Статья 'Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдах' - журнал 'Арктика и Антарктика' - NotaBene.ru
по
Меню журнала
> Архив номеров > Рубрики > О журнале > Авторы > О журнале > Требования к статьям > Порядок рецензирования статей > Ретракция статей > Этические принципы > Политика открытого доступа > Оплата за публикации в открытом доступе > Online First Pre-Publication > Политика авторских прав и лицензий > Политика цифрового хранения публикации > Политика идентификации статей > Политика проверки на плагиат > Редакционный совет > Редакция
Журналы индексируются
Реквизиты журнала
ГЛАВНАЯ > Вернуться к содержанию
Арктика и Антарктика
Правильная ссылка на статью:

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдах

Буданцева Надежда Аркадьевна

кандидат географических наук

старший научный сотрудник, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ)

119992, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, стр. 19

Budantseva Nadine Arkad'evna

PhD in Geography

Senior Scientific Associate, the department of Geography, M. V. Lomonosov Moscow State University 

119992, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, stroenie 19

nadin.budanceva@mail.ru
Другие публикации этого автора
 

 
Васильчук Юрий Кириллович

ORCID: 0000-0001-5847-5568

доктор геолого-минералогических наук

профессор, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет

119991, Россия, г. Москва, ул. Leninskie Gory, 1, оф. 2009

Vasil'chuk Yurij Kirillovich

Doctor of Geology and Mineralogy

Professor, the department of Geochemistry of Landscapes and Geography of Soils, M. V. Lomonosov Moscow State University

119991, Russia, g. Moscow, ul. Leninskie Gory, 1, of. 2009

vasilch_geo@mail.ru

DOI:

10.7256/2453-8922.2021.3.36636

Дата направления статьи в редакцию:

13-10-2021


Дата публикации:

02-11-2021


Аннотация: Предметом исследования является соотношение изотопных параметров дейтерия м тяжелого кислорода в повторно-жильных льдах. Авторами рассмотрен такой параметр как наклон линии соотношения содержания дейтерия м тяжелого кислорода во льду жил. Близкое к ГЛМВ (или ЛЛМВ) положение точек изотопного состава для жильного льда и наклон линии, близкий к 8, позволяет утверждать, что жила формировалась из атмосферных осадков (зимнего снега). Отдельно выделены примеры аномальных соотношений содержания дейтерия м тяжелого кислорода с очень низким наклоном линий соотношения, которые в сочетании с аномально низкими значениями dexc указывают на процессы изотопного фракционирования в снеге перед его таянием и/или в талой снеговой воде перед заполнением морозобойных трещин. Выделены три основных типа соотношений содержания дейтерия м тяжелого кислорода во льду жил: а) нормальное соотношение δ2H-δ18О (с наклоном линии соотношения близким к ГЛМВ или ЛЛМВ). б) Соотношение содержания дейтерия м тяжелого кислорода с отклонением от ГЛМВ или ЛЛМВ (с признаками изменения первичного изотопного сигнала атмосферных осадков), в) аномальное соотношение содержания дейтерия м тяжелого кислорода. Показано, что первые два типа соотношений характерны для большинства исследованных повторно-жильных льдов на большей части российской криолитозоны от европейского Севера до востока Чукотки, третий тип получен для нескольких жил голоценового возраста в Забайкалье и верховьях р.Енисея, что, возможно, объясняется существенной изотопной трансформацией снежного покрова в условиях резкоконтинентального климата.


Ключевые слова: повторно-жильные льды, поздний плейстоцен, голоцен, многолетнемерзлые породы, изотопы кислорода, изотопы водорода, полуостров Ямал, поселок Черский, низовья Колымы, Чукотка

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 20-05-00782, изотопные определения) и РНФ (проект № 19-17-00126, полевые работы и радиоуглеродные определения), а также в рамках междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».

Abstract: The subject of this research is the ratio of isotopic parameters of deuterium of heavy oxygen in ice wedges. The authors considered such parameter as inclination of the line of the ration of deuterium of heavy oxygen in ice wedges. Proximal to GMLV (or LLMV) position of isotope values for ice wedge and inclination of the line proximate to 8 suggests that the ice wedge was formed from atmospheric precipitation (winter snow). The article provides separate examples of anomalous deuterium ratios of heavy oxygen with very low ration of line inclination, which in combination with the abnormally low dexc values indicate the indicate isotopic fractionation processes in snow before melting and/or melting snow water before filling frost-cutting cracks. Three author determines the three main types of ratios of deuterium m of heavy oxygen content in ice wedge: a) normal ratio δ2H-δ18O (with line inclination of the ratio proximate to GLMV or LLMW). b) ratio of deuterium  of heavy oxygen to deviation from GLMV or LLMW (with signs of change in the primary isotope signal of atmospheric precipitation), c) anomalous ratio of deuterium of heavy oxygen. It is shown that the first two types  are characteristic to most ice wedge under study in the vast part of the Russian cryolithozone from the European North to the east of Chukotka; the third type is obtained for several Holocene ice wedge in Transbaikal and upper Yenisei River. This may be explained by significant isotope transformation of snow cover in the conditions of distinctly continental climate.



Keywords:

Chersky town, Yamal Peninsula, deuterium, oxygen isotope, permafrost, Holocene, Late Pleistocene, Ice wedge, Lower Kolyma River, Chukotka

Введение

В равновесных условиях конденсации (называемых ещё “рэлеевский процесс”) вариации концентраций 18О и 2Н должны подчиняться некоторому соотношению, определяющемуся коэффициентами фракционирования этих изотопов. Впервые на линейную зависимость между содержанием 2Н и 18О в атмосферных осадках указал И.Фридман [1], а затем Х.Крейг [2] на основе 400 измерений по сети станций ВМО/МАГАТЭ подтвердил хорошую взаимосвязь между значениями δ18О и δ2Н получил простое эмпирическое уравнение:

δ2H = 8 δ18O + 10 (1)

Линейная зависимость значений δ2H относительно величин δ18О четко проявляется и в сезонном, и в многолетнем масштабе и постоянно подтверждается натурными наблюдениями по сети станций [3]. Значения содержания 2Н и 18О в атмосферных осадках аппроксимируются прямой линией с коэффициентом, близким к 8 (рис. 1), которая получила название Глобальной линии метеорных вод (ГЛМВ или GMWL - Global Meteoric Water Line). Этот термин широко используется в изотопной метеорологии, а также геокриологии, гляциологии, океанологии и палеогеографии. Глобальная линия метеорных вод является индикатором равновесного режима конденсации метеоосадков и вообще, атмосферной природы исследуемых вод и льдов.

Рис. 1. Зависимость между средневзвешенными значениями δ2H и δ18О в атмосферных осадках по всем станциям сети ВМО/МАГАТЭ. По [3]

Коэффициент пропорциональности в уравнении (1) обусловлен тем, что содержание 18O в источнике пара в среднем на 1,2‰ ниже по сравнению с содержанием 2Н. В.Дансгор показал [4], что в уравнении (1) он может варьировать от 3,5 до 8,0, а свободный член изменяется от +30 до –30 (впоследствии стало ясно, что эти изменения ещё больше). Результаты его расчетов также свидетельствуют о том, что изобарическое и адиабатическое охлаждение водяного пара на 40°C, а также изотермическое испарение в равновесных рэлеевских процессах от начальных температур 0–30°C сохраняют линейный характер соотношения между концентрациями 2Н и 18O с коэффициентом, равным 8.

