aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2021-67-4-368-381aari-403Research ArticleГЛЯЦИОЛОГИЯ И КРИОЛОГИЯGLACIOLOGY AND CRYOLOGY OF THE EARTHСвязь изотопного состава разных типов осадков в Центральной Антарктиде с температурой воздухаDependence of the isotopic composition of different precipitation types on air temperature in Central AntarcticaТебеньковаН. А.TebenkovaN. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

natebenkova@aari.ruЕкайкинА. А.EkaykinA. A.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ЛэпплеТ.LaeppleT.

Потсдам

Potsdam

НотцД.NotzD.

Гамбург

Hamburg

КозачекА. В.KozachekA. V.,

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ВересА. Н.VeresA. N.

Санкт-Петербург

St. Petersburg

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институтРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research InstituteRussian FederationГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институт; Институт наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университетРоссияState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research Institute; Institute of Earth Sciences, St. Petersburg State UniversityRussian FederationИнститут полярных и морских исследований им. Альфреда ВегенераГерманияAlfred-Wegener-Institut für Polar- und MeeresforschungGermanyГамбургский университет; Институт метеорологии Макса ПланкаГерманияThe University of Hamburg, Hamburg; Max Planck Institute for MeteorologyGermany202109122021674368381Copyright © Тебенькова Н.А., Екайкин А.А., Лэппле Т., Нотц Д., Козачек А.В., Верес А.Н., 20212021Тебенькова Н.А., Екайкин А.А., Лэппле Т., Нотц Д., Козачек А.В., Верес А.Н.Tebenkova N.A., Ekaykin A.A., Laepple T., Notz D., Kozachek A.V., Veres A.N.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/403

Изучение изотопного состава ледяных кернов дает нам ценную информацию о климате прошлого. Для правильной интерпретации данных, полученных из ледяных кернов, необходимо понимать процесс формирования изотопного сигнала в атмосферных осадках. В этой работе исследована зависимость изотопного состава трех основных для Центральной Антарктиды типов осадков — ледяных игл, изморози и снега — от приземной температуры воздуха. Использованы образцы, отобранные в районе российской внутриконтинентальной станции Восток в период с 1998 по 2020 г. Коэффициенты линейной регрессии между концентрацией дейтерия (dD) и температурой различаются статистически незначимо для всех типов осадков в пределах годового цикла: 2,93±0,51 ‰·°С–1 для ледяных игл, 2,32±1,34 ‰·°С–1 для снега и 2,52±0,35 ‰ °С–1 для изморози. Сделан анализ сезонной изменчивости изотопно-температурной зависимости для ледяных игл. Для зимнего периода связь между изотопным составом и температурой воздуха не обнаружена. Летом наблюдается наибольший наклон изотопно-температурной зависимости, равный 5,34±3,11 ‰·°С–1, наклон для осеннего периода равен 2,1±1,3 ‰·°С–1, тогда как для весеннего периода мы не располагаем достаточным количеством данных для анализа. В исследовании не использовались осадки, отобранные во время метелей, поскольку было установлено, что метель привносит снег с другим изотопным составом в образец.

Water isotopes are key proxies to reconstruct past climatic conditions on our planet based on Antarctic ice core data. The accuracy of climate reconstructions depends on understanding the whole range of the processes involved in the formation of precipitation isotopic composition. The isotopic composition of precipitation in Central Antarctica has been studied in a number of works, but the difference between the isotopic composition of different types of precipitation has not yet been fully described.There are three main type of precipitation in Central Antarctica: snow, ice needles and hoar. The aim of this work is to establish the dependence of isotopic composition of different precipitation types on temperature. Precipitation samples were collected at Vostok station in Central Antarctica from 1998 to 2020 and further analyzed for δ18O and δD. For each precipitation event we have meteorological data, averaged over the time of precipitation fallout. Mean values of δD for each precipitation type were defined as follows: –444±6.5 ‰ for diamond dust, –480± 6 ‰ for hoar and –95±11 ‰ for snow. The seasonal variability of the temperature dependence of the isotopic composition was studied using the example of ice needles. According to our data, the dependence is insignificant in winter, but this needs to be confirmed by an extended dataset. The largest slope of the isotope-temperature dependence regression line is observed for the summer period and is equal to 5.34±3.11 ‰·°С–1, the autumn season has a slope of 2.1±1.3 ‰·°С–1, while for the spring period we do not have enough data for analysis. There is an insignificant difference in the slopes of the isotope-temperature dependence for different types of precipitation: 2.93±0.51 ‰·°С–1 for ice needles, 2.32±1.34 ‰·°С–1 for snow and 2.52±0.35 ‰·°С–1 for hoar. We studied the effect of blizzards on the isotopic composition of samples and concluded that one should avoid using data collected during a blizzard to study the differences in the formation of the isotopic signal for different types of precipitation.This work brings us closer to understanding how isotopic composition is formed in each type of precipitation and what information it provides. This will contribute to a more accurate interpretation of the isotope signal from ice cores.

