danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2021-65-4-495-502dan-997Research ArticleНАУКИ О ЗЕМЛЕEARTH SCIENCESСтабильные изотопы в снеге прибрежных районов АнтарктидыStable isotopes in the snow of the coastal areas of AntarcticaКакарекаС. В.KakarekaS. V.

Какарека Сергей Витальевич – д-р техн. наук, заведующий лабораторией

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, Минск

Kakareka Sergey V. – D. Sc. (Engineering), Head of the Laboratory

10, F. Skorina Str., 220076, Minsk 

sk001@yandex.ruКухарчикТ. И.KukharchykT. I.

Кухарчик Тамара Иосифовна – д-р географ. наук, гл. науч. сотр.

ул. Ф. Скорины, 10, 220076, Минск

Kukharchyk Tamara I. – D. Sc. (Geography), Chief researcher

10, F. Skorina Str., 220076, Minsk 

tkukharchyk@gmail.comЕкайкинА. А.EkaykinA. A.

Екайкин Алексей Анатольевич – канд. географ. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Беринга, 38, 199397, Санкт-Петербург

Ekaykin Aleksey A. – Ph. D. (Geography), Senior researcher

38, Bering Str., 199397, Saint Petersburg 

ekaykin@aari.ruГигинякЮ. Г.GiginyakYu. G.

Гигиняк Юрий Григорьевич – канд. биол. наук, вед. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Giginyak Yury G. – Ph. D. (Biology), Leading researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk 

antarctida_2010@mail.ruИнститут природопользования Национальной академии наук БеларусиInstitute for Nature Management of the National Academy of Sciences of BelarusГосударственный научный центр Российской Федерации «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт»; Институт наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университетState Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research Institute; Saint Petersburg State University, Institute of Earth SciencesРеспубликанский научно-практический центр по биоресурсам Национальной академии наук БеларусиScientific and Practical Centre for Bioresources of the National Academy of Sciences of Belarus202102092021654495502Copyright © Какарека С.В., Кухарчик Т.И., Екайкин А.А., Гигиняк Ю.Г., 20212021Какарека С.В., Кухарчик Т.И., Екайкин А.А., Гигиняк Ю.Г.Kakareka S.V., Kukharchyk T.I., Ekaykin A.A., Giginyak Y.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/997

Приведены первые результаты изучения стабильных изотопов кислорода (δ18O) и водорода (δD) в пробах снега, отобранных на островах залива Маргерит (Антарктический полуостров), в оазисе Вечерний (Земля Эндерби) и Холмах Ларсеманн (Земля Принцессы Елизаветы) участниками 12-й Белорусской антарктической экспедиции (январь–март 2020 г.). Концентрация изотопов воды: дейтерия (D) и кислорода-18 (18O) в пробах определялась с помощью лазерного анализатора изотопного состава Picarro L2130. Всего проанализировано 32 пробы снега. Оценены статистические параметры изотопного состава снега, показаны основные различия в содержании δ18O и δD между районами исследования. Показано уменьшение содержания тяжелых изотопов кислорода и водорода в ряду от свежевыпавшего снега к лежалому снегу поверхностных горизонтов. Максимальные значения δ18O и δD характерны для снега островной части Западной Антарктики, они убывают в прибрежной зоне Восточной Антарктиды и минимальны во внутриконтинентальных ее районах. Описаны возможные факторы, влияющие на содержание изотопов. Показано, что мониторинг изотопного состава может быть составной частью мониторинга климатических изменений в районе базирования Белорусской антарктической экспедиции. Изучение изотопного состава современного снега важно для реконструкции палеоклимата краевой зоны антарктического ледникового щита на основе ледяных кернов.

The first results of study of stable isotopes of oxygen (δ18O) and hydrogen (δD) in the snow samples taken on the islands of Marguerite Bay (Antarctic Peninsula), in the Vecherny Oasis (Enderby Land), and Larsemann Hills (Princess Elizabeth Land) by the participants of the 12th Belarusian Antarctic Expedition (January–March 2020) are presented. The concentration of water isotopes: deuterium (D) and oxygen-18 (18O) in the samples was determined using a laser isotope composition analyzer Picarro L2130. A total of 32 snow samples were analyzed. The statistical parameters of the isotopic composition of snow were estimated, and the main differences in the content of δ18O and δD between the study areas were shown. A decrease in the content of heavy oxygen and hydrogen isotopes in the newly fallen snow to the old snow of the surface horizons is shown. The maximum values of δ18O and δD are typical for the Maritime Antarctica, decreasing towards the coastal zone and further – towards its continental part. The possible factors affecting the isotope content are described. It is shown that the monitoring of the isotope composition can be an integral part of the monitoring of climatic changes within the area of operation of the Belarusian Antarctic Expedition. The study of the isotopic composition of surface snow is important for the reconstruction of the paleoclimate of the marginal zone of the Antarctic ice sheet based on the ice cores study.

