научная статья по теме ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ СНЕЖНОГО ПОКРОВА БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ СНЕЖНОГО ПОКРОВА БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА»

Лёд и Снег • 2015 • Т. 55 • № 3

Снежный покров и снежные лавины

УДК 556.124:551.322 do¡:10.15356/2076-6734-2015-3-55-66

Изотопный состав снежного покрова Байкальского региона © 2015 г. Ю.Н. Чижова1, Дж.Ю. Васильчук1, К. Йошикава2, Н.А. Буданцева1, Д.Л. Голованов1, О.И. Сорокина1, Ю.В. Станиловская3, Ю.К. Васильчук1

1Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; 2Университет Аляски, Фэрбенкс, США;

3Институт геоэкологии имени Е.М. Сергеева РАН, Москва eacentr@yandex.ru

Isotope composition of snow rover in the Lake Baikal area

Ju.N. Chizhova1, J.Yu. Vasilchuk1, K. Yoshikawa2, N.A. Budantseva1, D.L. Golovanov1, O.I. Sorokina1,

Ju.V. Stanilovskaya3, Yu.K. Vasil'chuk1

1Lomonosov Moscow State University; 2University of Alaska, USA;

3Sergeev Institute of Environmental Geoscience, Russian Academy of Sciences, Moscow

Статья принята к печати 5марта 2015 г.

Байкал, снежный покров, стабильные изотопы кислорода и водорода.

Baikal, snow cover, stable isotopes of oxygen and hydrogen.

Стабильные изотопы водорода и кислорода - природные трассеры гидрологического цикла, которые используются в исследованиях гидрологических процессов и для нахождения источника влаги. В статье приводятся данные по снежному покрову Трансбайкальского региона от г. Якутск до озера Байкал. Улан-Удэ был выбран в качестве ключевого участка для более детального изучения снежного покрова. Показано, что в зимний период значения б180 снега в г. Улан-Удэ достигают -39%о, что типично для внутриконтинентальных воздушных масс - результатов меридионального и западного переноса. Цель статьи - описать пространственную изменчивость содержания стабильных изотопов водорода и кислорода в снежном покрове.

Deuterium and oxygen-18 are standard water tracers which are widely used to investigate hydrological processes and to trace the moisture sources. In this study, we collected bulk samples taken from the snow cover in the Baikal region distributed from the city Yakutsk to the Lake Baikal. Ulan-Ude had been chosen as a key site to study the snow cover in more details. It has been shown that during the winter season 6180 values in Ulan-Ude reach -39% that is typical for the inland air masses of meridional or western transport. The aim of this study was to describe the spatial variability of concentrations of the isotopes deuterium (2H) and oxygen-18 (180) in the snow cover.

Введение

Изотопный состав кислорода и водорода атмосферных осадков хорошо отражает колебания метеорологических параметров. Он важен для интерпретации таких палеоархивов, как повторно-жильный лёд, пластовые льды, высокогорные ледники, полярные ледниковые покровы, озёрные осадки и органическое вещество [1, 5, 8, 10, 11, 18, 19]. Изотопные вариации служат важными климатическими индикаторами при изучении цикла атмосферной влаги [9, 21], гидрологического цикла [12, 20], а также реконструкций палеоклимата. С 1961 г. Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) и Всемирная метеорологическая

организация (ВМО) совместно организовали Глобальную сеть изотопии осадков (ОШР), одна из задач которой — ежемесячный отбор осадков по всему миру для исследования изотопного состава. Эта программа позволила значительно расширить наши знания об атмосферных осадках, изотопном составе и его связи с экологическими параметрами [8, 11].

Пространственные и временные вариации изотопного состава (6Б и б180) связаны с равновесным обменом, происходящим при всех фазовых переходах [12], и изотопным фракционированием в процессе испарения с поверхности океана в атмосферу [14]. В. Дансгором [11] установлено, что вариации изотопов связаны с температурным эффектом (выраженная поло-

жительная связь между изотопным составом и температурой воздуха) в основном в средних высокоширотных регионах и с количественным изотопным эффектом (выраженная отрицательная связь между изотопным составом и количеством осадков) главным образом в тропических и низкоширотных регионах.

Пространственная неоднородность свойств и изотопного состава снежного покрова на региональном уровне вызвана различием климатических условий и особенностями атмосферной циркуляции, а на локальном уровне — местными особенностями ландшафтов. Накопление снежного покрова происходит прерывисто, что приводит к слоистости его вертикального разреза. Наличие слоёв снега, выпадающего при разных метеорологических условиях и имеющего разный изотопный состав — основная причина изотопных различий снежной толщи по вертикали. Изотопная «метка» отдельных снежных горизонтов обусловлена зависимостью изотопного состава атмосферных осадков от поверхностной температуры во время отложения снега [16]; зависит она и от источника воздушных масс, продуцирующих осадки. Именно поэтому изотопный состав индивидуальных снегопадов неодинаков. Кроме того, начальные изотопные значения снега могут изменяться внутри снежного покрова при метаморфизме снега и его частичном таянии.

