Усовершенствованная модель формирования изотопного состава осадков в Центральной Антарктиде, включающая геохимический цикл кислорода 17


https://doi.org/10.31857/S2076673424010013

Полный текст:




Аннотация

Представлена усовершенствованная версия простой модели изотопного состава атмосферных осадков в Центральной Антарктиде, включающая геохимический цикл кислорода 17 и возможность решать обратную задачу. Обсуждается влияние основных настроечных параметров (температура и влажность воздуха в источнике влаги, «циркуляционный параметр», температура конденсации, степень перена­сыщения воздуха влагой в ледяных облаках и др.) на результаты моделирования. Обсуждается область применения модели и её возможные ограничения при моделировании изотопного состава осадков в иных климатических условиях.


Об авторе

А. А. Екайкин
Арктический и антарктический научно-исследовательский институт
Россия
Санкт-Петербург


Список литературы

1. Верес А. Н., Екайкин А. А., Владимирова Д. О., Коза­чек А. В., Липенков В. Я., Скакун А. А. Климатиче­ская изменчивость в эпоху МИС‑11 (370–440 тыс. лет назад) по данным изотопного состава (dD, d18O, d17O) ледяного керна станции Восток // Лёд и Снег. 2018. Т. 58. № 2. С. 149–158. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-2-149-158

2. Екайкин А. А. Стабильные изотопы воды в гляциологии и палеогеографии: методическое пособие. СПб.: ААНИИ, 2016. 68 с.

3. Папина Т. С., Малыгина Н. С., Эйрих А. Н., Га­ланин А. А., Железняк М. Н. Изотопный со­став и источник атмосферных осадков в цен­тральной Якутии // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 2. P. 60–69. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-2(60–69)

4. Aron P. G., Levin N. E., Beverly E. J., Huth T. E., Pas­sey B. H., Pelletier E. M., Poulsen C. J., Winkel­stern I. Z., Yarian D. A. Triple oxygen isotopes in the water cycle // Chemical Geology. 2021. 565 (120026). P. 1–23. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.120026

5. Barkan E., Luz B. High precision measurements of 17O/16O and 18O/16O ratios in H2O // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2005. 19 (24). P. 3737–3742.

6. Barkan E., Luz B. Diffusivity fractionations of H216O/ H217O and H216O/H218O in air and their implications for isotope hydrology // Rapid Commun. Mass Spec­trom. 2007. 21 (18). P. 2999–3005.

7. Cappa C. D., Hendricks M. B., DePaolo D., Cohen R. C. Isotopic fractionation of water during evaporation // Journ. of Geophys. Res. 2003. 108 (D16, ACL 13).

8. Ciais P., Jouzel J. Deuterium and oxygen 18 in precipita­tion: Isotopic model, including mixed cloud process­es // Journ. of Geophys. Research. 1994. 99 (D8). P. 16793–16803.

9. Craig H., Gordon L. I. Deuterium and oxygen‑18 varia­tions in the ocean and the marine atmosphere // Sta­ble isotopes in oceanographic studies and paleotem­peratures, Pisa, Consiglio Nazionale della Ricerche, Laboratorio di Geologia Nucleare, 1965. P. 9–130.

10. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus. 1964. V. 16. P. 436–468.

11. Davidge L., Steig E. J., Schauer A. J. Improving contin­uous-flow analysis of triple oxygen isotopes in ice cores: insights from replicate measurements // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15. P. 7337–7351. https://doi.org/10.5194/amt-15-7337-2022

12. Ekaykin A. A. Meteorological regime of central Antarctica and its role in the formation of isotope composition of snow thickness. Universite Joseph Fourier, Grenoble. 2003. 136 p.

13. Ellehoj M. D., Steen-Larsen H.C., Johnsen S. J., Mad­sen M. B. Ice-vapor equilibrium fractionation factor of hydrogen and oxygen isotopes: Experimental investi­gations and implications for stable water isotope stud­ies // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2013. 27 (19). P. 2149–2158. https://doi.org/10.1002/rcm.6668

14. Goursaud S., Masson- Delmotte V., Favier V., Orsi A., Wer­ner M. Water stable isotope spatio-temporal variability in Antarctica in 1960–2013: observations and simu­lations from the ECHAM5-wiso atmospheric general circulation model // Clim. Past. 2018. V. 14. P. 923– 946. https://doi.org/10.5194/cp-14-923-2018

15. Jouzel J., Merlivat L. Deuterium and oxygen 18 in precip­itation: modeling of the isotopic effects during snow formation // Journ. of Geophys. Research. 1984. 89 (D7). P. 11749–11757.

