Isotopic composition (δ18О, δ2Н) of glacial ice in Kamchatka: relation with modern climate changes in the Pacific Region

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

The isotopic composition (δ18О, δ2Н) of ice sampled during core drilling of a glacier in the crater of the Ushkovsky volcano in the summer of 2022 (new core) was studied. The ice core 14 m long dates from 2006 to 2022 and covers 16 years of accumulation. The values of δ18О and δ2Н of the ice vary from −16 to −24‰ and from −110.5 to −177.7‰ at average values of −20.5 and −150.2‰, respectively. The deuterium excess varies in depth from 8.7 to 21.3‰ at an average value of 13.7‰. In the isotope diagram, the values of δ18О and δ2Н form a linear trend described by the equation δ2Н = 7.47 × δ18О + 2.9 (R² = 0.98), the slope of the line, different from the global meteoric water line, reflects the mixing of summer and winter precipitation. Ice formed by summer precipitation has high values of δ18О (δ2Н) against a background of low d-excess, while ice of the winter season, on the contrary, has low values of δ18О (δ2Н) and high d-excess. Changes in the values of δ18O and δ2H of ice in depth proceed in antiphase with changes in d-excess, which reflects the dominant role of seasonal accumulation in the formation of the isotope record. The differences in the average values of δ18O and δ2H of the ice from the new core and similar values of ice from the core previously taken in the same crater of the Ushkovsky volcano are due to a change in the structure of the glacier’s alimentation – an increase in the amount of precipitation in the summer-spring season and a decrease in precipitation in the winter period. In addition to changes in the proportion of accumulation of the seasonal precipitation, the isotopic composition of ice is influenced by changes in the source of water vapor, from where air masses bring precipitation to Kamchatka. The use of the d-excess value allowed us to establish that the isotopic parameters of the ice of 2011−2012 and 2021−2022 annual layers were influenced by a pronounced positive anomaly in ocean surface temperatures, which is confirmed by HadSST observations. Thus, the isotopic parameters of glacial ice may serve as an indicator of climate change in the Pacific region.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

Yu. Chizhova

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrology, Mineralogy and Geochemistry (IGEM) RAS; Institute of Geography RAS

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: eacentr@yandex.ru
Ресей, Moscow; Moscow

V. Mikhalenko

Institute of Geography RAS

Email: eacentr@yandex.ru
Ресей, Moscow

I. Korneva

Institute of Geography RAS; Institute of Natural-Technical Systems

Email: eacentr@yandex.ru
Ресей, Moscow; Sevastopol

Ya. Muravyov

Institute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: eacentr@yandex.ru
Ресей, Petropavlovsk-Kamchatsky