Цель нашей работы — изучение закономерностей формирования изотопного состава снега в зимний период в Забайкалье. Исследование снежного покрова в районе оз. Байкал имеет важное палеогеографическое значение, так как при интерпретации изотопных кривых по донным осадкам озера необходимо учитывать вклад атмосферных осадков и талого снежного стока в формирование изотопного состава озёрной воды. Вклад изотопно лёгких снеговых вод в оз. Байкал недостаточно изучен, изотопный импульс снеговых вод больше выражен в северной части озера и менее заметен — в южной [15]. Изучение изотопного состава снежного покрова может иметь различное прикладное значение в целом спектре географических исследований.

Оз. Байкал на юге Восточной Сибири (56°50' с.ш., 104°24' в.д.) расположено в центре азиатского континента, в средних широтах,

на границе Иркутской области и Республики Бурятия и на рубеже разных погодных систем. Территория Байкальского региона — зона активного взаимодействия западных и восточных воздушных масс. Она характеризуется континентальными климатическими условиями с большими колебаниями температур воздуха и неравномерным распределением атмосферных осадков по сезонам года. В холодный период года здесь устанавливается область высокого давления — Сибирский антициклон с малооблачной погодой, малым количеством осадков и сильным охлаждением. В это время относительная влажность достигает максимума (в ноябре—декабре до 80%). Средняя температура января -24,8 °С. Охлаждение вызвано частым поступлением арктических воздушных масс, и такие события продолжаются до начала лета. В тёплый период года (с мая по сентябрь) преобладает циклоническая деятельность и выпадает 65—85% осадков.

Территория Забайкалья от оз. Байкал до Якутска находится под влиянием Сибирского антициклона, определяющего развитие континентальной обстановки с низкими среднегодовыми температурами воздуха. Ввиду преобладающего западного переноса воздушных масс основная влага поступает сюда из Атлантики и Арктики, однако осадки приносятся сюда циклонами, уже изрядно окклюдированными, пересёкшими большие расстояния. Воздушные массы с Тихого океана заметного влияния не оказывают. Продвигаясь на материк, они испытывают встречное воздействие западного переноса и, отворачивая на восток, оставляют основную влагу в Дальневосточном регионе. Не может проникнуть сюда и влага с Индийского океана, муссоны которого блокируются горными системами Гиндукуша, Каракорума и Гималаев. С юго-запада на северо-восток от Алтая к Чукотке возрастает степень криоаридизации, характеризующаяся охлаждением территории на фоне усиления климатической континентальности [7]. Трансект от г. Якутск к оз. Байкал находится на этой линии усиления континентальности, и исследование изотопного состава снежного покрова позволит установить реакцию снежного покрова на падение температуры в направлении полюса холода (Якутия).

Рис. 1. Расположение точек отбора снежных колонок и значения б18О Fig. 1. Location of snow cover sampling points and values of 618O

Методика исследований

Образцы снега отобраны в конце февраля — начале марта 2014 г. по трансекту Якутск — Тында — Чита — Улан-Удэ — оз. Байкал (рис. 1) как полная снежная колонка с использованием снегоотборника фиксированного диаметра. Всего отобрано 27 снежных колонок, координаты места отбора фиксировались GPS. Более детальный отбор снежных образцов (по снежным горизонтам) выполнен в г. Улан-Удэ (ключевой участок) в феврале. Пробы в Улан-Удэ отбирались в разных ландшафтных условиях и функциональных зонах города. В каждом шурфе образцы брались из индивидуальных снежных горизонтов. В каждом горизонте описывались такие характеристики снега, как тип, размер кристаллов, плотность, цвет. Во время экспедиции в Улан-Удэ описаны 63 зимних шурфа глубиной от 12 до 63 см, содержащие от трёх до пяти слоёв. В основном, это был свежий и старый снег, фирн

и глубинная изморозь, а также снежная корка между слоями толщиной 0,5 см. Мощность поверхностного свежего снега колебалась от 3 до 10 см в зависимости от положения рельефа, экспозиции и крутизны склона. Всего в Улан-Удэ отобрано 82 образца снега, которые помещали в полиэтиленовые пакеты, растапливали при комнатной температуре и переливали в стерильные флаконы вместимостью 60 мл. Образцы анализировались на масс-спектрометре Finnigan Delta-V в изотопной лаборатории географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Изотопный состав выражается в б (%е) относительно среднеокеанической воды V-SMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water). Для измерений использовались международные стандарты V-SMOW (б18О = 0%, 6D = 0%), GISP (б18О = -24,76%, 6D = -189,5%), SLAP (б18О = -55,5%, 6D = -427,5%), а также собственный лабораторный стандарт МГУ — снег ледника Гарабаши (б18О = -15,60%,

Таблица 1. Изотопный состав снежного покрова от г. Якутск до оз. Байкал (отбор К. Йошикава и Ю.В. Станиловская)

Номер образца Дата Координаты 618О, % 6D, % dexn %

Yo-2014/4 22.02. 62,04° с.ш., 129,87° в.д., Якутск -32,42 -238,47 20,89

Yo-2014/6 23.02. Алдан -27,83 -193,64 29

Yo-2014/10 26.02. 55° с.ш., 124,8° в.д., Нерюнгри -22,27 -153,28 24,88

Y

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геофизика»