Условия протекания процессов фазового перехода воды не всегда соответствуют рэлеевским. Например, испарение практически всегда происходит в неравновесных условиях из-за ненасыщенности атмосферы водяным паром и быстрого удаления влаги с поверхности жидкости. При этом на фактор фракционирования заметное влияние оказывают относительные скорости диффузии изотопных молекул через поверхностный слой жидкости и окружающий воздух. Изотопное фракционирование при испарении с поверхности океана приводит к тому, что водяной пар имеет δ2H = –80‰ и δ18O = –9‰...–13‰. Конденсация этого свежеобразованного пара протекает чаще в равновесных условиях, так как относительная влажность всегда близка к 100%, и первая порция конденсата характеризуется значениями δ2H ≈ –14‰ и δ18O ≈ –3‰.

Механизм неравновесных процессов и объясняющие его теории очень сложны. Но качественно многие наблюдаемые отклонения от простых равновесных условий можно объяснить тем, что изотопные компоненты воды характеризуются разными скоростями испарения (Е) в таком соотношении: Е(1H216О) > Е(1HD16О) > Е(1H218О).

Дополнительное к равновесному фракционирование тяжелых изотопов при испарении влаги относительно больше для 18О, чем для 2Н. Кроме того, атмосферная влага постоянно контактирует с природной водой или паром. Поэтому неравновесные кинетические эффекты наряду с возможными обменными процессами на границе раздела двух фаз (жидкость – пар) могут вносить свой вклад в изотопное фракционирование 18О и 2Н в природном цикле. Это приводит к нарушению равновесного соотношения между значениями δ18О и δ2Н, подобного установленному Х.Крейгом.

Отклонения от прямой линии Крейга объясняются влиянием на фракционирование термодинамических и кинетических процессов. Поскольку при неравновесном испарении в источнике пара изотоп 18O часто обеднен по сравнению с 2Н, линия, показывающая зависимость между этими изотопами, сдвигается вверх от линии, характеризующей равновесные условия. Напротив, когда осадки подвергаются активному испарению, сдвиг зависимости δ2Н – δ18O направлен вниз от равновесной линии. В выпадающих осадках, в которых происходит изотопный обмен с окружающим паром, зависимость между δ2Н и δ18O располагается выше прямой линии δ2Н = 8δ18O+10, вблизи начальной точки.

Многолетние наблюдения за изотопным составом атмосферных осадков на станциях ВМО-МАГАТЭ позволили получить большой диапазон коэффициентов уравнений регрессии соотношения δ2H и δ18О [5, 6]. На большинстве станций значения δ2H и δ18О связаны коэффициентом чуть менее или чуть более 7, однако, например, в Бахрейне этот коэффициент составил 5,5. Это связано с сильным испарением в этом районе, и равновесные условия нарушаются в сторону утяжеления дейтерием. Эту линию регрессии, с наклоном равным 4-5 еще принято называть “линией испарения” на основе выводов В.Дансгора, который расчетным путем показал, что при значительном участии испарения в рэлеевском процессе изотопные значения осадков смещаются от глобальной линии метеорных вод.

Для арктических районов было установлено, что изотопный состав снега (выпадающего с октября по апрель) характеризуется хорошей корреляцией с температурой воздуха (особенно высока корреляция для наиболее холодных месяцев зимы – декабря, января и февраля) и значения изотопного состава снега, как правило, расположены вблизи ГЛМВ, а наклон линии соотношения δ2H-δ18О близок к 8. Изотопный состав (значения δ18О и δ2H) жильного льда отражает изотопные характеристики зимних осадков, который в свою очередь определяется локальной температурой воздуха [7, 8, 9, 10]. Источником формирования повторно-жильного льда является преимущественно талый снег, заполняющий морозобойные трещины весной. Быстрое замерзание талой воды в трещине препятствует фракционированию [11], таким образом, каждая формирующаяся элементарная жилка сохраняет изотопный сигнал осадков одного зимнего сезона. Корреляции изотопного состава жилок со среднезимней и среднеянварской температурами воздуха получены для большинства районов российской криолитозоны [12, 13, 14, 15]. Часто при расположении значений изотопного состава жильного льда в системе координат δ18О и δ2H обсуждается соответствие углового коэффициента (наклона) линии соотношения δ2H-δ18О для льда относительно ГЛМВ или локальной линии метеорных вод (ЛЛМВ), которая строится по изотопному составу региональных осадков. Близкое к ГЛМВ (или ЛЛМВ) положение точек изотопного состава для жильного льда и наклон линии, близкий к 8, позволяет утверждать, что жила формировалась из атмосферных осадков и ее изотопный состав может быть использован для палеотемпературных реконструкций.

Также нередко при исследованиях изотопного состава жильного льда и описании распределения значений δ18О и δ2H и наклона линии δ2H-δ18О исследователи сравнивают эти показатели для жильного льда и сегрегационного льда из вмещающих отложений или льда расположенных рядом пинго, пластовых льдов. Как правило, для жильного льда точки значений изотопного состава расположены вблизи ГЛМВ или ЛЛМВ, а точки значений внутригрунтового льда расположены в стороне от ГЛМВ или ЛЛМВ и наклон линии соотношения δ2H-δ18О для них, как правило, заметно ниже 8, что отражает участие летних осадков, испаренной поверхностной воды в формировании льда, а также процессы изотопного фракционирования в системе жидкость–лед при промерзании в условиях закрытой системы [14, 16, 17]. Если формирование льда происходит в условиях открытой системы, т.е. с постоянным подтоком воды или формируется небольшой объем льда из очень большого объема воды, то изотопный состав льда будет наследовать изотопные характеристики воды, из которых он формируется, со сдвигом значений δ18О примерно на +2,6 ‰, δ2Н – на +20 ‰, что обусловлено равновесным фракционированием в системе вода-лед, а аппроксимирующая линия в координатах δ2H-δ18О для образцов льда будет расположена ниже глобальной линии метеорных вод (ГЛМВ), но с тем же наклоном, что и для воды. Анализ данных по дейтериевому эксцессу может также показать различие основных источников формирования повторно-жильного и сегрегационного льда, более высокие значения dexc для жильного льда отражают его формирование из зимнего снега, более низкие значения dexc для сегрегационного льда – смешанные летне-позднеосенние осадки [18].

Методы

Несмотря на то, что основным источником формирования жильного льда является талый зимний снег, описаны случаи, когда наклоны линий соотношения δ2H-δ18О по жильному льду заметно ниже, чем для ГЛМВ и ЛЛМВ (например, могут быть варьировать от 3,3 до 6,5). Также нередко для таких жил получаются очень низкие (иногда даже отрицательные), нетипичные для жильного льда, значения dexc. Такие данные говорят о происходящих в снеге процессах изотопного фракционирования перед таянием и заполнением трещин, а именно испарение/сублимация или фазовые переходы воды (таяние – повторное замерзание), что меняет первичный изотопный сигнал осадков и искажает палеоклиматический сигнал во льду жил [19, 20, 21]. Иногда жильный лед на контакте с вмещающими отложениями имеет признаки постгенетического фракционирования в результате изотопного обмена между льдом и мерзлыми отложениями, что проявляется в повышенных значениях изотопного состава и более низких значениях dexc, как правило, эти значения не учитываются при построении линии соотношения δ2H-δ18О и исключаются из дальнейшей интерпретации [14].

Мы также предполагаем, что снижению наклона линии соотношения δ2H-δ18О в жильном льду относительно ГЛМВ или ЛЛМВ может привести участие поверхностных вод в заполнении морозобойных трещин, а именно вод, скапливающихся в пределах межполигональных понижений, вод сезонно-талого слоя, паводковых вод на поймах, образующих остаточные озера и т.д. Такое участие может подтверждаться данными по химическому составу жильного льда, который существенно отличается от химического состава снега повышенными значениями некоторых ионов и в целом более высокой минерализацией.

