in Antarctica: Sedimentary structure and genesis // J. Geophys. Res. 2002. V. 107 (D18). P. 1–12.Frezzotti M., Gandolfi S., Urbini S. Snow megadunes in Antarctica: Sedimentary structure and genesis. J. Geophys. Res. 2002, 107 (D18): 1–12.Барков Н.И., Липенков В.Я. Накопление снега в районе станции Восток в 1971–1973 гг. // Инф. бюлл. САЭ. 1978. № 98. С. 63–68.Barkov N.I., Lipenkov V.Ya. Snow accumulation in the vicinity of Vostok Station in 1970 – 1973. Informaciony bulleten Sovetskoy Antarkticheskoy Ekspedicii. Information Bulletin of the Soviet Antarctic Expedition. 1978, 98: 63–68. [In Russian].Popov S.V., Masolov V.N. Forty-seven new subglacial lakes in the 0–110° E sector of East Antarctica // J. Glaciol. 2007. V. 53 (181). P. 289–297.Popov S.V., Masolov V.N. Forty-seven new subglacial lakes in the 0–110° E sector of East Antarctica. J. Glaciol. 2007, 53 (181): 289–297.Екайкин А.А., Липенков В.Я., Барков Н.И. Пространственно-временная структура поля снегонакопления в районе станции Восток, Центральная Антарктида // Вестник СПбГУ, сер. 7. 1998. № 4 (28). С. 38–50.Ekaykin A.A., Lipenkov V.Ya., Barkov N.I. Spatial and temporal structure of snow accumulation field in the vicinity of Vostok Station, Eastern Antarctic. Vestnik Sankt Peterburgskogo universiteta. Journal of St Petersburg State University, Series 7. 1998, 4 (28): 38–50. [In Russian].Landais A., Ekaykin A.A., Barkan E., Winkler R., Luz B. Seasonal variations of 17O-excess and d-excess in snow precipitation at Vostok Station, East Antarctica // J. Glaciol. 2012. V. 58 (210). P. 725–733.Landais A., Ekaykin A.A., Barkan E., Winkler R., Luz B. Seasonal variations of 17O-excess and d-excess in snow precipitation at Vostok Station, East Antarctica. J. Glaciol. 2012, 58 (210): 725–733.Цыганова Е.А., Попов С.В., Саламатин А.Н., Липенков В.Я. Результаты радиолокационного зондирования и моделирования течения ледникового покрова Восточной Антарктиды вдоль линии тока, проходящей через станцию Восток // Лед и снег. 2010. Вып. 1 (109). С. 14–29.Tsyganova E.A., Popov S.V., Salamatin A.N., Lipenkov V.Ya. East Antarctica ice sheet flow along the Vostok flow line from the echosounding and modelling results. Led i sneg. Ice and Snow. 2010, 1 (109): 14–29. [In Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.