A. Hayredinova

Institute of Geography RAS

Email: eacentr@yandex.ru
Ресей, Moscow

M. Vorobiev

Institute of Geography RAS

Email: eacentr@yandex.ru
Ресей, Moscow

Әдебиет тізімі

  1. Gorbach N.V., Filosofova T.M., Mikhalenko V.N. Identification of sources of ash buried in a glacier at the top of the Ushkovsky volcano (Kamchatka) using analysis of the chemical composition of volcanic glass. Led I Sneg. Ice and Snow. 2024. 64 (1): 68–60. [In Russian].
  2. Craig H., Gordon L.I. Deuterium and oxygen 18 variations in the ocean and the marine atmosphere, in: Stable Isotopes in Oceanographic Studies and Paleotemperatures, edited by Tongiorgi E. Lab. Geol. Nucl., Pisa, Italy. 1965: 9–130.
  3. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation. Tellus B. 1964, 16: 436–468.
  4. Dansgaard W., Johnsen S.J., Clausen H.B., Dahl-Jensen D., Gundestrup N.S., Hammer C.U., Hvidberg C.S., Steffensen J.P., Sveinbjörnsdottir A.E., Jouzel J., Bond G. Evidence for general instability of past climate from a 250-kyr ice-core record. Nature. 1993, 364: 218–220.
  5. Fisher D. A., Wake C., Kreutz K., Yalcin K., Steig E., Mayewski P., Anderson L., Zheng J., Rupper S., Zdanowicz C., Demuth M., Waszkiewicz M., Dahl-Jensen D., Goto-Azuma K., Bourgeois J.B., Koerner R.M., Sekerka J., Osterberg E., Abbott M.B., Finney B.P., Burns S.J. Stable Isotope Records from Mount Logan, Eclipse Ice Cores and Nearby Jellybean Lake. Water Cycle of the North Pacific Over 2000 Years and Over Five Vertical Kilometres: Sudden Shifts and Tropical Connections. Géographie physique et Quaternaire. 2004, 58 (2–3): 337–352.
  6. Gat J.R. Atmospheric water balance – the isotopic perspective. Hydrological Processes. 2000, 14: 1357–1369.
  7. Glebova S.Yu. Cyclones over the Pacific Ocean and Far-Eastern Seas in cold and warm seasons and their influence on wind and thermal regime in the last two decade period. Izv. TINRO. 2018, 193: 153–166.
  8. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J. The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journ. Meteorol. Soc. 2020, 146: 1999–2049. https://doi.org/10.1002/qj.3803
  9. Jouzel J., Merlivat L., Lorius C. Deuterium excess in an East Antarctic ice core suggests higher relative humidity at the oceanic surface during the last glacial maximum. Nature. 1982, 299: 688–691.
  10. Jouzel J., Lorius C., Petit J.R., Genthon C., Barkov N.I., Kotlyakov V.M., Petrov V.M. Vostok ice core: a continuous isotope temperature record over the last climatic cycle (160.000 years). Nature. 1987, 329: 403–408.
  11. Jouzel J., Masson-Delmotte V., Cattani O., Dreyfus G., Falourd S., Hoffmann G., Minster B., Nouet J., Barnola J.M., Chappellaz J., Fischer H., Gallet J.C., Johnsen S., Leuenberger M., Loulergue L., Luethi D., Oerter H., Parrenin F., Raisbeck G., Raynaud D., Schilt A., Schwander J., Selmo E., Souchez R., Spahni R., Stauffer B., Steffensen J.P., Stenni B., Stocker T.F., Tison J.L., Werner M., Wolff E.W. Orbital and millennial Antarctic climate variability over the last 800.000 years. Science. 2007, 317: 793–796.
  12. Kang S., Zhang Y., Zhang Y., Grigholm B., Kaspari S., Qin D., Ren J., Mayewski P. Variability of atmospheric dust loading over the central Tibetan Plateau based on ice core glaciochemistry // Atmos. Environ. 2010, 44: 2980–2989.
  13. Kennedy J.J., Rayner N.A., Atkinson C.P., Killick R.E. An ensemble data set of sea surface temperature change from 1850: the Met Office Hadley Centre HadSST.4.0.0.0. data set. Journ. of Geophysical Research: Atmospheres. 2019, 124. https://doi.org/10.1029/2018JD029867
  14. Korneva I.A., Toropov P.A., Muraviev A.Y., Aleshina M.A. Climatic factors affecting Kamchatka glacier recession. International Journ. of Climatology. 2024, 44: 345–369.
  15. Kurita N. Origin of Arctic vapor during the ice-growth season. Geophys. Res. Lett. 2011, 38. L02709. https://doi.org/10.1029/2010GL046064.
  16. Merlivat L., Jouzel J. Global climatic interpretation of the deuterium-oxygen 18 relationship for precipitation. Journ. of Geophysical Research. 1979, 84 (C8): 5029–5033.
  17. Pfahl S., Sodemann H. What controls deuterium excess in global precipitation? Climate of the Past. 2014, 10: 771–781.
  18. Sato T., Shiraiwa T., Greve R., Seddik H., Edelmann E., Zwinger T. Accumulation reconstruction and water isotope analysis for 1735–1997 of an ice core from the Ushkovsky volcano, Kamchatka, and their relationships to North Pacific climate records. Climate of the Past Discussion. 2013, 9: 2153–2181.
  19. Schemm S., Wernli H., Binder H. The storm-track suppression over the western North Pacific from a cyclone life-cycle perspective. Weather Clim. Dynam. 2021, 2: 55–69.
  20. Shiraiwa T., Yamaguchi S. Reconstruction of Glacier Mass Balances and Climate Changes in the Kamchatka Peninsula. Journ. of Geography. 2002, 111 (4): 476–485.
  21. Shiraiwa Y., Murav’yev Y.D., Kameda T., Nishio F., Tomaya Y., Takahashi A., Ovsiannikov A.A., Salamatin A.N., Yamagata K. Characteristics of a crater glacier at Ushkovsky volcano, Kamchatka, Russia, as revealed by the physical properties of ice cores and borehole thermometry. Journ. of Glaciol. 2001, 47 (158): 423–432.
  22. Souchez R., Jouzel J. On the isotopic composition in δD and δ18O of water and ice during freezing. Journ. of Glaciology. 1984, 30 (106): 369–372.
  23. Thompson L.G., Yao T., Davi M.E., Mosley-Thompson, E., Wu G., Porter S.E., Xu B., Lin P.-N., Wang N., Beaudon E., Duan K., Sierra-Hernández M.R., Kenny D.V. Ice core records of climate variability on the Third Pole with emphasis on the Guliya ice cap, western Kunlun Mountains. Quat. Sci. Rev. 2018, 188: 1–14.
  24. Tian L., Yao T., Li Z., MacClune K., Wu G., Xu B. Recent rapid warming trend revealed from the isotopic record in Muztagata ice core, eastern Pamirs. Journ. of Geophysical Research. 2006, 111: D13103.
  25. Uemura R., Masson-Delmotte V., Jouzel J., Landais A., Motoyama, H., Stenni B. Ranges of moisture-source temperature estimated from Antarctic ice cores stable isotope records over glacial–interglacial cycles. Climate of the Past. 2012, 8: 1109–1125.
  26. Yoshimura K., Ichiyanagi K. A reconsideration of Seasonal Variation in Precipitation Deuterium Excess Over East Asia. Journ. Japan Soc. Hydrol. and Water Resour. 2009, 22 (4): 262–276.
  27. Yu W., Yao T., Thompson L., Jouzel J., Zhao H., Xu B., Jing Zh., Wang N., Wu G., Ma Y., Gao J., Yang X., Zhang J., Qu D. Temperature signals of ice core and speleothem isotopic records from Asian monsoon region as indicated by precipitation δ18O. Earth and Planetary Science Letters. 2021, 554: 116665. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116665