В нашем исследовании мы проанализировали типы соотношений δ2H-δ18О в повторно-жильных льдах разного возраста из разных районов российской и североамериканской криолитозоны и выделили три основных типа: а) нормальное соотношение δ2H-δ18О (с наклоном линии соотношения близким к ГЛМВ или ЛЛМВ), б) соотношение δ2H-δ18О с отклонением от ГЛМВ или ЛЛМВ (с признаками изменения первичного изотопного сигнала атмосферных осадков) и в) аномальное соотношение δ2H-δ18О.

Результаты

Нормальное соотношение δ 2H-δ18 О в повторно-жильных льдах

Позднеплейстоценовые повторно-жильные льды

Север Западной Сибири, п-ов Ямал. Обнажение едомы на севере Западной Сибири, на восточном побережье п-ова Ямал в устье р.Сеяха было неоднократно детально исследовано авторами. Это первое изучение типичной едомной толщи в западной части Сибири. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О для жильного льда равен 7,86, что близко к наклону для ГЛМВ (рис. 2). Это говорит о том, что жила формировалась в основном из осадков (талый зимний снег), не подверженных заметной изотопной трансформации.

Рис. 2. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах Сеяхинской едомы

Едомные толщи северной Якутии. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Бизон. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Бизон (рис. 3). В обнажении детально опробованы 3 жилы: две жилы в интервале высот от +14 до +22 м над урезом реки Колымы – верхний ярус, и одна жила в интервале высот от +8 до +12 м над урезом реки. В жилах верхнего яруса линии соотношения δ2H-δ18О имеют наклон 7,2 и 7,6 при высоком показателе достоверности линейной аппроксимации R2 = 0,9 (рис. 3). Линии расположены параллельно ГЛМВ, но заметно ниже нее. Можно отметить в целом довольно низкие значения dexc – от 3,3 до 6,5 ‰, среднее значение 5,3 ‰.

Рис. 3. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Бизон (жилы верхнего яруса)

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Дуванного Яра. В обнажении детально опробованы 2 жилы: в интервале высот от +46,7 до +51,5 м над урезом реки – верхний ярус и одна жила в интервале высот от +14 до +20 м над урезом реки – нижний ярус. В жиле нижнего яруса линия соотношения δ2H-δ18О имеет наклон 8,2, значение свободного члена +15,6, точки изотопных значений расположены вблизи ГЛМВ (рис. 4). Значения dexc во льду жилы варьируют от 3,4 до 12 ‰, среднее значение 6,3 ‰.

Рис. 4. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовой ледяной жиле едомы Дуванного Яра (жила нижнего яруса)

Едомные толщи центральной Якутии. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Мамонтовой Горы. Жилы вскрыты в толще 50-м террасы р.Алдан, всего опробовано 4 жилы. Наклон линий соотношения δ2H-δ18О во льду двух жил (точки опробования 2 и 6) составляет 7,3 и 8,2 (рис. 5).

Рис. 5. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых ледяных жилах едомы Мамонтовой Горы (жилы в точках 2 и 6)

Голоценовые повторно-жильные льды

Европейский Север. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в районе г.Воркуты. В районе г.Воркута исследован голоценовый полигональный торфяник с повторно-жильными льдами. В одной из наиболее вскрытых жил выполнен отбор образцов для изотопного анализа. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 7,7, она расположена параллельно ГЛМВ (рис. 6). Значения dexc варьируют в диапазоне от 9 до 13,8 ‰, большинство значений близко к 11 ‰. Эти данные указывают на преимущественное формирование жилы из талого зимнего снега.

Рис. 6. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовой ледяной жиле в районе Воркуты

Север Западной Сибири, п-ов Ямал. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в пойменной толще р.Еркутаяха. На юге Ямала, в пойменной толще р.Еркутаяха опробована позднеголоценовая ледяная жила. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 8,2, при высоком значении достоверности линейной аппроксимации R2=0,97 (рис. 7). Изотопные значения расположены вблизи ГЛМВ. Показатели dexc варьируют в диапазоне от 9,2 до 13,4. Формирование жилы происходило преимущественно за счет вод атмосферного происхождения.

Рис. 7. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовой ледяной жиле на пойме р.Еркутаяха

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в торфяниках Бованенково. В центральной части Ямала, в районе пос.Бованенково, в голоценовом торфянике, залегающем на поверхности третьей морской террасы, шурфом вскрыта жила. Уравнение для соотношения δ2H-δ18О почти соответствует уравнению для ГЛМВ (рис. 8), наклон линии соотношения равен 8. Значения dexc варьируют в широком диапазоне от 5 до 14,9 ‰, в большинстве образцов они варьируют между 8 и 10‰. Формирование жилы происходило преимущественно за счет вод атмосферного происхождения.

Рис. 8. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовой ледяной жиле в районе пос.Бованенково

Северная Якутия, низовья р.Колымы. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах на пойме в низовьях р. Колыма. В обнажении высокой поймы протоки р.Колымы, ниже по течению от пос.Черский, исследована голоценовая жила. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 7,96, при высоком значении достоверности линейной аппроксимации R2 = 0,96 (рис. 9). Изотопные значения расположены вблизи ГЛМВ. Показатели dexc варьируют в диапазоне от 14,3 до 16,3 ‰. Формирование жилы происходило преимущественно за счет вод атмосферного происхождения.

Рис. 9. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовой ледяной жиле на пойме протоки р.Колымы

Центральная Якутия.Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в толще поймы р. Алдан. Голоценовая жила исследована в обнажении поймы р.Алдан. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 7,2, при значении достоверности линейной аппроксимации R2 =0,9 (рис. 10). Показатели dexc варьируют в диапазоне от 8,3 до 14,4 . Скорее всего, формирование жилы происходило преимущественно за счет вод атмосферного происхождения.

Рис. 10. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовой ледяной жиле на пойме р.Алдан

Восточная Чукотка.Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах близ г. Анадырь. Вблизи г.Анадырь, в обнажении первой морской террасы исследована ледяная жила, наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 7,2 (рис. 11). Показатели dexc варьируют от 6,1 до 14,1 ‰, в большинстве образцов составляя 8-10 ‰. Скорее всего, формирование жилы происходило преимущественно за счет вод атмосферного происхождения.

Рис. 11. Соотношение δ2H-δ18О во льду голоценовой ледяной жиле в обнажении первой морской террасы, в районе г.Анадырь

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах близ пос. Уэлен. В районе пос.Уэлен, в самой восточной части Чукотки, в голоценовом торфянике исследована ледяная жила. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 7,6 (рис. 12), что близко к наклону для ГЛМВ. Показатели dexc варьируют от 7,4 до 16,8 ‰. Жила здесь, скорее всего, формировалась преимущественно из вод атмосферного происхождения.

Рис. 12. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовых ледяных жилах в районе пос. Уэлен

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах близ пос. Лорино . В районе пос.Лорино в разные годы были исследованы разные обнажения торфяников с повторно-жильными льдами. В жиле, исследованной в 2016 г., наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 8,1 (рис. 13), все значения расположены вблизи ГЛМВ. Показатели dexc варьируют от 5,4 до 12,6 ‰.

Рис. 13. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовых ледяных жилах в районе пос. Лорино (2016 г.)

Соотношение δ 2H-δ18 О с признаками изменения первичного изотопного сигнала осадков

Позднеплейстоценовые повторно-жильные льды

Едомные толщи северной Якутии, едома Бизон. В жиле нижнего яруса едомы Бизон линия соотношения δ2H-δ18О имеет наклон 5,6 (рис. 14), что заметно ниже, чем наклон ГЛМВ. Значение свободного члена -71,2. Значения dexc во льду этой жилы более высокие, чем в жилах верхнего яруса и варьируют от 5,8 до 15 ‰, составляя в среднем 7,6 ‰.

