Лёд и Снег • 2012 • № 4 (120)
Снегонакопление и строение снежной толщи
УДК 551.510
Летопись вулканических событий последних 900 лет в снежно-фирновой толще
района станции Восток
© 2012 г. Т.В. Ходжер1, Л.П. Голобокова1, Э.Ю. Осипов1, Н.А. Онищук1, У.Г. Филиппова1,
В.Я. Липенков2, А.А. Екайкин2
Лимнологический институт СО РАН, Иркутск; 2Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург
khodzher@lin.irk.ru
Статья принята к печати 25 июля 2012 г.
Аккумуляция, Антарктида, вулканы, снежно-фирновые керны, станция Восток, сульфаты, тефра. Accumulation, Antarctic, snow-firn cores, sulfates, tephra, volcanoes, Vostok Station.
Приводятся результаты химического анализа снежно-фирновой толщи района станции Восток по образцам из пяти снежных шурфов и кернов. Детальность отбора проб (каждые 2-3 см) позволила получить хронологию вулканических событий с высокой степенью точности. В интервалах с повышенными концентрациями неморского сульфата и пониженными значениями кислотности идентифицированы сигналы около 30 следов вулканических извержений низкоширотных вулканов на протяжении XIII-XX вв., в том числе глобальных, анализируемых в мировой литературе: Пинатубо (1991 г.), Агунг (1963 г.), Кракатау (1883 г.), Тамбора (1815 г.), неизвестный вулкан (1809 г.), Гамконора (1673 г.), Уайнапутина (1600 г.), Кувае (1453 г.), неизвестный вулкан (1259 г.).
Введение
Ледяные керны полярных районов содержат информацию о вулканических событиях, которая позволяет установить источники поступления вещества в атмосферу, датировать снежно-фирново-ледяную толщу, рассчитывать скорость аккумуляции снега за соответствующие периоды. Исследования химического состава, формы и характера поверхности частиц тефры (вулканического пепла), а также вулканического стекла (застывшей лавы) в ледовых кернах Арктики и Антарктики дают возможность восстановить условия извержения вулканов [5, 10].
Исторически документированные вулканические события в антарктических кернах отдельных районов Антарктиды идентифицированы по данным электропроводности, концентрациям ионов, составу тефры [3, 7, 8, 12, 18, 22]. Наиболее продолжительная вулканическая стратиграфия для голоцена за последние 45 тыс. лет с максимально высоким разрешением (до 1,5 лет) получена для района станции Конкордия, вблизи которой участниками Европейского проекта EPICA (European Project of Ice Coring in Antarctica) пробурена скважина глубиной 3260 м. По матери-
алам этой скважины получены данные об изменении температуры в Антарктиде за 800 тыс. лет [6].
Станция Восток расположена в центральной части Восточной Антарктиды (78°27' ю.ш., 106°52' в.д., 3490 м над ур. моря, среднегодовая температура -55,5 °С) в 5000 км от действующих вулканов Южных Сандвичевых островов — наиболее частого источника локального «вулканического шума». По кернам этого региона можно получить наиболее чёткие глобальные вулканические сигналы, так как он значительно (около 1300 км от побережья моря, что на 560 км дальше, чем станция Конкордия) удалён от океана — источника морских сульфатов. Район станции Восток характеризуется минимальной ветровой активностью (среднегодовая скорость ветра 5 м/с), которая сильно искажает вулканический сигнал, а также низкой скоростью аккумуляции снега. В настоящее время годовое снегонакопление в этом районе составляет около 2 г/см2 (что соответствует около 7 см в снежном эквиваленте). За последние 200 лет скорость накопления снега изменялась от 1,5 до 3 г/см2 год [2]. В этом районе нет таяния снега, что способствует лучшему качеству химического сигнала. Ледяной керн скважины на станции Восток может слу-
жить эталоном глобальных природных изменений в последние 420 тыс. лет [18].
На станции Восток в глубинных слоях обнаружено более 20 прослоев тефры [5, 11, 15-17]. В керне скважины 5Г в интервале 103-2586 м найдено 15 видимых прослоев тефры, возраст которых колеблется от 3,5 до 213,7 тыс. лет [5]. Документированные вулканические события последних 200 лет идентифицированы на станции Восток по электропроводности, кислотности, сульфатам и другим ионам [4, 13]. В данной работе приводятся результаты детального химического анализа пяти снежных шурфов и кернов из района станции Восток. Они позволили идентифицировать сигналы около 30 следов отложений вулканических событий позднего голоцена — с XIII по XX в.
Материалы и методы исследований
Образцы снежно-фирновой толщи, охватывающие временной интервал последних 900—1000 лет, получены в пяти точках в окрестностях станции Восток (рис. 1) в ходе сезонных работ российских экспедиций в Антарктиде путём вскрытия снежных шурфов, а также при ручном и механическом бурении. Образцы и керны в замороженном состоянии были перевезены в термоизолированных ящиках авиатранспортом со станции на НЭС «Академик Федоров» и далее морским путём в
Рис. 1. Схема окрестностей станции Восток (Антарктида) с расположением скважин и шурфов, из которых исследовались образцы
Fig. 1. The scheme of the Vostok Station's vicinities with the location of snow-firn pits and cores mentioned in the paper
г. Санкт-Петербург (ААНИИ), откуда доставлены авиатранспортом в г. Иркутск (ЛИН СО РАН).