изотопы кислородаизотопы водородаснегзалив Маргеритоазис ВечернийХолмы ЛарсеманнAntarcticaMarguerite BayOasis VechernyLarsemann Hillssnowoxygen isotopeshydrogen isotopesРабота выполнена в рамках подпрограммы «Мониторинг полярных районов Земли, создание Белорусской антарктической станции и обеспечение деятельности полярных экспедиций на 2016–2020 годы» и подпрограммы «Развитие деятельности белорусской антарктической станции» на 2021–2025 годы. Выражаем искреннюю благодарность руководству Полярного антарктического института и Исследовательского центра Мармара Совета по научным и технологическим исследованиям Турции (TUBITAK) за возможность участия С. В. Какарека в 4-й Турецкой антарктической экспедиции и проведения отбора проб снега на островах залива Маргерит. Авторы выражают благодарность начальнику 12-й белорусской антарктической экспедиции БАЭ А. А. Гайдашову и всем ее участникам за отбор проб снега в оазисе Вечерний и транспортировку проб. Глубокая признательность руководству Государственного научного центра Российской Федерации «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» за возможность выполнения изотопного анализа снега в лаборатории института.The work is carried out within the framework of the subprogram “Monitoring the polar regions of the Earth, organizing the Belarusian Antarctic station, and providing the activity of polar expeditions for 2016– 2020” and the subprogram “Developing the activity of the Belarusian Antarctic Expedition for 2021–2025”. The authors are very grateful to the management of the Polar Antarctic Institute and the Research Center of the Marmara Council on Scientific and Technological Studies of Turkey (TUBITAK) for the opportunity given to S. V. Kakarekа to participate in the Fourth Turkish Antarctic expedition and to take snow samples on the islands of Marguerite Bay. The authors express their gratitude to the leader of the 12th Belarusian Antarctic expedition А. А. Gaidashov and all BAE participants for the snow samples taken in the Vecherny Oasis and their transportation. The authors are deeply grateful to the management of the State Scientific Center of the Russian Federation “Arctic and Antarctic Research Institute” for the opportunity to make the isotope analysis of snow at the Institute Laboratory.ReferencesЕкайкин, А. А. Стабильные изотопы воды в гляциологии и палеогеографии / А. А. Екайкин. – СПб., 2016. – 63 с.Ekaykin A. A. Stable isotopes of water in glaciology and paleogeography. Saint Petersburg, 2016. 63 p. (in Russian).On the similarity and apparent cycles of isotopic variations in East Antarctic snow pits / T. Laepple [et al.] // The Cryosphere. – 2018. – Vol. 12, N 1. – P. 169–187. https://doi.org/10.5194/tc-12-169-2018Laepple T., Munch T., Casado M., Hoerhold M., Landais A., Kipfstuhl S. On the similarity and apparent cycles of isotopic variations in East Antarctic snow pits. The Cryosphere, 2018, vol. 12, no. 1, pp. 169–187. https://doi.org/10.5194/tc-12-169-2018A review of Antarctic surface snow isotopic composition: observations, atmospheric circulation, and isotopic modeling / V. Masson-Delmotte [et al.] // J. Climate. – 2008. – Vol. 21, N 13. – P. 3359–3387. https://doi.org/10.1175/2007jcli2139.1Masson-Delmotte V., Hou S., Ekaykin A., Jouzel J., Aristarain A., Bernardo R. T., Bromwich D., Cattani O., Delmotte M., Falourd S., Frezzotti M., Gallée H., Genoni L., Isaksson E., Landais A., Helsen M. 