Рис. 14. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовой ледяной жиле едомы Бизон (жила нижнего яруса)

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Дуванного Яра. В жиле верхнего яруса, вскрытой в интервале высот +46,7 до +51,5 м, линия соотношения δ2H-δ18О имеет наклон 9,6, что заметно выше, чем наклон ГЛМВ. Значение свободного члена +58,7 (рис. 15). Значения dexc во льду этой жилы более высокие, чем в жиле нижнего яруса и варьируют от 6,7 до 10,5 ‰, составляя в среднем 8,5 ‰.

Рис. 15. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовой ледяной жиле едомы Дуванного Яра (жила верхнего яруса)

Едомные толщи центральной Якутии. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Мамонтовой Горы. Для двух жил, исследованных в пределах обнажения (точки опробования 3 и 5), наклон линий соотношения δ2H-δ18О составил 6,6 и 6,7 (рис. 16).

Рис. 16. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых ледяных жилах едомы Мамонтовой Горы (жилы в точках 3 и 5)

Можно отметить, что основная часть изотопных значений для всех позднеплейстоценовых жил, исследованных в обнажении Мамонтовой Горы, расположена вблизи ГЛМВ, однако несколько довольно высоких значений δ18О (от –25 до –27‰), не типичных для позднеплейстоценовых жил центральной Якутии, и наклоны линий соотношения δ2H-δ18О, равные 6,6 и 6,7, могут указывать на участие в формировании льда жил вод неатмосферного происхождения – например, испарившихся вод сезонно-талого слоя или вод, скапливающихся в летний период в пределах полигональной ванны. Характерной особенностью изотопного состава льда жил Мамонтовой Горы являются довольно высокие значения dexc, для большей части образцов, варьирующие от 7,8 до 20,8 ‰, среднее значение более 10 ‰. Однако, в некоторых, как правило, изотопно обогащенных, образцах отмечены гораздо более низкие значения dexc от 3,7 до 6,2 ‰.

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах едомы Сырдах. В позднеплейстоценовой ледяной жиле, исследованной в обнажении на оз.Сырдах, наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 6,3, большинство точек изотопных значений расположены ниже ГЛМВ (рис. 17).

Рис. 17. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовой ледяной жиле едомы Сырдах

Значения dexc варьируют в диапазоне от 3 до 12 ‰, но для большей части образцов получены значения dexc ниже 5 ‰. Низкий наклон линии δ2H-δ18О и низкие значения dexc могут свидетельствовать об испарении снега перед заполнением морозобойных трещин или участии в формировании льда жилы испаренных поверхностных вод.

Голоценовые повторно-жильные льды

Европейский Север. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в долине р.Нгарка-Тамбъяха. Под голоценовым торфяником в обнажении второй террасы р.Нгарка-Тамбъяха вскрыта ледяная жила. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 10,7 (рис. 18) значения dexc варьируют в диапазоне от 3,7 до 10,9 ‰. В целом можно говорить о преимущественно атмосферной природе воды, формировавшей жилу, однако, можно предположить некоторое участие поверхностных вод, судя по низким значениям dexc в половине исследованных образцов. Для сравнения, низкие значения dexc (около 3 ‰) получены по воде небольшого озера на поверхности полигонального торфяника.

Рис. 18. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовой ледяной жиле в низовьях р.Нгарка-Тамбъяха

Северная Якутия, низовья р.Колымы.Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в аласе близ ст. Орбита у пос.Черский. Исследованы голоценовые повторно-жильные льды в пределах озерно-болотной котловины в районе пос.Черский. Под торфяником мощностью менее 1 м вскрыта жила, из которой отобран лед для изотопного анализа. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 6,7, при невысоком значении достоверности линейной аппроксимации R2 =0,7 (рис. 19).

Рис. 19. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовой ледяной жиле в пределах аласа в районе пос.Черский, близ ст. Орбита

Возможно, что довольно узкий диапазон изотопных значений (менее 1‰ для значений δ18О и около 5 ‰ для значений δ2H) не позволяют в полной мере сопоставлять изотопные данные по жиле с ГЛМВ. Показатели dexc варьируют в диапазоне от 9,3 до 12,5 ‰. Скорее всего, формирование жилы происходило преимущественно за счет вод атмосферного происхождения, с некоторым участием болотных вод, учитывая высокую увлажненность исследуемого участка.

Восточная Чукотка. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах близ г. Анадырь. Вблизи г.Анадырь в торфянике, вложенном в виде линзы в первую морскую террасы, исследована ледяная жила, для льда которой наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 5,4, при довольно низком значении достоверности линейной аппроксимации R2 =0,6 (рис. 20). Скорее всего, в пределах торфяника в формировании жилы не исключается участие поверхностных вод.

Рис. 20. Соотношение δ2H-δ18О во льду голоценовой ледяной жиле в обнажении торфяника, в районе г.Анадырь

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах близ пос. Лорино . В жиле близ пос. Лорино, исследованной в 2017 г., наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 6,2 (рис. 21), что ниже наклона для ГЛМВ. Показатели dexc варьируют от 4,9 до 16,8 ‰.

Рис. 21. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовых ледяных жилах в районе пос.Лорино (2017 г.)

Скорее всего, формирование голоценовых жил в районе Лорино происходило за счет вод атмосферного происхождения (талый зимний снег), при периодическом участии вод сезонно-талого слоя или поверхностных вод, подвергавшихся испарению.

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах близ пос. Лаврентия. В районе пос. Лаврентия в торфянике исследована голоценовая ледяная жила. Наклон линии соотношения δ2H-δ18О равен 6,3 (рис. 22), что ниже наклона для ГЛМВ. Показатели dexc варьируют от 3,2 до 15,3 ‰. Наиболее вероятно участие испаренных поверхностных вод в формировании льда этой жилы.

Рис. 22. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовых ледяных жилах в районе пос. Лаврентия

Аномальное соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах

Забайкалье, район пос.Чара. Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в толще первой террасы р. Чара. В районе пос.Чара исследованы голоценовые ледяные жилы в обнажении Белый ключ. По одной из жил получен наклон линии соотношения δ2H-δ18О 7,5 (рис. 23, а), что близко к наклону для ГЛМВ. Для другой жилы получен очень низкий наклон линии соотношения δ2H-δ18О, равный 4,5 (рис. 23, б).

Рис. 23. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовых ледяных жилах в районе пос.Чара: а – нормальное распределение значений δ2H-δ18О, б – аномальное распределение значений δ2H-δ18О

Следует отметить, что для льда жил получены аномально низкие значения dexc от 3,2 до –16,3‰, и от 8,5 до –2,2‰. Эти данные могут указывать на то, что жилы формировались из снега, изотопный состав которого сильно преобразован в результате сублимации в условиях резко континентального климата, низких зимних температур воздуха и крайне низкой влажности в зимний период.

Соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах в толще озерной террасы в верховьях р.Енисей. Исследованы голоценовые ледяные жилы в обнажении Мерзлый Яр на р.Енисей. По одной из жил получен аномально низкий наклон линии соотношения δ2H-δ18О равный 3,6 (рис. 24), также отмечены аномально низкие значения dexc в диапазоне от 1,6 до –10,4 ‰.

Рис. 24. Соотношение δ2H-δ18О в голоценовых ледяных жилах обнажения Мерзлый Яр

Это так же, как в случае с Чарой, может указывать на существенное преобразование изотопного состава снежного покрова в зимнее время в результате сублимации.

