Quantitative Reconstruction of the Altai Region Annual Air Temperatures over the Past 1400 Years According to Analytical Microstratigraphy of Lake Kucherla Varved Clays

• Published in: Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya.
• Main Authors: A. Daryin V., G. Chu, C. San, V. Babich V., I. Kalugin A., T. Markovich I., V. Novikov S., M. Maksimov A., F. Daryin A., D. Sorokoletov S., Ya. Rakshun V., A. Gogin A., R. Senin А., А. Дарьин В., Г. Чу, Ц. Санс, В. Бабич В., И. Калугин А., Т. Маркович И., В. Новиков С., М. Максимов А., Ф. Дарьин А., Д. Сороколетов С., Я. Ракшун В., А. Гогин А., Р. Сенин А.
• Other Authors: This work was carried out as part of the state-ordered research theme of the IGM SB RAS, with the financial support of the RFBR (projects no. 18-55-53016 and no. 19-0550046, submicron XRF-SR). In the work we used the equipment of the shared research center SSTRC on the basis of the Novosibirsk VEPP-4 - VEPP-2000 complex at BINP SB RAS and the Kurchatov Synchrotron Radiation Source, supported by projects RFMEFI62119X0022 and RFMEFI61919X0015, Работа выполнена в рамках гос. задания ИГМ СО РАН, при поддержке грантов РФФИ ГФЕН_а № 1855-53016 и Микромир № 19-05-50046 (субмикронный РФА-СИ). В работе использовалось оборудование ЦКП “СЦСТИ” (ИЯФ СО РАН) на базе УНУ “Комплекс ВЭПП-4 — ВЭПП-2000” и УНУ Курчатовский источник синхротронного излучения (НИЦ Курчатовский институт), проекты Министерства образования и науки РФ RFMEFI62119X0022 и RFMEFI61919X0015
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya 2021
• Subjects: Altai; Lake Kucherla; bottom sediments; geochemistry; micro-XRF; synchrotron radiation; temperature reconstruction; Алтай; озеро Кучерлинское; донные осадки; геохимия; микро-РФА; синхротронное излучение; реконструкция температуры; Arctic
• Online Access: https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1286; https://doi.org/10.31857/S2587556621010039

The proglacial Lake Kucherla (Kucherlinskoe) in Altai contains annually laminated bottom sediments (glacial clay), which makes it possible to build accurate age models using layer counting (varve chronology). Age models (core dept-age of the sediment layer) were verified by isotopic data (Cs-137, Pb-210 and C-14) and analytical microstratigraphy techniques based on the use of scanning X-ray fluorescence analysis with synchrotron radiation beams (micro-XRF-SR). Time series of more than 20 rock-forming and trace elements were constructed over the entire core depth of Lake Kucherla bottom sediments. Comparison of geochemical data with regional instrumental meteorological observations in the interval 1940-2016 allowed us to identify climate indicators and build transfer functions-the annual air temperature as a function of the elemental composition of bottom sediments. The correlation coefficient for the average annual temperature is +0.59, which is a significant value (n = 76, p = 0.99), indicating the presence of a stable linear relationship between the variations of the meteorological parameter and the composition of bottom sediments formed under the influence of external weather and climate conditions. Using average 10-year values significantly increases the correlation coefficient (+0.84) and reduces the reconstruction error to ±0.52°C (for a 95% probability). By approximating the transfer function to the entire sampling depth, a reconstruction of the regional temperature change over the time interval of the last 1400 years was constructed with an estimated error of reconstructed parameter. A comparison of the reconstruction with the data of regional studies and global reconstructions for the Northern Hemisphere shows the presence of general trends and extremes and minimal discrepancies in time scales and reconstructed temperatures. Приледниковое озеро Кучерлинское (Алтай) содержит ленточные глины, что позволяет строить точные возрастные модели подсчетом слоев и верифицировать их изотопными данными Cs-137, Pb-210 и C-14. Результаты сканирующего микро-РФА на пучках синхротронного излучения были использованы для построения временных рядов более 20 породообразующих и следовых элементов в разрезе донных отложений. Сравнение с метеоданными показало, что коэффициент корреляции годовой температуры с реконструкцией на интервале обучения (1940—2016 гг.) равен +0.59, что является значимой величиной (n = 76, p = 0.99). При использовании 10-летних сглаженных данных коэффициент корреляции достигает величины +0.84, при этом погрешность температурной реконструкции снижается до величины ±0.52°C. Сравнение полученной реконструкции с глобальными для Северного полушария для последних 1400 лет показывает наличие общих трендов и экстремумов.