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., Simões J. C., Steig E. J., Stenni B., Stievenard M., van den Broeke M. R., van de Wal R. S. W., van de Berg W. J., Vimeux F., White J. W. C. A review of Antarctic surface snow isotopic composition: observations, atmospheric circulation, and isotopic modeling. Journal of Climate, 2008, vol. 21, no. 13, pp. 3359–3387. https://doi.org/10.1175/2007jcli2139.1Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica / J. R. Petit [et al.] // Nature. – 1999. – Vol. 399, N 6735. – P. 429–436. https://doi.org/10.1038/20859Petit J. R., Jouzel J., Raynaud D., Barkov N. I., Barnola J. M., Basile I., Bender M., Chappellaz J., Davis M., Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V. M., Legrand M., Lipenkov V. Y., Lorius C., Pepin L., Ritz C., Saltzman E., Stievenard M. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature, 1999, vol. 399, no. 6735, pp. 429–436. https://doi.org/10.1038/20859Orbital and millennial Antarctic climate variability over the past 800,000 years / J. Jouzel [et al.] // Science. – 2007. – Vol. 317, N 5839. – P. 793–796. https://doi.org/10.1126/science.1141038Jouzel 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 past 800,000 years. Science, 2007, vol. 317, no. 5839, pp. 793–796. https://doi.org/10.1126/science.1141038State dependence of climatic instability over the past 720,000 years from Antarctic ice cores and climate modeling / K. Kawamura [et al.] // Sci. Adv. – 2017. – Vol. 3, N 2. – Art. e1600446. https://doi.org/10.1126/sciadv.1600446Kawamura K., Abe-Ouchi A., Motoyama H., Ageta Y., Aoki S., Azuma N., Fujii Y., Fujita K., Fujita S., Fukui K., et al. State dependence of climatic instability over the past 720,000 years from Antarctic ice cores and climate modeling. Sciences Advances, 2017, vol. 3, no. 2, art. e1600446. https://doi.org/10.1126/sciadv.1600446A comparison of the present and last interglacial periods in six Antarctic ice cores / V. Masson-Delmotte [et al.] // Clim. Past. – 2011. – Vol. 7, N 2. – P. 397–423. https://doi.org/10.5194/cp-7-397-2011Masson-Delmotte V., Buiron D., Ekaykin A., Frezzotti M., Gallee H., Jouzel J., Krinner G., Landais A., Motoyama H., Oerter H., Pol K., Pollard D., Ritz C., Schlosser E., Sime L. C., Sodemann H., Stenni B., Uemura R., Vimeux F. A comparison of the present and last interglacial periods in six Antarctic ice cores. Climate of the Past, 2011, vol. 7, no. 2, pp. 397–423. https://doi.org/10.5194/cp-7-397-2011Archival processes of the water stable isotope signal in East Antarctic ice cores / M. Casado [et al.] // The Cryosphere. – 2018. – Vol. 12, N 5. – P. 1745–1766. https://doi.org/10.5194/tc-12-1745-2018Casado M., Landais A., Picard G., Munch T., Laepple T., Stenni B., Dreossi G., Ekaykin A., Arnaud L., Genthon C., Touzeau A., Masson-Delmotte V., Jouzel J. Archival processes of the water stable isotope signal in East Antarctic ice cores. The Cryosphere, 2018, vol. 12, no. 5, pp. 1745–1766. https://doi.org/10.5194/tc-12-1745-2018Acquisition of Post-Depositional Effects on Stable Isotopes (δ18O and δD) of Snow and Firn at Dome A, East Antarctica / T. Ma [et al.] // Water. – 2020. – Vol. 12, N 6. – P. 1707. https://doi.org/10.3390/w12061707Ma T., Li L., Shi G., Li Yu. Acquisition of Post-Depositional Effects on Stable Isotopes (δ18O and δD) of Snow and Firn at Dome A, East Antarctica. Water, 2020, vol. 12, no. 6, pp. 1707. https://doi.org/10.3390/w12061707Thamban, M. Trace metal concentrations of surface snow from Ingrid Christensen Coast, East Antarctica – spatial variability and possible anthropogenic contributions / M. Thamban, R. G. Thakur // Environmental Monitoring and Assessment. – 2013. – Vol. 185, N 4. – P. 2961–2975. https://doi.org/10.1007/s10661-012-2764-0Thamban M., Thakur R. C. Trace metal concentrations of surface snow from Ingrid Christensen Coast, East Antarctica – spatial variability and possible anthropogenic contributions. Environmental Monitoring and Assessment, 2013, vol. 185, no. 4, pp. 2961–2975. https://doi.org/10.1007/s10661-012-2764-0Ice core study from the King George Island ice cap, South Shetlands, Antarctica / J. C. Simões [et al.] // Pesqui. Antarct. Brasil. – 2004. – Vol. 