Dependence of the isotopic composition of different precipitation types on air temperature in Central Antarctica

• Published in: Arctic and Antarctic Research
• Main Authors: N. Tebenkova A., A. Ekaykin A., T. Laepple, D. Notz, A. Kozachek V., A. Veres N., Н. Тебенькова А., А. Екайкин А., Т. Лэппле, Д. Нотц, А. Козачек В., А. Верес Н.
• Other Authors: This work is financed by Russian Science Foundation grant 21-17-00246, Данная работа была поддержана Российским научным фондом, грант № 21-17-00246
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт 2021
• Subjects: Central Antarctica;ice needles;hoar;precipitation;snow;stable water isotopes;Vostok station; изморозь;ледяные иглы;снег;стабильные изотопы воды;станция Восток;Центральная Антарктида; Antarctic; Vostok Station; Annals of Glaciology; Antarc*; Antarctica; Arctic; ice core; The Cryosphere; Антарктида
• Online Access: https://www.aaresearch.science/jour/article/view/403; https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-4-368-381

Water isotopes are key proxies to reconstruct past climatic conditions on our planet based on Antarctic ice core data. The accuracy of climate reconstructions depends on understanding the whole range of the processes involved in the formation of precipitation isotopic composition. The isotopic composition of precipitation in Central Antarctica has been studied in a number of works, but the difference between the isotopic composition of different types of precipitation has not yet been fully described.There are three main type of precipitation in Central Antarctica: snow, ice needles and hoar. The aim of this work is to establish the dependence of isotopic composition of different precipitation types on temperature. Precipitation samples were collected at Vostok station in Central Antarctica from 1998 to 2020 and further analyzed for δ18O and δD. For each precipitation event we have meteorological data, averaged over the time of precipitation fallout. Mean values of δD for each precipitation type were defined as follows: –444±6.5 ‰ for diamond dust, –480± 6 ‰ for hoar and –95±11 ‰ for snow. The seasonal variability of the temperature dependence of the isotopic composition was studied using the example of ice needles. According to our data, the dependence is insignificant in winter, but this needs to be confirmed by an extended dataset. The largest slope of the isotope-temperature dependence regression line is observed for the summer period and is equal to 5.34±3.11 ‰·°С–1, the autumn season has a slope of 2.1±1.3 ‰·°С–1, while for the spring period we do not have enough data for analysis. There is an insignificant difference in the slopes of the isotope-temperature dependence for different types of precipitation: 2.93±0.51 ‰·°С–1 for ice needles, 2.32±1.34 ‰·°С–1 for snow and 2.52±0.35 ‰·°С–1 for hoar. We studied the effect of blizzards on the isotopic composition of samples and concluded that one should avoid using data collected during a blizzard to study the differences in the formation of the isotopic signal for different types of precipitation.This work brings us closer to understanding how isotopic composition is formed in each type of precipitation and what information it provides. This will contribute to a more accurate interpretation of the isotope signal from ice cores. Изучение изотопного состава ледяных кернов дает нам ценную информацию о климате прошлого. Для правильной интерпретации данных, полученных из ледяных кернов, необходимо понимать процесс формирования изотопного сигнала в атмосферных осадках. В этой работе исследована зависимость изотопного состава трех основных для Центральной Антарктиды типов осадков — ледяных игл, изморози и снега — от приземной температуры воздуха. Использованы образцы, отобранные в районе российской внутриконтинентальной станции Восток в период с 1998 по 2020 г. Коэффициенты линейной регрессии между концентрацией дейтерия (dD) и температурой различаются статистически незначимо для всех типов осадков в пределах годового цикла: 2,93±0,51 ‰·°С–1 для ледяных игл, 2,32±1,34 ‰·°С–1 для снега и 2,52±0,35 ‰ °С–1 для изморози. Сделан анализ сезонной изменчивости изотопно-температурной зависимости для ледяных игл. Для зимнего периода связь между изотопным составом и температурой воздуха не обнаружена. Летом наблюдается наибольший наклон изотопно-температурной зависимости, равный 5,34±3,11 ‰·°С–1, наклон для осеннего периода равен 2,1±1,3 ‰·°С–1, тогда как для весеннего периода мы не располагаем достаточным количеством данных для анализа. В исследовании не использовались осадки, отобранные во время метелей, поскольку было установлено, что метель привносит снег с другим изотопным составом в образец.