Проанализированы следующие образцы:
1) из скважины ручного бурения VK-07 (глубина около 20 м), пробуренной в 2007 г. в 200 м к юго-западу от станции Восток; исследовался интервал керна с глубины 3,8—19,3 м;
2) из скважины ручного бурения VFL (глубина 15 м), пробуренной в 2006 г. в 113 км вверх по линии тока льда от станции Восток; исследовались интервалы керна с глубин 6,7—7,5 и 10,2—10,8 м.
3) из глубокой скважины 5Г, пробуренной на станции Восток в 1990 г.; исследовался интервал керна с глубины 15,5—36,0 м;
4) из скважины ручного бурения VKT-55, пробуренной в 2010 г.; исследовался интервал керна с глубины 2,5—7,8 м;
5) из разреза шурфа VK-55, вскрытого в 2010 г.; исследовался интервал поверхностного слоя снега 0,0—2,0 м (см. рис. 1).
Общее число проанализированных образцов — 3866. Химический анализ образцов керна проводился в аккредитованной лаборатории гидрохимии и химии атмосферы Лимнологического института СО РАН (№ РОСС RU 0001513855). До начала анализа образцы хранились при температуре -20 °С, затем разрезались в ламинарном боксе с соблюдением условий стерильности с шагом около 2 см, что примерно соответствует 1/3 слоя современной годовой аккумуляции снега [2]. Внешняя часть образца (1,5—2 см) удалялась, анализировалась только центральная часть керна, которую помещали в полипропиленовые бюксы вместимостью 100 мл. Часть растаявшего образца использовали для измерения величины pH при температуре 25 °С. Оставшуюся часть воды фильтровали через мембранные фильтры (0,2 мкм), предварительно промытые деионизиро-ванной водой. В фильтрате на приборе ICS-3000 (Dionex, США) определяли содержание катионов (Са2+, Mg2+, Na+, K+) и анионов (NO3-, Cl-, SO42-). В качестве сравнения при анализе ионов использованы стандартные растворы фирмы Kanto Chemical Co (Япония) и «Ultra Scientific» (США). Полнота определения ионов контролировалась расчётом ошибки ионного баланса [14, 19, 20]. Достоверность применяемых методик подтверждалась участием лаборатории в анализе контрольных образцов по Международным программам «Глобальная Химия Атмосферы» (GAW) под эгидой ВМО и Acid Deposition Monitoring Networkin East Asia (EANET). Международные калибрации вошли в отчёты ВМО и EANET [21].
Для выявления критерия вулканических событий в снежной воде кернов рассчитывалась средняя концентрация неморского сульфат-иона (nss-SO42-), принятая как условное фоновое значение (сплошная линия на рис. 2). Для идентификации наиболее сильных вулканических сигналов использован порог, равный средней фоновой концентрации
Т.В. Ходжер и др.
1200-1
0 i i i -1-1- i i i i i i i i i i i i i i i- lili
4 6 8 10 12 14 16 18
Глубина, м
Рис. 2. Критерии идентификации вулканических событий по концентрации неморского сульфат-иона на примере скважины VK-07.
Сплошная линия — средняя величина концентрации неморского сульфат-иона; пунктирная линия — средняя концентрация неморского сульфат-иона плюс два стандартных отклонения; 1 - вулкан Кракатау (1883); 2 - вулкан Тамбора (1815); 3 - вулкан Уайнапутина (1600) Fig. 2. The criteria of the volcanic events identification by the concentration of non-marine sulfate in the case of the borehole VK-07. Solid line is an average value of the concentration of non-marine sulfate ion; dashed line is the average concentration of sulfate ion plus two standard deviations; 1 - Krakatau (1883); 2 -Tambora (1815); 3 - Huanaputina (1600)
Таблица 1. Реперные вулканические извержения, использованные для датирования кернов
Номер скважины Вулкан (год извержения) Глубина пика SO42-, м Год аккумуляции, н.э. Период Средняя скорость аккумуляции, мм воды в год
VK-55 (шурф) Пинатубо (1991) 1,1 1993 1993-2010 22,7
< 1993
VKT-55 Агунг(1963) 2,55 1964 1964-2010 20,4
Кракатау (1883) 7,13 1884 1884-1963 22,1
< 1884
VK-07 Кракатау (1883) 6,37 1884 1884-2007 19,8
Тамбора (1815) 10,09 1816 1816-1883 22,5
Уайнапутина (1600) 18,17 1601 1601-1815 17,1
< 1601 19,0
5Г Уайнапутина (1600) 17,04 1601 1601-1990 20,4
Кувае (1452) 23,94 1454 1454-1600 23,6
Неизвестный (1259) 30,53 1260 1260-1453 28,2
< 1260 25,4
сульфат-иона плюс два стандартных отклонения (показан пунктирной линией на рис. 2). Для каждого вулканического пика рассчитывался суммарный поток неморского сульфата F (кг/км2) по формуле F = £Ьк,
где Ь — длина образца, относящегося к вулканическому событию (в мм воды); к — разность между концентрацией неморского сульфата в образце и её средним (по керну) значением.
Рассчитанные потоки сульфатов каждого вулканического пика были нормированы по отношению к извержению вулкана Тамбора FТамбора). Для датирования исследуемых кернов мы использовали несколько реперных вулканических сигналов, установленных ранее в других районах Антарктиды (в скобках при названии вулкана дан год его извержения): Пинатубо (1991), Агунг (1963), Кракатау (1883), Тамбора (1815), Уайнапутина (1600), Кува
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.