Origin of freshwater component in estuaries of the Ob and Yenisei Rivers and waters of Kara Sea adjacent zones based on isotopic (δD, δ18O) data

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Methods of estimation the isotopic parameters (δD, δ18O) of the freshwater component in the river-sea transition zone are considered in this work. This research is based on samples collected at the end of the summer season along two meridional sections laying from the estuaries of the Ob and Yenisei rivers to the center of the Kara Sea. The runoff of these rivers has contrasting isotopic parameters contrasting (δ18O = –15.0 ± 0.3‰, δD = –112.7 ± 2.1‰ for the Ob and δ18O = –18.9 ± 0.6‰, δD = –142.2 ± 4.3‰ for the Yenisei). It has been established that river waters located within the surface layer of sea water do not have time to homogenize: in the center of the Ob-Yenisei plume, the part of Ob waters is 60%. Within river estuaries, FC is homogeneous only in the upper layer of water (less than 5 m); with depth, variations in δ18O(FC) values reach 16‰ for the Ob Bay and 12‰ for the Yenisei Bay, exceeding the annual course of seasonal variations of this value in river water. In the bottom layer for the estuarine zones of both rivers, the presence of a total FC with light isotopic characteristics corresponding to regional atmospheric precipitation is observed, that FC is supplied to the estuary zone with the waters of the Kara Sea.

About the authors

S. A. Kossova

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sonch_1@rambler.ru
Russian Federation, Moscow

