The formation conditions of subglacial Lake Vostok’s accreted ice based on its stable water isotope composition

Представлен новый набор данных по составу стабильных изотопов воды (δD и δ18O) в толще конжеляционного льда подледникового озера Восток (3538–3769 м), измеренных по трем параллельным ледяным кернам. Высокая точность новых данных позволила охарактеризовать условия формирования различных участков этого льда. Весь интервал озерного льда можно разделить на три зоны: 1) «зона 0», 3538,8–3549,8 м, находится под сильным влиянием местных вод, образованных растаявшим атмосферным льдом, вероятно, поступающим из-под ледника на западном берегу озера; 2) «зона 1» (озерный лед 1), 3549,8–3607,4 м, испытывает значительные колебания изотопного состава вследствие различий эффективного коэффициента фракционирования при замерзании водных включений в ледяной матрице; 3) «зона 2» (озерный лед 2), 3607,4–3768,8 м, находится под влиянием талых ледниковых вод, поступающих из северной части озера, и гидротермального потока со дна озера. Впервые определена точная граница между озерным льдом 1 и льдом 2, которая соответствует резкому изотопному выбросу на глубине 3607,4 м. Приводятся данные о параметре 17О-excess в озерном льду и воде, что позволило провести прямой расчет равновесного коэффициента фракционирования кислорода 17 при замерзании воды.

1. Ridley J.K., Cudlip W., Laxon S.W. Identification of subglacial lakes using ERS-1 radar altimeter. Journal of Glaciology 1993;39(133):625–634. https://doi.org/10.3189/S002214300001652X

2. Popov S.V., Masolov V.N., Lukin V.V. Russian geophysical investigations of the subglacial Lake Vostok, East Antarctic. Voprosy Geographii = Questions of Geography. 2020;150:212–224. (In Russ.)

3. Lipenkov V.Y., Ekaykin A.A., Polyakova E.V., Raynaud D. Characterization of subglacial Lake Vostok as seen from physical and isotope properties of accreted ice. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2016; 374(20140303):1–15. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0303

4. Lipenkov V.Ya., Ekaykin A.A., Alekhina I.A., Shibaev Yu.A., Kozachek A.V., Vladimirova D.O., Vassiliev N.I., Preobrazhenskaya A.V. Evolution of climate, glaciation and subglacial environments of Antarctica from the deep ice core and Lake Vostok water sample studies (Key results of implementation of the Russian Science Foundation project, 2014–2016). Led i Sneg = Ice and Snow. 2017;57(1):133–141. (In Russ.) https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-1-133-141

5. Ekaykin A.A., Lipenkov V.Y., Petit J.R., Johnsen S., Jouzel J., Masson-Delmotte V. Insights into hydrological regime of Lake Vostok from differential behavior of deuterium and oxygen-18 in accreted ice. Journal of Geophysical Research. 2010;115(C05003):1–14. https://doi.org/10.1029/2009JC005329

6. Ekaykin A.A., Lipenkov V.Y., Kozachek A.V., Vladimirova D.O. Stable water isotopic composition of the Antarctic subglacial Lake Vostok: implications for understanding the lake’s hydrology. Isotopes in Environmental and Health Studies. 2016;52(4-5):468–476. https://doi.org/10.1080/10256016.2015.1129327

7. Ekaykin A.A. Stable water isotopes in glaciology and palaeogeography. Methodological manual. St. Petersburg: AARI; 2016. 68 p. (In Russ.)

8. Jouzel J., Petit J.R., Souchez R., Barkov N.I., Lipenkov V.Y., Raynaud D., Stievenard M., Vasiliev N.I., Verbeke V., Vimeux F. More than 200 m of lake ice above subglacial Lake Vostok, Antarctica. Science. 1999;286(5447):2138–2141. https://doi.org/10.1126/science.286.5447.2138

9. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation. Tellus. 1964;16(4):436–468. https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x

10. Markle B.R., Steig E.J. Improving temperature reconstructions from ice-core water-isotope records. Climate of the Past. 2022;18:1321–1368. https://doi.org/10.5194/cp-18-1321-2022

11. Leitchenkov G.L., Antonov A.V., Luneov P.I., Lipenkov V.Ya. Geology and environments of subglacial Lake Vostok. Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2016;374(2059):1ؘ–14. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0302

12. Barkan E., Luz B. High precision measurements of 17O/16O and 18O/16O ratios in H O. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2005;19(24):3737–3742.

13. Landais A., Barkan E., Vimeux F., Masson-Delmotte V., Luz B. Combined analysis of water stable isotopes (H 16O, H 217O, HO, HD16O) in ice cores. In Hondoh T.(ed.) Physics of Ice Core Records. Sapporo: Hokkaido University Press; 2009. P. 315–327.

14. Veres A.N., Ekaykin A.A., Vladimirova D.O., Kozachek A.V., Lipenkov V.Ya., Skakun A.A. Climatic variability in the era of MIS-11 (370–440 ka BP) according to isotope composition (δD, δ18O, δ17O) of ice from the Vostok station cores. Led i Sneg = Ice and Snow. 2018;58(2):149–158. (In Russ.) https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-2-149-158

15. Schoenemann S.W., Steig E.J., Ding Q., Markle B.R., Schauer A.J. Triple water-isotopologue record from WAIS Divide, Antarctica: Controls on glacial-interglacial changes in 17O-excess of precipitation. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2014;119:8741–8763. https://doi.org/10.1002/2014JD021770

16. Galili N., Sade Z., Halevy I. Equilibrium fractionation of triple-oxygen and hydrogen isotopes between ice and water. Earth and Planetary Science Letters. 2022;595(117753): 1–11. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117753