16. 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. V. 299 (5885). P. 688–591.

17. Jouzel J., Vaikmae R., Petit J. R., Martin M., Duclos Y., Stievenard M., Lorius C., Toots M., Melieres M. A., Burckle L. H., Barkov N. I., Kotlyakov V. M. The two-step shape and timing of the last deglaciation in Ant­arctica // Climate Dynamics. 1995. V. 11. P. 151–161.

18. Landais A., Casado M., Fourré E. Antarctic climate records through water isotopes. Earth Systems and Environ­mental Sciences, Elsevier. 2023.

19. Leroy-Dos Santos C., Fourré E., Agosta C., Casado M., Cau­quoin A., Werner M., Minster B., Prié F., Jossoud O., Petit L., Landais A. From atmospheric water isotopes measurement to firn core interpretation in Adelie Land: A case study for isotope-enabled atmospheric models in Antarctica // EGUsphere. 2023. P. 1–20. https://doi.org/10.5194/egusphere-2023–447, in press.

20. Lorius C., Merlivat L. Distribution of mean surface stable isotope values in East Antarctica: observed changes with depth in the coastal area // IAHS publications. 1977. V. 118. P. 127–137.

21. Markle B. R., Steig E. J. Improving temperature reconstructions from ice-core water-isotope records // Clim. Past. 2022. V. 18. P. 1321–1368. https://doi.org/10.5194/cp-18-1321-2022

22. Masson-Delmotte V., Hou S., Ekaykin A. A., Jouzel J., Aris­tarain A., Bernardo R. T., Bromwich D., Cattani O., Delmotte M., Falourd S., Frezzotti M., Gallee H., Geno­ni L., Isaksson E., Landais A., Helsen M., Hoffmann G., Lopez J., Morgan V., Motoyama H., Noone D., Oert­er H., Petit J. R., Royer A., Uemura R., Schmidt G. A., Schlosser E., Simoes J. C., Steig E., Stenni B., Stieve­nard M., van den Broeke M., van de Wal R., van den Berg W. J., Vimeux F., White J. W.C. A review of Ant­arctic surface snow isotopic composition: observations, atmospheric circulation and isotopic modelling // Journ. Clim. 2008. V. 21 (13). P. 3359–3387.

23. Meijer H. A.J., Li W. J. The use of electrolysis for ac­curate d17O and d18O isotope measurements in water // Isotopes in Environmental and Health Studies. 1998. V. 34. P. 349–369. https://doi.org/10.1080/10256019808234072

24. Merlivat L. Molecular diffusivities of H216O, HD16O and H218O in gases // Jorn. Chem. Phys. 1978. V. 69. P. 2864–2871.

25. Merlivat L., Jouzel J. Global climatic interpretation of the deuterium-oxygen 18 relationship for precipita­tion // Journ. of Geophys. Research. 1979. V. 84 (C8). P. 5029–5033.

26. Merlivat L., Nief G. Fractionnement isotopique lors des changements d’etat solide-vapeur et liquide-vapeur de l’eau a des temperatures inferieures a 0 C // Tellus. 1967. V. 19 (1). P. 122–127.

27. Pang H., Hou S., Landais A., Masson-Delmotte V., Prie F., Steen-Larsen H.C., Risi C., Li Y., Jouzel J., Wang Y., He J., Minster B., Falourd S. Spatial distribution of 17O-excess in surface snow along a traverse from Zhongshan station to Dome A, East Antarctica // Earth and Planetary Science Letters. 2015. V. 414. P. 126–133. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2015.01.014

28. Pang H., Zhang P., Wu S., Jouzel J., Steen-Larsen H.C., Liu K., Zhang W., Yu J., An C., Chen D., Hou S. The Dominant Role of Brewer-Dobson Circulation on 17O-Excess Variations in Snow Pits at Dome A, Ant­arctica // Journ. of Geophys. Research. Atmospere. 2022. V. 127 (e2022JD036559). P. 1–10. https://doi.org/10.1029/2022JD036559

29. Reference Sheet for International Measurement Standards (2006) // https://web.archive.org/web/20200729203147/https://nucleus.iaea.org/rpst/documents/VSMOW_SLAP.pdf

30. Risi C., Landais A., Bony S., Jouzel J., Masson-Delmotte V., Vimeux F. Understanding the 17O excess glacial‐inter­glacial variations in Vostok precipitation // Journ. of Geophys. Research. 2010. V. 115 (D10112). P. 1–15. https://doi.org/10.1029/2008JD011535

31. Salamatin A. N., Ekaykin A. A., Lipenkov V. Ya. Modelling isotopic composition in precipitation in Central Ant­arctica // Materialy Glyatsiologicheskih Issledovaniy. 2004. V. 97. P. 24–34.