изморозьледяные иглыснегстабильные изотопы водыстанция ВостокЦентральная АнтарктидаCentral Antarcticaice needleshoarprecipitationsnowstable water isotopesVostok stationДанная работа была поддержана Российским научным фондом, грант № 21-17-00246This work is financed by Russian Science Foundation grant 21-17-00246ReferencesDansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus. 1964. V. 16 (4). P. 436–468.Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation. Tellus. 1964, 16 (4): 436–468.Uemura R., Barkan E., Abe O., Luz B. Triple isotope composition of oxygen in atmospheric water vapor // Geophysical Research Letters. 2010. V. 37 (4). L04402. doi:10.1029/2009GL041960.Uemura R., Barkan E., Abe O., Luz B. Triple isotope composition of oxygen in atmospheric water vapor. Geophysical Research Letters. 2010, 37 (4): L04402. doi:10.1029/2009GL041960.Ricaud P., Bazile E., Guasta M.D., Lanconelli C., Grigioni P., Mahjoub A. Genesis of diamond dust, ice fog and thick cloud episodes observed and modelled above Dome C, Antarctica // Atmospheric Chemistry and Physics. 2017. V. 17 (8). P. 5221–5237. doi:10.5194/acp-17-5221-2017.Ricaud P., Bazile E., Guasta M.D., Lanconelli C., Grigioni P., Mahjoub A. Genesis of diamond dust, ice fog and thick cloud episodes observed and modelled above Dome C, Antarctica. Atmospheric Chemistry and Physics. 2017, 17 (8): 5221–5237. doi:10.5194/acp 17-5221-2017.Stenni B., Scarchilli C., Masson-Delmotte V., Schlosser E., Ciardini V., Dreossi G., Grigioni P., Bonazza M., Cagnati A., Karlicek D., Risi C., Udisti R., Valt M. Three-year monitoring of stable isotopes of precipitation at Concordia Station, East Antarctica // The Cryosphere. 2016. V. 10 (5). P. 2415–2428. doi:10.5194/tc-10-2415-2016.Stenni B., Scarchilli C., Masson-Delmotte V., Schlosser E., Ciardini V., Dreossi G., Grigioni P., Bonazza M., Cagnati A., Karlicek D., Risi C., Udisti R., Valt M. Three-year monitoring of stable isotopes of precipitation at Concordia Station, East Antarctica. The Cryosphere. 2016, 10 (5): 2415–2428. doi:10.5194/tc-10-2415-2016.Craig H. Isotopic variations in meteoric waters // Science. 1961. V. 133. P. 1702–1703.Craig H. Isotopic variations in meteoric waters. Science. 1961, 133: 1702–1703.Ekaykin A.A., Lipenkov V.Y., Kuzmina I.N., Petit J.R., Masson-Delmotte V., Johnsen S.J. The changes in isotope composition and accumulation of snow at Vostok station, East Antarctica, over the past 200 years // Annals of Glaciology. 2004. V. 39. P. 569–575.Ekaykin A. A., Lipenkov V. Y., Kuzmina I. N., Petit J. R., Masson-Delmotte V., Johnsen S.J. The changes in isotope composition and accumulation of snow at Vostok station, East Antarctica, over the past 200 years. Annals of Glaciology. 2004, 39: 569–575.Bagheri Dastgerdi S., Behrens M., Bonne J.L., Hörhold M., Lohmann G., Schlosser E., Werner M. Continuous monitoring of surface water vapour isotopic compositions at Neumayer Station III, East Antarctica // The Cryosphere. 2021. V. 15. P. 4745–4767. https://doi.org/10.5194/tc-15-4745-2021.Bagheri Dastgerdi S., Behrens M., Bonne J.L., Hörhold M., Lohmann G., Schlosser E., Werner M. Continuous monitoring of surface water vapour isotopic compositions at Neumayer Station III, East Antarctica. The Cryosphere. 2021, 15 (10): 4745–4767. https://doi.org/10.5194/tc-15-4745-2021.Casado M., Landais A., Picard G., Münch T., Laepple T., Stenni B., Giuliano 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. https:// doi.org/10.5194/tc-12-1745-2018.Casado M., Landais A., Picard G., Münch T., Laepple T., Stenni B., Giuliano 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 (5): 1745–1766. https:// doi.org/10.5194/tc-12-1745-2018.Landais A., Barkan E., Vimeux F., Masson-Delmotte V., Luz B. Combined analysis of water stable isotopes (H2 16O, H2 17O, H218O, HD16O) in ice cores // Physics of Ice Core Records II / Hondoh T., ed. Hokkaido: Hokkaido Univ., 2009. P. 315–327. doi:10.3189/2012JoG11J237.Landais A., Barkan E., Vimeux F., Masson-Delmotte V., Luz B. Combined analysis of water stable isotopes (H2 16O, H2 17O, H218O, HD16O) in ice cores. Physics of Ice Core Records II. Hondoh T., ed. Hokkaido: Hokkaido Univ., 2009: 315–327. doi:10.3189/2012JoG11J237.Fujita K., Abe O. Stable isotopes in daily precipitation at Dome Fuji, East Antarctica // Geophysical research letters. 2006. V. 33 (18). L18503. doi:10.1029/2006GL026936.Fujita K., Abe O. Stable isotopes in daily precipitation at Dome Fuji, East Antarctica. Geophysical research letters. 2006, 33 (18): L18503. doi:10.1029/2006GL026936.Schlosser E., Reijmer C., Oerter H., Graf W. The influence of precipitation origin on the δ18O –T relationship at Neumayer Station, Ekstrmisen, Antarctica // Annals of Glaciology. 2004. V. 39. P. 41–48. https://doi.org/10.3189/172756404781814276, 2004.Schlosser E., Reijmer C., Oerter H., Graf W. The influence of precipitation origin on the δ18O –T relationship at Neumayer Station, Ekstrmisen, Antarctica. Annals of Glaciology. 2004, 39: 41–48. https://doi.org/10.3189/172756404781814276, 2004.

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