Сравнение изотопного состава (δ18О, δ2 Н) снегопадов и снежного покрова в Москве зимой 2023–2024 гг.

Цель исследования – оценить соответствие изотопных характеристик снежного покрова выпадавшим в период снегонакопления атмосферным осадкам в зимний период 2023–2024 гг., отличавшийся значительной мощностью снежного покрова. Для этого производился отбор снега из выделенных горизонтов снежной толщи из шурфов на площадке на территории МГУ им. М.В. Ломоносова, на метеообсерватории МГУ отобраны все осадки, выпадавшие с конца ноября 2023 г. до конца февраля 2024 г. В образцах снега и осадков выполнен изотопный анализ кислорода и водорода (δ18О и δ2 Н), рассчитан дейтериевый эксцесс (dexc). Установлено, что уравнения связи величин δ2 Н и δ18О в осадках и снежном покрове характеризуются близкими параметрами. В феврале в снежной толще отмечено расширение диапазона значений δ18О и δ2 Н в снеге по вертикали, а также общая тенденция увеличения значений δ18О на 1.2–0.6‰ и снижение величины dexc по сравнению с осадками, выпадавшими в течение декабря–января. Это, скорее всего, обусловлено процессами старения снежной толщи – формированием ледяных корок и горизонтов разрыхления в нижних частях снежного покрова. В марте изотопная контрастность снежной толщи была менее выражена, и в период активного снеготаяния в конце марта диапазон вариаций значений δ18О и δ2 Н был минимальный. Показано, что в целом в течение зимнего периода 2023–2024 гг. в г. Москва изотопные параметры снежного покрова хорошо соответствовали средневзвешенным изотопным параметрам всех атмосферных осадков, выпавших за период наблюдений, что, скорее всего, обусловлено условиями данного зимнего периода (преобладание осадков в виде снега, редкие короткие оттепели), при которых частичное таяние приводило к формированию множества льдистых горизонтов в снежной толще, но исключало потерю талой воды.

1. Буданцева Н.А., Васильчук Ю.К., Васильчук А.К. Изоскейпы и палеоизотермы среднеянварской температуры воздуха в голоцене на севере Западной Сибири (по данным изотопно-кислородного состава повторно-жильных льдов) // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2024. Т. 79. № 3. С. 78–88. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.79.3.7

2. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук Д.Ю., Ерёмина И.Д., Блудушкина Л.Б. Вариации значений δ18О и содержание водорастворимых солей в атмосферных осадках Москвы в 2014–2016 гг. // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2021. Т. 2. С. 35–43.

3. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук Д.Ю., Васильчук А.К., Еремина И.Д., Чижова Ю.Н. Вариации значений δ18О и δ2 Н в атмосферных осадках Москвы в 2017–2019 гг. // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2024. Т. 79. № 1. С. 114–124. https://doi.org/10.55959/MSU0579-9414.5.79.1.9

4. Ala-aho P., Tetzlaff D., McNamara J.P., Laudon H., Kormos P., Soulsby C. Modeling the isotopic evolution of snowpack and snowmelt: Testing a spatially distributed parsimonious approach // Water Resources Research. 2017. V. 53. № 7. P. 5813–5830. https://doi.org/10.1002/2017WR020650

5. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus. 1964. V. 16. № 4. P. 436–468. https://doi.org/10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x

6. Friedman I., Benson C., Gleason J.Isotopic changes during snow metamorphism // Stable Isotope Geochemistry: A tribute to Samuel Epstein / Eds.: H.P. Taylor Jr., J.R. O’Neil, I.R. Kaplan, The Geochemical Society. Special Publication. 1991. № 3. P. 211–221.

7. Frolov D.M., Seliverstov Yu.G., Koshurnikov A.V., Gagarin V.E., Nikolaeva E.S. Snow accumulation specifics in Moscow in winter 2023/24 // BIO Web of Conferences. 2024. № 93. P. 04010. https://doi.org/10.1051/bioconf/20249304010

8. Hughes A.G., Wahl S., Jones T.R., Zuhr A., Hörhold M., White J.W.C., Steen-Larsen H.C. The role of sublimation as a driver of climate signals in the water isotope content of surface snow: Laboratory and field experimental results // The Cryosphere. 2021. № 15. Р. 4949–4974. https://doi.org/10.5194/tc 15-4949-2021

9. Langman J.B., Martin J., Gaddy E., Boll J., Behrens D. Snowpack aging, water isotope evolution, and runoff isotope signals, Palouse Range, Idaho, USA // Hydrology. 2022. V. 9. № 94. https://doi.org/10.3390/hydrology9060094

10. Lee J., Feng X., Faiia A.M., Posmentier E.S., Kirchner J.W., Osterhuber R., Taylor S.Isotopic evolution of a seasonal snowcover and its melt by isotopic exchange between liquid water and ice // Chemical geology. 2010. V. 270. № 1–4. P. 126–134. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2009.11.011

11. Papina T., Eirikh A., Noskova T. Factors inf luencing changes of the initial stable water isotopes composition in the seasonal snowpack of the south of Western Siberia, Russia // Applied Sciences. 2022. № 12. 625 p. https://doi.org/10.3390/app12020625

12. Rücker A., Boss S., Kirchner J.W., von Freyberg J. Monitoring snowpack outflow volumes and their isotopic composition to better understand streamflow generation during rain-on-snow events // Hydrology and Earth System Sciences. 2019. № 23. P. 2983–3005. https://doi.org/10.5194/hess 23-2983-2019

13. Sokratov S.A., Golubev V.N. Snow isotopic content change by sublimation // Journ. of Glaciology. 2009. V. 55. № 193. P. 823–828.

14. Sokratov S.A., Komarov A.Y., Vasil’chuk Y.K., Budantseva N.A., Vasil’chuk D.Yu, Seliverstov Yu.G., Grebennikov P.B., Frolov D.M. Spatial-temporal variability of the δ18O values and the snow cover structure on the territory of the Meteorological Observatory of the Moscow State University // Water Resources. 2024. V. 51. № S1. P. S89–S99. https://doi.org/10.1134/S0097807824701367

15. Stuart R.H., Faber A.-K., Wahl S., Hörhold M., Kipfstuhl S., Vasskog K., Behrens M., Zuhr A.M., SteenLarsen H.C. Exploring the role of snow metamorphism on the isotopic composition of the surface snow at EastGRIP // The Cryosphere. 2023. V. 17. P. 1185–1204. https://doi.org/10.5194/tc 17-1185-2023

16. Taylor S., Feng X., Kirchner J.W., Osterhuber R., Klaue B., Renshaw C.E.Isotopic evolution of a seasonal snowpack and its melt // Water Resources Research. 2001. V. 37. № 3. P. 759–769. https://doi.org/10.1029/2000WR900341

17. Unnikrishna P.V., McDonnell J.J., Kendall C.Isotope variations in a Sierra Nevada snowpack and their relation to meltwater // Journ. of Hydrology. 2002. № 260. P. 38–57.