Дискуссия

Сопоставление соотношения изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдах в разных районах Арктики

Восточная Сибирь, повторно-жильные льды Ойгоского Яра (пролив Дм.Лаптева). Для позднеплейстоценовых ПЖЛ наклоны линий соотношения δ2H-δ18О составили от 6,7 до 8,68 [14, 15, 22, 23] в наиболее древних позднеплейстоценовых жилах, для которых получены низкие значения dexc в диапазоне от 0 до 4,9 ‰. Для повторно-жильных льдов предположительно голоценового возраста из озерных отложений наклон линий соотношения δ2H-δ18О варьировал между 7,53 и 7,67, с более высокими значениями dexc от 7,5 до 8,8 ‰ (табл. 1). Голоценовые жилы, венчающие едомные толщи, имеют наклоны линий соотношения δ2H-δ18О от 8,47 до 9,22, значения dexc от 6,7 до 8,4 ‰. Современные жилы характеризуются наклонами от 7,79 до 8,03, уравнения соотношения δ2H-δ18О наиболее близки к ГЛМВ, среднее значение dexc равно 7,7 ‰ [15].

Таблица 1. Значения наклона линий соотношения δ2H-δ18О и dexc во льду позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдов в арктических районах Восточной Сибири и Северной Америки

Район (обнажение)

Возраст льда

Наклон линии соотношения δ2H-δ18О

Значения dexc, ‰

Ойгоский Яра (пролив дм.Лаптева) [15]

Поздний плейстоцен

6,7 - 8,68

0 - 4,9 (в наиболее древних жилах)

Голоцен

7,53 - 7,67

7,5 - 8,8

8,47 - 9,22

6,7 - 8,4

Современные

7,79 - 8,03

Среднее 7,7

Остров о. Большой Ляховский [14]

Поздний плейстоцен

5,63 - 9,55

5,1 - 11,3

Голоцен

6,64 - 7,75

6,6 - 12

Мыс Мамонтов Клык [24]

Поздний плейстоцен (песчано-ледяные жилы)

Среднее 8,03

Среднее 1,4

Поздний плейстоцен (ледяные жилы)

Среднее 7,44

Среднее 7,5

Голоцен

Среднее 6,63

-

Низовья р.Колымы, район пос. Походск [16]

Голоцен

8,87

9,2 - 11,3

Р.Малый Анюй, Молотковский Камень, Красивое и Станчиковский Яр [25]

Поздний плейстоцен

7,93

-

Дуванный Яр [25]

Поздний плейстоцен

7,58

-

Мамонтова Гора, Сырдах и Улахан-Сырдах [26]

Поздний плейстоцен

7,99 - 9,6

р.Тумара [26]

Поздний плейстоцен-голоцен

6,53 - 7,56

-

р.Дянушка [26]

Голоцен

5,91

-

Олд Кроу (центральный Юкон) [27]

Голоцен

4,5 - 6,4

8,7 - 9,6

-

оз.Муз (северный Юкон) [27]

Голоцен

-

Оз.Ту Муз, центральный Юкон [21]

Поздний плейстоцен

3,3 - 5,2

–1,9 - –15,5

Голоцен

5,6 - 6,5

Остров о. Большой Ляховский. Для позднеплейстоценовых ледяных жил ледового комплекса о.Большой Ляховский получены наклоны линий соотношения δ2H-δ18О от 5,63 до 9,55, значения dexc варьировали от 5,1 до 11,3 ‰ [14]. Для голоценовых жил о.Большой Ляховский значения наклонов линий соотношения δ2H-δ18О варьировали от 6,64 до 7,75, значения dexc – от 6,6 до 12 ‰ (см. табл. 1). Изотопные данные показывают на разные условия формирования жил в позднем плейстоцене и голоцене. Низкие значения изотопного состава и дейтериевого эксцесса для жил ледового комплекса указывают на преобладание более низких зимних температур воздуха и маломощный снежный покров, который подвергался процессам изотопной трансформации (испарение, сублимация). В голоцене жилы формировались в условиях заметно более высоких зимних температур воздуха, а относительно низкие значения наклона линии δ2H-δ18О для жил в аласах, возможно, свидетельствуют о влиянии испарения на снежный покров или талые снеговые воды [14].

Мыс Мамонтов Клык, побережье моря Лаптевых. Для позднеплейстоценовых жил получено различие между ледяными и композитными песчано-ледяными жилами. Для песчано-ледяных жил получено соотношение δ2H-δ18О равное 8,03, а также очень низкое среднее значение dexc 1,4 ‰. Для ледяной жилы получено соотношение δ2H-δ18О 7,44 и среднее значение dexc 7,5 ‰ [24]. Показано, что жилы здесь формировались преимущественно из талого зимнего снега, влияние процессов испарения или сублимации на снежный покров в целом незначительно, однако композитные песчано-ледяные жилы имеют признаки повторного замерзания смеси снега и воды в морозобойных трещинах, при участии процесса замерзания пленочной влаги на стенках трещин. Изменение значений dexc в позднеплейстоценовых жилах, скорее всего, говорит о смене источника поступления влаги в период формирования жил. По голоценовой жиле в пределах данного обнажения получено соотношение δ2H-δ18О, равное 6,63 (см. табл. 1).

Низовья р.Колымы, район пос. Походск. Исследована голоценовая жила в верхней части пинго в районе г.Походск, в низовьях р.Колымы. Наклон линии δ2H-δ18О для жилы составляет 8,87, значения dexc варьируют от 9,2 до 11,3 ‰ (см. табл. 1). Расположение точек изотопных значений для жилы почти на ГЛМВ показывает, что жила формировалась из атмосферных осадков [16]. В отличие от жилы, лед пинго формировался в условиях закрытой системы, на что указывает низкий наклон линии δ2H-δ18О, равный 5,85, и низкое среднее значение dexc (–7,7‰).

Дуванный Яр и обнажения на р.Малый Анюй. Соотношение δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах, исследованных на обнажениях Молотковский Камень, Красивое и Станчиковский Яр описывается уравнением δ2H = 7,93δ18О – 4,78, для жил Дуванного Яра на р.Колыме получено близкое уравнение δ2H = 7,58δ18О – 4,03. Наклоны линий 7,93 и 7,58 очень близки к ГЛМВ, что позволяет сделать вывод об их атмосферном питании и формировании из изотопно неизмененного снега [25].

Центральная Якутия. Исследованы позднеплейстоценовые повторно-жильные льды обнажений Мамонтова Гора, Сырдах и Улахан-Сырдах и позднеплейстоценовые – голоценовые повторно-жильные льды в долине р.Тумара и голоценовые ледяные жилы в долине р.Дянушка [26]. Наклоны линий соотношения δ2H-δ18О для позднеплейстоценовых жил составляет от 7,99 до 9,6, в жилах на р.Тумара – от 6,53 до 7,56, наиболее низкий наклон составил для голоценовой жилы – 5,91 (см. табл. 1). Показано, что жилы формировались преимущественно из зимнего снега, изотопный состав которого мало изменен под воздействием вторичных процессов, однако в изотопном составе некоторых жил, в основном для которых получены низкие значения наклона линии соотношения δ2H-δ18О, прослеживается влияние поверхностных вод.