E. O. Dubinina

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: sonch_1@rambler.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Брезгунов В.С., Дебольский В.К., Мордасов М.А. и др. Изучение условий формирования солености вод в устьевых участках арктических морей с помощью природных стабильных изотопов кислорода // Водные ресурсы. 1980. № 2. С. 101–105.
  2. Дубинина Е.О., Коссова С.А., Мирошников А.Ю. Источники и механизмы опреснения морских вод в заливах Цивольки и Седова (Новая Земля) по изотопным (δD, δ18O) данным // Океанология. 2019. Т. 59. № 6. С. 928–938.
  3. Дубинина Е.О., Коссова С.А., Мирошников А.Ю. и др. Изотопная (δD, δ18O) систематика вод морей Арктического сектора России // Геохимия. 2017. № 11. C. 1041–1052.
  4. Дубинина Е.О., Коссова С.А., Мирошников А.Ю. и др. Изотопные (δD, δ18O) параметры и источники опресненных вод Карского моря // Океанология. 2017. T. 57. № 1. С. 38–48.
  5. Дубинина Е.О., Мирошников А.Ю., Коссова С.А. и др. Модификация опресненных вод на шельфе моря Лаптевых: связь изотопных параметров и солености // Геохимия. 2019. T. 64. № 1. С. 3–19.
  6. Коссова С.А., Дубинина Е.О., Мирошников А.Ю. и др. Применение дейтериевого эксцесса для идентификации источников опреснения в заливах архипелага Новая Земля // Доклады Академии Наук. 2019. T. 487. № 2. С. 212–216.
  7. Alkire M.B., Morison J., Andersen R. Variability in the meteoric water, sea-ice melt, and Pacific water contributions to the central Arctic Ocean, 2000–2014 // J. Geophys. Res. Oceans. 2015. V. 120. P. 1573–1598. https://doi.org/10.1002/2014JC010023
  8. Bauch D., Erlenkeuser H., Andersen N. Water mass processes on Arctic shelves as revealed from δ18O of H2O // Global and Planetary Change. 2005. V. 48. P. 165–174.
  9. Bauch D., Erlenkeuser H., Stanovoy V. et al. Freshwater distribution and brine waters in the southern Kara Sea in summer 1999 as depicted by δ18O results // In: Stein R. et al. (Eds.) Siberian river run-off in the Kara sea. Elsevier Science, 2003. P. 73–90.
  10. Brezgunov V.S., Debolskii V.K., Nechaev V.V et al. Characteristics of the formation and salinity upon mixing of sea and river waters in the Barentz and Kara Seas // Water Resourses. 1983. V. 9. № 4. P. 335–344.
  11. Cooper L.W., McClelland J.W., Holmes R.M. Flow-weighted values of runoff tracers (δ18O, DOC, Ba, alkalinity) from the six largest Arctic rivers // Geophysical Research Letters. 2008. V. 35. L18606. https://doi.org/10.1029/2008GL035007
  12. Craig H., Gordon I.I. Deuterium and oxygen 18 variations in the ocean and the marine atmosphere // In: Tongiorgi E. (Ed.) Stable isotopes in oceanographic studies and Paleotemperatures. Spoleto, 1965.
  13. Feng D., Gleason C.J., Lin P. et al. Recent changes to Arctic river discharge // Nature Communications. 2021. V. 12. P. 6917.
  14. Frew R.D., Dennis P.F., Heywood K.J. et al. The oxygen isotope composition of water masses in the northern North Atlantic // Deep-sea Res. 2000. V. 47. P. 2265–2286.
  15. Gordeev V.V., Martin J.M., Sidorov I.S. et al. A reassessment of the Eurasian river input of water, sediment, major elements, and nutrients to the Arctic Ocean // Am.J. Sci. 1996. V. 296. P. 664–691.
  16. Holmes R.M., Coe M.T., Fiske G.J. et al. Climate Change Impacts on the Hydrology and Biogeochemistry of Arctic Rivers // In: Climatic Change and Global Warming of Inland Waters. John Wiley & Sons, 2012. https://doi.org/10.1002/9781118470596.ch1
  17. Kazakova U., Polukhin A., Shabanov P. Origin and evolution of the surface desalinated layer of the Kara Sea during the ice-free period // Journal of Marine Systems. 2024. V. 243. P. 103950.
  18. Kirchner J.W., Allen S.T. Seasonal partitioning of precipitation between streamflow and evapotranspiration, inferred 220 from end-member splitting analysis // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2020. V. 24. P. 17–39. https://doi.org/10.5194/hess-24–17–2020
  19. Lehman M., Siegenthaler U. Equilibrium oxygen and hydrogen isotope fractionation between ice and water // Journal of Glaciology. 1991. V. 37. № 125. P. 23–26.
  20. McClelland J.W., Tank S.E., Spencer R.G.M. et al. Arctic Great Rivers Observatory // Water Quality Dataset, Version 20231403. 2023. https://www.arcticgreatrivers.org/data
  21. McClimans T.A., Johnson D.R., Krosshavn M. et al. Transport processes in the Kara Sea // J. Geophys. Res. 2000. V. 105. № C6. P. 14, 121–14, 139. https://doi.org/10.1029/1999JC000012
  22. Melling H., Moore R. Modification of halocline source waters during freezing on the Beauford Sea shelf: Evidence from oxygen isotopes and dissolved nutrients // Cont. Shelf Res. 1995. V. 15. P. 89–113.
  23. Nummelin A., Ilicak M., Li C. et al. Consequences of future increased Arctic runoff on Arctic Ocean stratification, circulation, and sea ice cover // J. Geophys. Res. Oceans. 2016. V. 9. P. 18642.
  24. Osadchiev A., Kuskova E., Ivanov V. The roles of river discharge and sea ice melting in formation of freshened surface layers in the Kara, Laptev, and East Siberian seas // Front. Mar. Sci. 2024. V. 11. https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1348450
  25. Osadchiev A.A., Assadulin En.E., Miroshnikov A. Yu. et al. Bottom Sediments Reveal Inter-Annual Variability of Interaction between the Ob and Yenisei Plumes in the Kara Sea // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 18642.
  26. Osadchiev A.A., Izhitsky A.S., Zavialov P.O. et al. Structire of the buoyant plume formed by Ob and Yenisei river discharge in the southern part of the Kara Sea during summer and autumn // J. Geophys. Res. Oceans. 2017. V. 122. P. 5916–5935.
  27. Ostlund H.G., Hut G. Arctic Ocean Water Mass Balance From Isotope Data // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 6373–6381.
  28. Panteleev G., Proshutinsk A., Kulakov M. et al. Investigation of the summer Kara Sea circulation employing a variational data assimilation technique // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. C04S15. https://doi.org/10.1029/2006JC003728
  29. Pavlov V.K., Pfirman S.L. Hydrographic structure and variability of the Kara Sea: Implications for pollutant distribution // Deep-Sea Research. 1995. V. 42. № 6. P. 1369–1390.
  30. Yamamoto-Kawai M., McLaughlin F.A., Carmack E.C. et al. Surface freshening of the Canada Basin, 2003–2007: River runoff versus sea ice meltwater // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. C00A05.
  31. Yang J., Dudley B.D., Montgomery K. et al. Characterizing spatial and temporal variation in 18O and 2H content of New Zealand river water for better understanding of hydrologic processes // Hydrol. Process. 2020. https://doi.org/10.1002/hyp.13962

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».