| Summary: | Huippuvuorten lakijäätiköiltä kairatut jäänäytteet ovat osoittautuneet hyödyllisiksi arkistoiksi, jotka kattavat useita vuosisatoja ja kertovat Barentsin alueen paleoympäristöstä sekä alueen ilmaston kytköksistä Euroopan arktisiin alueisiin. Länsi-Huippuvuorten Holtedahlfonna-jäätiköltä ja Nordaustlandetin Vestfonna-jäätiköltä otetuista lumi-, firn- ja jääkairasydännäytteistä analysoitiin vesiliukoisten ionien pitoisuuksia (Na+, NH4 +, K+, Mg2+, Ca2+, CH3SO3 -, Cl-, SO4 2-, NO3 -) ja hapen isotooppikoostumus, ja tulosten avulla tutkittiin ympäristöolosuhteiden vaihtelua Huippuvuorilla ajallisesti ja paikallisesti. Vertaamalla systemaattisesti eri tutkimuskohteiden paikallisia kerrostumisenjälkeisiä olosuhteita ja prosesseja (tuuliolosuhteet, eroosio, sulaminen, vesihöyryn diffuusio), niiden vaikutus pystyttiin erottamaan puhtaasti ilmastollisista tekijöistä. Holtedahlfonnan 125 metriä pitkä jääkairanäyte on toistaiseksi kattavin glasiokemiallinen arkisto läntisiltä Huippuvuorilta. Vaurioituneet vuosikerrokset ja tuntematon jäätikön paksuus aiheuttivat kuitenkin ongelmia jääkairasydämen ajoituksessa. Tämän takia kehitettiin uusi ajoitusmenetelmä, jossa eroteltiin tilastollisesti vulkaanisperäisen sulfaatin osuus kokonaissulfaatin määrästä. Menetelmää testattiin Holtedahfonnan jääkairasydämeen ja neljään polaarialueen ulkopuolelta kairattuun jääkairasydämeen. Menetelmä poistaa havaittujen sulfaattipiikkien vulkaanisen/ei-vulkaanisen alkuperän määrittämiseen liittyvät epävarmuudet, ja toimii erityisen hyvin silloin, kun vulkaanisperäistä sulfaattia on huomattavasti enemmän kokonaismäärästä kuin antropogeenistä eli ihmisen toiminnasta syntynyttä sulfaattia. Menetelmän avulla Holtedahlfonnan 305 vuotta (1700-2005) kattavasta jääkairasydämestä, joka ulottuu pienen jääkauden loppuun, saatiin viisi ajoitusta (mukaan lukien 103 metrin syvyydessä sijaitseva Laki-horisontti vuodelta 1783) huolimatta siitä, että vain 1,4 % sulfaatista on vulkaanista alkuperää. Holtedahfonnan jäätikkö altistuu voimakkaalle vuodenaikaissulamiselle, joka on kiihtynyt vuodesta 1850 lähtien. Se häivyttää ca. 50%:a jään sisältämästä kemiallisesta ilmastosignaalista, minkä vuoksi menneistä ilmasto-olosuhteista voidaan tehdä tulkintoja vain karkeammalla, usean vuoden resoluutiolla. Holtedahlfonnan ja Lomonosovfonnan (itäiset Huippuvuoret) kemiallisten aikasarjojen huolellinen vertailu paljastaa, että Grönlannin meri on ollut todennäköisin kosteuden, lämmön, merisuolan ja biogeenisen rikin lähde läntisillä Huippuvuorilla viimeisen 300 vuoden aikana. Huomiota kiinnitettiin erityisesti ammoniumin lähteen määrittämiseen ja siihen, miksi sen määrä Holtedahlfonnalla on kolminkertaistunut vuodesta 1880, 60 vuotta myöhemmin kuin Lomonosovfonnalla.Moninkertaisen lineaarisen regressioanalyysin innovatiivinen käyttö ammonium-aikasarjojen yhteydessä osoittaa, että talveen ja kevääseen ajoittuva saasteiden kulkeutuminen (Arctic haze -ilmiö) on todennäköisin syy pitoisuuksien kasvulle. Lämmön siirtyminen jäättömänä pysyvästä Grönlannin merestä edistää paksumman lämpötilan inversiokerroksen syntymistä, mikä mahdollisesti aiheuttaa pH-arvoltaan neutraalimpien saasteiden kulkeutumisen korkeammalle merenpinnasta läntisillä Huippuvuorilla. Lumen kemiallisen koostumuksen ja akkumulaatiomäärän suuret paikalliset ja ajalliset vaihtelut, jotka johtuvat pääosin etäisyydestä avomereen, ovat havaittavissa myös lakijäätikön mittakaavassa. Lumen ja firn-lumen kemialliset analyysit Vestfonnan kahdelta päähuipulta tulkittiin hyödyntäen saatavilla olevia sää- ja glasiofysikaalisia parametreja (jääkairasydänten stratigrafia, paikallisten automaattisten sääasemien havainnot, kaukokartoitushavainnot tai uudelleen analysoitu kaukokartoitusdata). Korkeat merellisten suolojen pitoisuudet ja matala sulfaattikonsentraatio läntisellä huipulla tavatussa talvilumikerroksessa viittaavat kuurankukkien (frost flower) ja uuden merijään muodostumiseen talvisin Nordaustlandetia ympäröivissä vesissä, Hinlopenin salmessa. Molemmissa Vestfonnan huipuilta kairatuissa jääsarjoissa havaittiin hapen 18O-isotoopista voimakkaasti köyhtynyt kerros. Isotooppiarvoltaan matalan kerroksen arvioitiin edustavan talvea 1994/1995, ja heijastavan merijään laajuusanomaliaa Barentsin merellä, joka sai aikaan poikkeuksellisen pohjoisen ilmavirtauksen ja 18O-köyhtyneen vesihöyryn kulkeutumisen