Центральная Аляска, северный и центральный Юкон. М. Сент-Джан с соавторами [27- 20] исследовали повторно-жильные льды в районе Олд Кроу (центральный Юкон), оз.Муз (северный Юкон) и Волт Крик Туннель (центральная Аляска). Значения изотопного состава голоценовых жил Олд Кроу и оз.Муз близки к современным зимним осадкам в исследуемом районе. Плейстоценовые жилы из Волт Крик Туннель характеризуются более низкими значениями изотопного состава, что отражает более низкие температуры воздуха времени их формирования. Для большинства жил Олд Кроу и оз.Муз наклон линии δ2H-δ18О намного ниже чем локальная линия метеорных вод (ЛЛМВ) и составляет 4,5, 5,5 и 6,4, что, возможно, отражает участие процессов повторного замерзания талой снеговой воды и как следствие изотопного фракционирования; для двух голоценовых жил получены наклоны линий δ2H-δ18О, равные 8,7 и 9,6. По жилам из Волт Крик Туннель получен наклон линии δ2H-δ18О близкий к ЛЛМВ, что отражает минимальное влияние фракционирования в результате вторичных процессов промерзания-оттаивания [27].

Оз.Ту Муз, центральный Юкон. M.Гринтер и Д. Лассель с коллегами исследовали изотопный состав позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдов в районе оз.Ту Муз [21]. По изотопному составу голоценовые и позднеплейстоценовые жилы заметно отличаются, голоценовые изотопически более тяжелые в среднем на 3-4 ‰. Для голоценовых жил получены наклоны линий соотношения δ2H-δ18О равные 6,5 и 5,6, для позднеплейстоценовых жил – еще более низкие наклоны 3,3 и 5,2 (см. табл. 1).

Почти для всех жил получены очень низкие значения dexc от –15,5 до –1,9‰. Согласно выводам авторов [21], низкие наклоны линий δ2H-δ18О указывают на формирование жил из талой снеговой воды, значительно измененной перед заполнением морозобойных трещин, на что дополнительно указывают низкие значения dexc, не типичные для снега в районе исследований. Поэтому изотопные данные по этим жилам, по мнению авторов [21], не могут быть использованы как палеотемпературные архивы.

Выводы

1. Пространственный анализ соотношения изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдах для территории российской криолитозоны выполнен впервые.

2. В повторно-жильных льдах выделено три основных типа соотношения изотопных параметров δ2H-δ18О: а) нормальное соотношение δ2H-δ18О (без признаков влияния вторичных изотопных процессов), б) соотношение δ2H-δ18О с признаками изменения первичного изотопного сигнала осадков и в) аномальное соотношение δ2H-δ18О.

3. Нормальное соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах встречено в Сеяхинской едоме на Ямале; в отдельных жилах едомных толщ северной Якутии - едомы Бизон и Дуванного Яра, а также в некоторых жилах едомы Мамонтовой Горы в центральной Якутии. Нормальное соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах отмечено в торфяниках близ г. Воркуты, на Европейский Северо-Востоке; в пойменной толще р.Еркутаяха и в торфянике у пос. Бованенково на п-ове Ямал; в пойменной толще ниже по течению от пос.Черский; в пойменной толще в долине р.Алдан, Центральная Якутия; в толще первой морской террасы близ г. Анадырь; в торфяниках близ пос. Лорино и пос. Уэлен на востоке Чукотки.

4. Соотношение δ2H-δ18О с признаками изменения первичного изотопного сигнала атмосферных осадков получено для ряда позднеплейстоценовых ледяных жил северной Якутии - едомы Бизон и Дуванного Яра, а также некоторых жил едомы Мамонтовой Горы и жилы в районе оз.Сырдах в центральной Якутии. Для голоценовых жил отклонения от нормального соотношения δ2H-δ18О были получены для: жилы в долине р.Нгарка-Тамбъяха на Европейский Северо-Востоке, для жилы аласе в районе пос.Черский в низовьях р.Колымы; в торфянике близ г. Анадырь и в торфянике близ пос. Лорино и пос. Лаврентия.

5. Аномальное соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О встречено: в толще первой надпойменной террасы на р. Чара, в Забайкалье; в толще озерной террасы в обнажении Мерзлый Яр в верховьях Енисея.

6. Анализ данных по наклону линии соотношению δ2H-δ18О во льду позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдов в других районах сибирской и североамериканской криолитозоны показал, что в большинстве жил этот показатель варьирует от 6,5 до 9-9,5 для многих жил наклон линии соотношению δ2H-δ18О оказался близок к ГЛМВ или ЛЛВМ, что подтверждает преимущественное формирование жил из снега, в некоторых случаях подвергшегося процессам, приводящим к трансформации его первичного изотопного состава. Исключение составили жилы, исследованные в центральной Якутии и северном и центральной Юконе, где по льду жил получены значения наклона линии соотношению δ2H-δ18О от 3,3 до 6,5. В сочетании с низкими значениями дейтериевого эксцесса эти данные могут показывать на существенную изотопную трансформацию снега (или талой снеговой воды) перед замерзанием в морозобойной трещине.