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Study area (а), drilling location (б) and ice core sections (в). Fragment (а) shows the main sources of water vapor that provide precipitation in winter (according to Pfahl, Sodemann, 2014): I – area with high values of deuterium excess of water vapor (more than 25‰); II – region with water vapor d-excess values from 12 to 15‰. Also shown the region (III) of the greatest correlation between the δ2H values of glacial ice in the Gorshkov crater with sea surface temperatures (after Sato et al., 2013)

Жүктеу (51KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Distribution of values of δ2Н (a), δ18О (б), d-excess (в) and density (г) of ice over depth. Smooth lines show average annual values, dashed lines show the general trend of average annual values. The arrows point to the middle of the summer season. Volcanic eruptions (according to Gorbach et al., 2024): 1 – Bezymyanny October 2020; 2 – Shiveluch in December 2018; 3 – Bezymyanny, Klyuchevskoy and Kizimen 2010–2011

Жүктеу (91KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. The δ18О-δ2Н ratio for glacial ice samples: a – all samples (1), average annual values (2) and average for core K-2 (from Sato et al., 2013; Shiraiwa, Yamaguchi, 2002); б – samples from depths of 2.56–3.31 m eq.; в – samples from depths of 6.0...6.36 m w.e.

Жүктеу (34KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Distribution of δ18О and d-excess values obtained in 2022 for glacial ice in the Gorshkov crater relative to those previously established in the K–2 core (Shiraiwa, Yamaguchi, 2002): 1 – all δ18О values, 2 – average annual δ18О values, 3 – all values d-excess, 4 – average annual values of d-excess, 5 – δ18О values in core K-2, 6 – average annual δ18О values in core K–2

Жүктеу (45KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Average monthly anomaly of water surface temperature relative to the base period 1961–1990. for October-December: 2021 (а); 2011 (б); 2006–2022 (в); average daily moisture advection Q (g/kg × s–1 × 105) (color fill) and average daily wind direction (arrows) at 600 hPa according to ERA5 reanalysis data on average for October-December 2021 (г); 2011 г. (д); 2006–2022 (е)

Жүктеу (166KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Variations of the Pacific Decadal Oscillation (PDO) index relative to deuterium kurtosis in the 2022 core: 1 – PDO indices, averaged from July to July; 2 – annual average PDO indices; 3 – non-seasonal fluctuations d-excess = ∆d-excess − ∆d-excessseason; 4 – d-excess values throughout the core

Жүктеу (46KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024

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».