4. – P. 9–23 [Electronic resource]. – Mode of access: https://www.researchgate.net/publication/228753749_Ice_core_study_from_King_George_Island_South_Shetlands_Antarctica. – Date of access: 15.03.2020.Simões J. C., Ferron F. A., Aristarain A. J., Bernardo R. T., Stievenard M., Pourchet M. Ice core study from the King George Island ice cap, South Shetlands, Antarctica. Pesqui. Antarct, 2004, vol. 4, pp. 9–23. https://www.researchgate.net/publication/228753749_Ice_core_study_from_King_George_Island_South_Shetlands_Antarctica (accessed 15.03.2020).Climatic signals from 76 shallow firn cores in Dronning Maud Land, East Antarctica / S. Altnau [et al.] // The Cryosphere. – 2015. – Vol. 9, N 3. – P. 925–944. https://doi.org/10.5194/tc-9-925-2015Altnau S., Schlosser E., Isaksson E., Divine D. Climatic signals from 76 shallow firn cores in Dronning Maud Land, East Antarctica. The Cryosphere, 2015, vol. 9, no. 3, pp. 925–944. https://doi.org/10.5194/tc-9-925-2015Casado, M. Climatic information archived in ice cores: impact of intermittency and diffusion on the recorded isotopic signal in Antarctica / M. Casado, T. Münch, T. Laepple // Clim. Past. – 2020. – Vol. 16, N 4. – P. 1581–1598. https://doi.org/10.5194/cp-16-1581-2020Casado M., Münch T., Laepple T. Climatic information archived in ice cores: impact of intermittency and diffusion on the recorded isotopic signal in Antarctica. Climate of the Past, 2020, vol. 16, no. 4, pp. 1581–1598. https://doi.org/10.5194/cp-16-1581-2020Пространственная изменчивость изотопного состава и скорости накопления снега на снегомерном полигоне станции Восток (Центральная Антарктида) / А. А. Екайкин [и др.] // Проблемы Арктики и Антарктики. – 2019. – Т. 65, № 1. – С. 46–62. https://doi.org/10.30758/0555-2648-2019-65-1-46-62Ekaykin A. A., Vladimirova D. O., Tebenkova N. A., Brovkov E. V., Veres A. N., Kovyazin A. V., Kozachek A. V., Lindren M., Shibaev Yu. A., Preobrazhenskaya A. V., Lipenkov V. Ya. Spatial variability of snow isotopic composition and accumulation rate at the stake farm of Vostok station (Сentral Antarctica). Arctic and Antarctic Research, 2019, vol. 65, no. 1, pp. 46–62 (in Russian). https://doi.org/10.30758/0555-2648-2019-65-1-46-62New insights into the use of stable water isotopes at the northern Antarctic Peninsula as a tool for regional climate studies / F. Fernandoy [et al.] // The Cryosphere. – 2018. – Vol. 12, N 3. – P. 1069–1090. https://doi.org/10.5194/tc-12-1069-2018Fernandoy F., Tetzner D., Meyer H., Gacitúa G., Hoffmann K., Falk U., Lambert F., MacDonell S. New insights into the use of stable water isotopes at the northern Antarctic Peninsula as a tool for regional climate studies. The Cryosphere, 2018, vol. 12, no. 3, pp. 1069–1090. https://doi.org/10.5194/tc-12-1069-2018Natural Environmental Research Council British Antarctic Survey Sensor. Observation Service Online Meteorological Data for the Rothera Station – 2020 [Electronic resource]. – Mode of access: http://basmet.nerc-bas.ac.uk/sos/. – Date of access: 27.03.2021.Natural Environmental Research Council British Antarctic Survey Sensor. Observation Service Online Meteorological Data for the Rothera Station. Available at: http://basmet.nerc-bas.ac.uk/sos/ (accessed 27.03.2021)Chemical Composition of Fresh Snow from Glaciar Marinelli, Tierra Del Fuego, Chile / B. Grigholm [et al.] // Journal of Glaciology. – 2009. – Vol. 55, N 193. – P. 769–776. https://doi.org/10.3189/002214309790152546Grigholm B., Mayewski P. A., Kurbatov A. V., Casassa G., Staeding A. C., Handley M., Sneed S. B., Introne D. S. Chemical Composition of Fresh Snow from Glaciar Marinelli, Tierra Del Fuego, Chile. Journal of Glaciology, 2009, vol. 55, no. 193, pp. 769–776. https://doi.org/10.3189/002214309790152546

The authors declare that there are no conflicts of interest present.