Библиография
1.
Friedman I. Deuterium content of natural waters and other substances // Geochim. et Cosmochim. Acta 1953. Vol. 4. Iss.1-2. P. 89. doi:10.1016/0016-7037(53)90066-0.
2.
Craig H. Isotopic variation in meteoric waters // Science. 1961. Vol. 133. Iss. 3465. P.1702–1703. doi: 10.1126/science.133.3465.1702.
3.
Araguas-Araguas L., Froehlich K., Rozanski K. Deuterium and Oxygen-18 Isotope Composition of Precipitation and Atmospheric Moisture // Hydrological Processes. 2000. Vol. 14. Iss. 8. P. 1341-1355. doi: 10.1002/1099-1085(20000615)14:83.0.CO;2-Z.
4.
Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus. 1964. Vol. 16. N4. P.436–468. doi:10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x.
5.
Environmental isotopes in the hydrological cycle. Principles and applications. Edited By Mook W.G. Vol. III. N. 39. Surface water. UNESCO, Paris, 2001. 117 p.
6.
Yurtsever Y., Gat J. R. Atmospheric waters // Stable isotope Hydrology. Deuterium and oxygen-18 in the water cycle. Chapter 6 / Editors: J.R.Gat and R.Gonfiantini. Vienna: International Atomic Energy Agency (Technical Reports Series. 210). 1981. P. 103–142.
7.
Vasil’chuk Yu. K. Reconstruction of the palaeoclimate of the late Pleistocene and Holocene on the basis of isotope studies of subsurface ice and waters of the permafrost zone // Water Resources. 1991. N 17(6). P. 640–674.
8.
Nikolayev V.I., Mikhalev D.V. An oxygen-isotope paleothermometer from ice in Siberian permafrost // Quat. Res. 1995. N 43(1). P. 14–21.
9.
Lauriol B., Duchesne C., Clark I.D. Systématique du remplissage en eau des fentes de gel: les résultats d’une étude oxygéne-18 et deutérium // Permafrost and Periglacial Process. 1995. N 6. P. 47–55. doi: 10.1002/ppp.3430060106.
10.
Vaikmäe R. Oxygen isotopes in permafrost and ground ice - A new tool for paleo-climatic investigations. In 5th Working Meeting Isotopes in Nature, Proceedings. Leipzig, Germany. 1989. P. 543–553.
11.
Michel F.A. Isotope investigations of permafrost waters in northern Canada. Ph.D. thesis. Department of Earth Sciences, University of Waterloo, Canada. 1982.
12.
Васильчук Ю.К. Изотопно-кислородный состав подземных льдов (опыт палеогеокриологических реконструкций). В 2 томах. Т. 1. М.: Изд. Отдела теоретических проблем РАН–МГУ, 1992. 420 с.
13.
Vasil’chuk Yu.K., Vasil’chuk A.C. Oxygen isotope and C14 data associated with Late Pleistocene syngenetic ice-wedges in mountains of Magadan region, Siberia. Permafrost and Periglacial Processes. 1998. N 9. P. 177–183.
14.
Meyer H., Dereviagin A., Siegert C., Schirrmeister L., Hubberten H-W. Palaeoclimate Reconstruction on Big Lyakhovsky Island, North Siberia - Hydrogen and Oxygen Isotopes in Ice Wedges // Permafrost and Periglacial Processes. 2002. N 13. P. 91-105. doi. 10.1002/ppp.416.
15.
Opel T., Wetterich S., Meyer H., Dereviagin A.Y., Fuchs M.C., Schirrmeister L. Ground-ice stable isotopes and cryostratigraphy reflect late Quaternary palaeoclimate in the Northeast Siberian Arctic (Oyogos Yar coast, Dmitry Laptev Strait) // Climate of the past. 2017. N 13. P. 587–611. https://doi.org/10.5194/cp-13-587-2017.
16.
Wetterich S, Schirrmeister L, Nazarova L, Palagushkina O, Bobrov A, Pogosyan L, Savelieva L, Syrykh L, Matthes H, Fritz M, Günther F, Opel T, Meyer H. Holocene thermokarst and pingo development in the Kolyma Lowland (NE Siberia) // Permafrost and Periglacial Processes. 2018. N 29(3). P. 182–198. doi: 10.1002/ppp.1979.
17.
Schwamborn G., Meyer H., Fedorov G., Schirrmeister L., Hubberten H.W. Ground ice and slope sediments archiving late Quaternary paleoenvironment and paleoclimate signals at the margins of El'gygytgyn Impact Crater, NE Siberia // Quaternary Research. 2006. V. 66. P. 259–272. https://doi.org/10.1016/j.yqres.2006.06.007.
18.
Porter T.J., Froese D.G., Feakins S. J., Bindeman I.N., Mahony M.E., Pautler B.G., Reichart G-J., Sanborn P.T., Simpson M.J., Weijers J.W.H. Multiple water isotope proxy reconstruction of extremely low last glacial temperatures in Eastern Beringia (Western Arctic) // Quaternary Science Reviews. 2016. N 137. P.113-125. http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2016.02.006.
19.
Sokratov S.A., Golubev V.N. Snow isotopic content change by sublimation // Journal of Glaciology. 2009. N 55. P. 823–828.
20.
Souchez R., Lorrain R. Ice Composition and Glacier Dynamics, Springer-Verlag, 1991.
21.
Grinter M., Lacelle D., Baranova N., Murseli S., Clark I.D. Late Pleistocene and Holocene ice-wedge activity on the Blackstone Plateau, central Yukon, Canada // Quaternary Research. 2018. N 90(1). P.179-193. doi:10.1017/qua.2018.65.
22.
Wetterich S. Schirrmeister L., Andreev A.A., Pudenz M., Plessen B., Meyer H., Kunitsky V.V. Eemian and Late Glacial/Holocene palaeoenvironmental records from permafrost sequences at the Dmitry Laptev Strait (NE Siberia, Russia) // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2009. Vol. 279. Iss. 1-2. P. 73–95. doi: 10.1016/j.palaeo.2009.05.002.
23.
Wetterich S. , Rudaya N., Tumskoy V., Andreev A.A., Opel T., Schirrmeister L., Meyer H. Last Glacial Maximum records in permafrost of the East Siberian Arctic // Quarternary Science Reviews. 2011. Vol. 30. Iss. 21-22. P. 3139-3151. doi:10.1016/j.quascirev.2011.07.020.
24.
Boereboom T., Samyn D., Meyer H., Tison J.-L. Stable isotope and gas properties of two climatically contrasting (Pleistocene and Holocene) ice wedges from Cape Mamontov Klyk, Laptev Sea, Northern Siberia // The Cryosphere. 2013. Vol. 7. P. 31–46. doi: 10.5194/tc-7-31-2013.
25.
Николаев В.И., Михалев Д.В., Романенко Ф.А., Брилли М. Реконструкция условий формирования многолетнемерзлых пород Северо-Востока России по результатам изотопных исследований (на примере опорных разрезов Колымской низменности) // Лед и снег. 2010. № 4. C. 79–90.
26.
Popp S., Diekmann B., Meyer H., Siegert C., Syromyatnikov I., Hubberten H. Palaeoclimate signals as inferred from stable-isotope composition of ground ice in the Verkhoyansk foreland, Central Yakutia // Permafrost and Periglacial Processes. 2006. Vol. 17. P. 119–132. doi: 10.1002/ppp.556.
27.
St-Jean M., Lauriol B., Clark I.D., Lacelle D., Zdanowicz C. Investigation of Ice-Wedge Infilling Processes using Stable Oxygen and Hydrogen Isotopes, Crystallography and Occluded Gases (O2, N2, Ar) // Permafrost and Periglacial Processes. 2011. Vol. 22. Iss. 1. P. 49-64. doi: 10.1002/ppp.680.
References (transliterated)
1.
Friedman I. Deuterium content of natural waters and other substances // Geochim. et Cosmochim. Acta 1953. Vol. 4. Iss.1-2. P. 89. doi:10.1016/0016-7037(53)90066-0.
2.
Craig H. Isotopic variation in meteoric waters // Science. 1961. Vol. 133. Iss. 3465. P.1702–1703. doi: 10.1126/science.133.3465.1702.
3.
Araguas-Araguas L., Froehlich K., Rozanski K. Deuterium and Oxygen-18 Isotope Composition of Precipitation and Atmospheric Moisture // Hydrological Processes. 2000. Vol. 14. Iss. 8. P. 1341-1355. doi: 10.1002/1099-1085(20000615)14:83.0.CO;2-Z.
4.
Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus. 1964. Vol. 16. N4. P.436–468. doi:10.1111/j.2153-3490.1964.tb00181.x.
5.
Environmental isotopes in the hydrological cycle. Principles and applications. Edited By Mook W.G. Vol. III. N. 39. Surface water. UNESCO, Paris, 2001. 117 p.
6.
Yurtsever Y., Gat J. R. Atmospheric waters // Stable isotope Hydrology. Deuterium and oxygen-18 in the water cycle. Chapter 6 / Editors: J.R.Gat and R.Gonfiantini. Vienna: International Atomic Energy Agency (Technical Reports Series. 210). 1981. P. 103–142.
7.
Vasil’chuk Yu. K. Reconstruction of the palaeoclimate of the late Pleistocene and Holocene on the basis of isotope studies of subsurface ice and waters of the permafrost zone // Water Resources. 1991. N 17(6). P. 640–674.
8.
Nikolayev V.I., Mikhalev D.V. An oxygen-isotope paleothermometer from ice in Siberian permafrost // Quat. Res. 1995. N 43(1). P. 14–21.
9.
Lauriol B., Duchesne C., Clark I.D. Systématique du remplissage en eau des fentes de gel: les résultats d’une étude oxygéne-18 et deutérium // Permafrost and Periglacial Process. 1995. N 6. P. 47–55. doi: 10.1002/ppp.3430060106.
10.
Vaikmäe R. Oxygen isotopes in permafrost and ground ice - A new tool for paleo-climatic investigations. In 5th Working Meeting Isotopes in Nature, Proceedings. Leipzig, Germany. 1989. P. 543–553.
11.
Michel F.A. Isotope investigations of permafrost waters in northern Canada. Ph.D. thesis. Department of Earth Sciences, University of Waterloo, Canada. 1982.
12.
Vasil'chuk Yu.K. Izotopno-kislorodnyi sostav podzemnykh l'dov (opyt paleogeokriologicheskikh rekonstruktsii). V 2 tomakh. T. 1. M.: Izd. Otdela teoreticheskikh problem RAN–MGU, 1992. 420 s.
13.
Vasil’chuk Yu.K., Vasil’chuk A.C. Oxygen isotope and C14 data associated with Late Pleistocene syngenetic ice-wedges in mountains of Magadan region, Siberia. Permafrost and Periglacial Processes. 1998. N 9. P. 177–183.
14.
Meyer H., Dereviagin A., Siegert C., Schirrmeister L., Hubberten H-W. Palaeoclimate Reconstruction on Big Lyakhovsky Island, North Siberia - Hydrogen and Oxygen Isotopes in Ice Wedges // Permafrost and Periglacial Processes. 2002. N 13. P. 91-105. doi. 10.1002/ppp.416.
15.
Opel T., Wetterich S., Meyer H., Dereviagin A.Y., Fuchs M.C., Schirrmeister L. Ground-ice stable isotopes and cryostratigraphy reflect late Quaternary palaeoclimate in the Northeast Siberian Arctic (Oyogos Yar coast, Dmitry Laptev Strait) // Climate of the past. 2017. N 13. P. 587–611. https://doi.org/10.5194/cp-13-587-2017.
16.
Wetterich S, Schirrmeister L, Nazarova L, Palagushkina O, Bobrov A, Pogosyan L, Savelieva L, Syrykh L, Matthes H, Fritz M, Günther F, Opel T, Meyer H. Holocene thermokarst and pingo development in the Kolyma Lowland (NE Siberia) // Permafrost and Periglacial Processes. 2018. N 29(3). P. 182–198. doi: 10.1002/ppp.1979.
17.
Schwamborn G., Meyer H., Fedorov G., Schirrmeister L., Hubberten H.W. Ground ice and slope sediments archiving late Quaternary paleoenvironment and paleoclimate signals at the margins of El'gygytgyn Impact Crater, NE Siberia // Quaternary Research. 2006. V. 66. P. 259–272. https://doi.org/10.1016/j.yqres.2006.06.007.
18.
Porter T.J., Froese D.G., Feakins S. J., Bindeman I.N., Mahony M.E., Pautler B.G., Reichart G-J., Sanborn P.T., Simpson M.J., Weijers J.W.H. Multiple water isotope proxy reconstruction of extremely low last glacial temperatures in Eastern Beringia (Western Arctic) // Quaternary Science Reviews. 2016. N 137. P.113-125. http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2016.02.006.
19.
Sokratov S.A., Golubev V.N. Snow isotopic content change by sublimation // Journal of Glaciology. 2009. N 55. P. 823–828.
20.
Souchez R., Lorrain R. Ice Composition and Glacier Dynamics, Springer-Verlag, 1991.
21.
Grinter M., Lacelle D., Baranova N., Murseli S., Clark I.D. Late Pleistocene and Holocene ice-wedge activity on the Blackstone Plateau, central Yukon, Canada // Quaternary Research. 2018. N 90(1). P.179-193. doi:10.1017/qua.2018.65.
22.
Wetterich S. Schirrmeister L., Andreev A.A., Pudenz M., Plessen B., Meyer H., Kunitsky V.V. Eemian and Late Glacial/Holocene palaeoenvironmental records from permafrost sequences at the Dmitry Laptev Strait (NE Siberia, Russia) // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2009. Vol. 279. Iss. 1-2. P. 73–95. doi: 10.1016/j.palaeo.2009.05.002.
23.
Wetterich S. , Rudaya N., Tumskoy V., Andreev A.A., Opel T., Schirrmeister L., Meyer H. Last Glacial Maximum records in permafrost of the East Siberian Arctic // Quarternary Science Reviews. 2011. Vol. 30. Iss. 21-22. P. 3139-3151. doi:10.1016/j.quascirev.2011.07.020.
24.
Boereboom T., Samyn D., Meyer H., Tison J.-L. Stable isotope and gas properties of two climatically contrasting (Pleistocene and Holocene) ice wedges from Cape Mamontov Klyk, Laptev Sea, Northern Siberia // The Cryosphere. 2013. Vol. 7. P. 31–46. doi: 10.5194/tc-7-31-2013.
25.
Nikolaev V.I., Mikhalev D.V., Romanenko F.A., Brilli M. Rekonstruktsiya uslovii formirovaniya mnogoletnemerzlykh porod Severo-Vostoka Rossii po rezul'tatam izotopnykh issledovanii (na primere opornykh razrezov Kolymskoi nizmennosti) // Led i sneg. 2010. № 4. C. 79–90.
26.
Popp S., Diekmann B., Meyer H., Siegert C., Syromyatnikov I., Hubberten H. Palaeoclimate signals as inferred from stable-isotope composition of ground ice in the Verkhoyansk foreland, Central Yakutia // Permafrost and Periglacial Processes. 2006. Vol. 17. P. 119–132. doi: 10.1002/ppp.556.
27.
St-Jean M., Lauriol B., Clark I.D., Lacelle D., Zdanowicz C. Investigation of Ice-Wedge Infilling Processes using Stable Oxygen and Hydrogen Isotopes, Crystallography and Occluded Gases (O2, N2, Ar) // Permafrost and Periglacial Processes. 2011. Vol. 22. Iss. 1. P. 49-64. doi: 10.1002/ppp.680.

