Пространственно-временные изменения химического состава снежного покрова в Восточной Антарктиде за последние 200 лет и их связь с атмосферной циркуляцией

Аннотация к заявке:

Проект направлен на изучение механизмов взаимосвязи между разномасштабными климатическими изменениями для последующей верификации прогнозных климатических сценариев. В рамках проекта предполагается изучить пространственно-временные особенности химического состава снежного покрова, отложенного в Восточной Антарктиде за последние 200 лет и установить связи между разномасштабными процессами атмосферной циркуляции и химией снега. Будут получены серии высокоразрешающих (год-сезон) профилей химических компонентов (главные ионы, микроэлементы, микрочастицы, органические соединения) в снежно-фирновом покрове за последние 200 лет в разных районах Восточной Антарктиды (профиль Мирный-Восток, линия тока Купол B – станция Восток, профиль Прогресс-Восток). Будут определены скорости аккумуляции снега на каждой анализируемой станции, установлены источники поступления химических компонентов и пространственно-временные особенности их захоронения в снежном покрове. По результатам анализа климатологических данных за период 1948–2013 гг. будут выявлены разномасштабные (глобальные, региональные и локальные) механизмы атмосферной циркуляции, обуславливающие интенсивность переноса и аккумуляции химических компонентов в снежно-фирновом покрове района исследований. Комплексный анализ полученных данных позволит разработать концептуальную модель переноса химических компонентов в снежный покров Восточной Антарктиды за последние 200 лет.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

Антарктида – самый удивительный и феноменальный материк на нашей планете. Площадь континента составляет около 14,1 млн. км² (из них шельфовые ледники – 930 тыс. км², острова – 75,5 тыс. км²). Этот ледниковый покров существует не менее 30 млн лет и в нем заключено около 90% наземных льдов Земли. Так в чем же заключается уникальность Антарктиды? Как минимум можно отметить три исключительные черты. Самые суровые климатические условия (зимой температура воздуха может опускаться почти до –90º С, а скорость ветра может достигать 100 м/с) Самый высокий континент Земли, средняя высота его поверхности над уровнем моря составляет более 2000 м, а в центре континента достигает 4000 метров. Антарктида – еще и самый чистый континент. Его природа осталась настолько девственной, что его иногда сравнивают с Марсом, к которому человек еще не приложил руку. Мадридская конвенция 1991 года объявила Антарктиду особой экологической зоной, которая должна быть свободна от любых территориальных посягательств и промышленных разработок.

Ледниковый покров Антарктиды – своеобразная «кухня погоды» не только для южного полушария, но и для всего земного шара. Следовательно, циркуляция атмосферы в Антарктике является частью циркуляции южного полушария, а также тесно связана с общей планетарной атмосферной циркуляцией. Она отражает ярко выраженные черты зональности в распределении атмосферного давления. В общем виде она состоит из трех основных тесно взаимосвязанных барических и циркуляционных систем: субтропического пояса высокого давления, кольца низкого давления вокруг Антарктического материка и системы циркуляции над ледниковым покровом Антарктиды. Климатические особенности Антарктиды определяются ее околополюсным положением, большими абсолютными высотами континента и свойствами снежно-ледяной поверхности.