alueelle Arktikselta. Matalan δ18O-arvon sisältämän kerroksen syntyajankohdan määrittäminen mahdollisti 17 ja 13 vuotta pitkien akkumulaatioaikasarjojen rekonstruoimisen läntisellä ja itäsellä Vestfonnalla. Huomattavasti alhaisempi nettoakkumulaatio itäisellä puolella kertoo todennäköisesti paikallisesti vaihtelevista tuuliolosuhteista lakijäätiköllä. Ice cores extracted from Svalbard ice caps have proved to be useful multi-century paleoenvironmental archives for the Barents region and its climatic connection with the broad European Arctic sector. Concentration measurements of water soluble ions (Na+, NH4 +, K+, Mg2+, Ca2+, CH3SO3 -, Cl-, SO4 2-, NO3 -) along with isotopic analysis of oxygen were carried out on snow, firn and ice samples from Holtedahlfonna (western Spitsbergen) and Vestfonna (Nordaustlandet) ice caps in order to investigate Svalbard climate variability over diverse spatial and temporal scales. Local environmental patterns were inferred from site comparative studies with a systematic and careful distinction between the signal proportions induced by post-depositional processes (wind drift, erosion, melt, diffusion of water vapor) from that related solely to climatic factors. The 125 m long Holtedahlfonna core is, to date, the most extensive glaciochemical archive for western Spitsbergen. Disrupted seasonal cycles and the unknown glacier thickness presented obstacles in dating the core which led to the development of a new dating method aimed at statistically extracting the volcanic fraction from the total sulfate budget dominated by other sources. This method, tested on Holtedahlfonna and four other non-polar ice cores, dispels ambiguities about the volcanic nature of sulfate concentration peaks and proves to work particularly well when, for instance, volcanic sulfate is overwhelmed by anthropogenic sulfate. Despite only 1.4 % of sulfate being defined as volcanic, five signatures (including the Laki horizon (1783) at 103 m depth) were found in Holtedahlfonna records dating back to the end of the Little Ice Age and spanning 305 years (1700-2005). Strong seasonal melting, intensifying since 1850, affects Holtedahlfonna and blurs ca. 50% of the climatic signal contained in ionic records which are thus interpretable at a multi-year resolution only. The thorough comparison of Holtedahlfonna and Lomonosovfonna (eastern Spitsbergen) chemical time series reveals the Greenland Sea as the most plausible source of moisture, warmth, sea-salt and biogenic sulfur for western Spitsbergen over the last three centuries. Particular attention was paid to determining the possible ammonium sources and understanding its threefold concentration rise starting in 1880, i.e. 60 years earlier than observed in Lomonosovfonna core. The innovative application of multiple linear regression to the ammonium time series yields winter-spring pollution events (Arctic haze) as the most likely contributors to the post-1880 increase. A thicker temperature inversion layer, favored by oceanic heat advection from the year round open Greenland Sea, is suggested as the phenomenon facilitating transport of more pH-neutral pollution to higher elevations in western Spitsbergen. The high spatial and temporal variability of snow chemistry and accumulation rates mostly induced by the distance to open sea is also visible at the scale of the ice cap. Chemistry analysis of snow and firn cores from the main summits of Vestfonna were interpreted in the light of all weather and glaciophysical parameters available for that remote region (core stratigraphy, in situ AWS data, remote sensing observations or reanalysis data). A sea-salt enriched and sulfate depleted layer detected in the western summit winter snow pack inferred that young sea ice and frost flowers can form around Nordaustlandet (in Hinlopen strait) in winter. A highly 18O-depleted layer measured in all shallow cores from the two Vestfonna summits was dated as 1994/95 winter when Barents Sea ice extent anomaly induced northerly wind and 18O-depleted moisture advection from the Arctic. Dating the low δ18O value horizon enabled the reconstruction of 17 and 13 year long time series of net accumulation at western and eastern Vestfonna. The much lower average net accumulation rate on the eastern side probably unveils a heterogeneous wind drift regime over the ice cap. Julkaistu versio
|
|---|