32. Schoenemann S. W., Steig E. J. Seasonal and spatial vari­ations of 17Oexcess and dexcess in Antarctic precipi­tation: Insights from an intermediate complexity iso­tope model // Journ. of Geophys. Research. Atmos­phere. 2016. V. 121 (19). P. 11215–11247. https://doi.org/10.1002/2016JD025117

33. Sodemann H., Stohl A. Asymmetries in the moisture origin of Antarctic precipitation // Geophys. Research Let­ters. 2009. V. 36 (L22803). P. 1–5.

34. Srivastava R., Ramesh R., Prakash S., Anilkumar N., Sud­hakar M. Oxygen isotope and salinity variations in the Indian sector of the Southern Ocean // Geophys. Re­search Letters. 2007. V. 34 (L24603). P. 1–4.

35. Steig E. J., Jones T. R., Schauer A. J., Kahle E. C., Mor­ris V. A., Vaughn B. H., Davidge L., White J. W.C. Continuous-Flow Analysis of d17O, d18O, and dD of H2O on an Ice Core from the South Pole // Front. Earth Science. 2021. V. 9 (640292). P. 1–14. https://doi.org/10.3389/feart.2021.640292

36. Thurnherr I., Kozachek A. V., Graf P., Weng Y., Bolshi­yanov D. Y., Landwehr S., Pfahl S., Schmale J., Sode­mann H., Steen-Larsen H.C., Toffoli A., Wernli H., Ae­misegger F. Meridional and vertical variations of the wa­ter vapour isotopic composition in the marine boundary layer over the Atlantic and Southern Ocean // At­mosphere Chem. Physics. 2020. V. 20. P. 5811–5835. https://doi.org/10.5194/acp-20-5811-2020

37. Uemura R., Barkan E., Abe O., Luz B. Triple isotope com­position of oxygen in atmospheric water vapor // Geo­phys. Research Letters. 2010. V. 37 (L04402). P. 1–4. https://doi.org/10.1029/2009GL041960

38. 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 Past. 2012. V. 8. P. 1109–1125. https://doi.org/10.5194/cp-8-1109-2012

39. Werner M., Langebroek P. M., Carlsen T., Herold M., Lohmann G. Stable water isotopes in the ECHAM5 general circulation model: Toward high‐resolution iso­tope modeling on a global scale // Journ. of Geophys. Research. 2011. V. 116 (D15109). P. 1–14. https://doi.org/10.1029/2011JD015681

40. Westbrook C. D., Illingworth A. J. Evidence that ice forms primarily in supercooled liquid clouds at temperatures > –27°C // Geophys. Research Let­ters. 2011. V. 38 (L14808). P. 1–4. https://doi.org/10.1029/2011GL048021

41. Winkler R., Landais A., Risi C., Baroni M., Ekaykin A. A., Jouzel J., Petit J. R., Prie F., Minster B., Falourd S. In­ter-annual variation of water isotopologue at Vostok indicates a contribution from stratospheric wa­ter vapour // PNAS. 2013. https://doi.org/10.1073/pnas.1215209110

42. Xia Z., Surma J., Winnick M. J. The response and sensi­tivity of deuterium and 17O excess parameters in pre­cipitation to hydroclimate processes // Earth-Science Reviews. 2023. V. 242 (104432). P. 1–26. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104432


Дополнительные файлы

Для цитирования: Екайкин А.А. Усовершенствованная модель формирования изотопного состава осадков в Центральной Антарктиде, включающая геохимический цикл кислорода 17. Лёд и Снег. 2024;64(1):5-24. https://doi.org/10.31857/S2076673424010013

For citation: Ekaykin A.A. Refined simple model of stable water isotopic content in central Antarctic precipitation including oxygen 17 fractionation. Ice and Snow. 2024;64(1):5-24. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S2076673424010013

Просмотров: 195

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2076-6734 (Print)
ISSN 2412-3765 (Online)