Лед Антарктиды – наиболее ценный источник информации о прошлом климате нашей планеты. По изотопному составу ледовых кернов была реконструирована температура воздуха и газовый состав атмосферы за последний миллион лет. Определенный интерес представляют короткопериодичные колебания климата (в интервале сотен лет). Примером таких колебаний является период последних 200 лет, когда произошла резкая смена холодного климата малого ледникового периода (XV–XIX вв.) к современному потеплению (XX–XXI вв.). Неизбежным следствием такого рода климатических изменений является перестройка циркуляции атмосферы (смена циркуляционных эпох, с зональных на меридиональные и обратно). Одним из индикаторов изменения атмосферной циркуляции во внутриконтинентальных районах Антарктиды является интенсивность переноса аэрозолей морского происхождения. В ходе выполнения проекта был детально исследован химический состав снежно-фирнового покрова в нескольких районах Восточной Антарктиды (Рис. 1), отложенный за последние 200 лет и выявлена его связь с циркуляционными процессами в атмосфере. С высоким разрешением были проанализированы не только основные ионы (кальций, натрий, калий, сульфат, хлорид, нитрат), но и бромид-ион, метансульфоновая кислота, отдельные микрочастицы. На станции Восток сотрудниками экспедиции из ААНИИ была измерена электропроводность вдоль керна, что позволило выявить слои, содержащие продукты известных извержений вулканов (Тамбора-1815, Кракатау-1883, Агунг-1963, Пинатубо-1991). В дальнейшем керны транспортировались из Антарктиды в г. Иркутск (Рис. 2), где в аналитической лаборатории ЛИН СО РАН с высоким разрешением (2–3 см) был проведен химический анализ около десяти тысяч отдельных образцов. По данным распределения сульфата в кернах и шурфах вулканические горизонты были датированы с точностью до года (Рис. 3, 4). Анализ морфологии и химического состава микрочастиц из вулканических горизонтов подтвердил их вулканическое происхождение (Рис. 5). Полученные данные позволили рассчитать скорость аккумуляции снега в разных районах и выявить особенности ее пространственного распределения вдоль линий тока льда от Купола Б к подледному озеру Восток (Рис. 6). Максимумы скорости аккумуляции определены на северную и среднюю часть озера, минимумы – на район станции Восток (южная часть озера) и линию VFL. Увеличение скорости аккумуляции наблюдается в районе купола Б. Была выявлена тенденция увеличения аккумуляции к северу от станции Восток (вдоль 105-го меридиана). По результатам гляциохимических исследований были определены пространственные и временные неоднородности в аккумуляции морского аэрозоля натрия (Na⁺) в индоокеанском секторе Восточной Антарктиды за последние 200 лет. Впервые за этот же период по содержанию морского аэрозоля в снежном покрове была реконструирована интенсивность атмосферной циркуляции в индоокеанском секторе Восточной Антарктиды (Рис. 7). Выделено несколько периодов усиления интенсивности циркуляции, сопровождающейся увеличением потока морского аэрозоля в район станции Восток (южно-полярное колебание – ЮПК). Наибольшая интенсивность меридионального атмосферного переноса за последние 200 лет наблюдалась в заключительную фазу малого ледникового периода (первая половина XIX века, 1810–1860 гг.). Вторичные максимумы циркуляции (менее продолжительные и выраженные) выявлены в 1880–1900-х, 1940–1950-х и 1980–2000 гг. Оказалось, что характер связи между аккумуляцией Na+ и атмосферной циркуляцией менялся не только в пространстве (на относительно небольших расстояниях, порядка 50 км), но и во времени. Это объясняется смещением траекторий циклонов и изменением мощности антициклонов от одной циркуляционной эпохи к другой, о чем свидетельствует смена знака корреляции между рядами Na⁺ и элементарными циркуляционными механизмами (ЭЦМ) зонального характера. Было установлено, что изменения интенсивности атмосферной циркуляции в индоокеанском секторе Восточной Антарктиды в XX веке совпадают со сменой циркуляционных эпох в Сибирском секторе северного полушария, в частности усиление интенсивности циркуляции над индоокеанским сектором Восточной Антарктиды соответствует двум зональным циркуляционным эпохам (1935–1962 и 1977–2005 гг.). Новые данные о скоростях аккумуляции и химическом составе снега в районе подледного оз. Восток и линий тока льда от Купола Б к озеру Восток, могут в дальнейшем быть использованы при исследовании древнего льда (возрастом более 1 млн. лет), который предположительно расположен в районе Купола Б. При выполнении проекта создана база данных по более ста тысячам отдельных определений по ионному (7 ионов) и элементному составу (25 элементов) снежно-фирновых и ледяных кернов из разных районов Восточной Антарктиды.

Фотогалерея:

ПредыдущийСледующий