Результаты процедуры рецензирования статьи

В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.

Предмет исследования статьи являются типы соотношений изотопных параметров δ2H-δ18О в повторно-жильных льдах разного возраста из разных районов российской и североамериканской криолитозоны.
Изучение причин отличий наклонов линий соотношения δ2H-δ18О по жильному льду от ГЛМВ и ЛЛМВ. Такие данные говорят о происходящих в снеге процессах изотопного фракционирования перед таянием и заполнением трещин, а именно испарение/сублимация или фазовые переходы воды (таяние – повторное замерзание), что меняет первичный изотопный сигнал осадков и искажает палеоклиматический сигнал во льду жил. Отклонения от прямой линии Крейга объясняются влиянием на фракционирование термодинамических и кинетических процессов. При неравновесном испарении в источнике пара изотоп 18O часто обеднен по сравнению с 2Н, линия, показывающая зависимость между этими изотопами, сдвигается вверх от линии, характеризующей равновесные условия. Когда осадки подвергаются активному испарению, сдвиг зависимости δ2Н – δ18O направлен вниз от равновесной линии. В выпадающих осадках, в которых происходит изотопный обмен с окружающим паром, зависимость между δ2Н и δ18O располагается выше прямой линии δ2Н = 8δ18O+10, вблизи начальной точки.
Несмотря на то, что основным источником формирования жильного льда является талый зимний снег, описаны случаи, когда наклоны линий соотношения δ2H-δ18О по жильному льду заметно отличаются от ГЛМВ и ЛЛМВ. Такие данные говорят о происходящих в снеге процессах изотопного фракционирования перед таянием и заполнением трещин, а именно испарение/сублимация или фазовые переходы воды (таяние – повторное замерзание), что меняет первичный изотопный сигнал осадков и искажает палеоклиматический сигнал во льду жил. Иногда жильный лед на контакте с вмещающими отложениями имеет признаки постгенетического фракционирования в результате изотопного обмена между льдом и мерзлыми отложениями. Как правило, эти значения не учитываются при построении линии соотношения δ2H-δ18О и исключаются из дальнейшей интерпретации, что оказывает влияние на палеогеографические реконструкции.
Впервые выполнен пространственный анализ соотношения изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых и голоценовых повторно-жильных льдах для территории российской криолитозоны.
Нормальное соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в позднеплейстоценовых повторно-жильных льдах встречено в Сеяхинской едоме на Ямале; в отдельных жилах едомных толщ северной Якутии - едомы Бизон и Дуванного Яра, а также в некоторых жилах едомы Мамонтовой Горы в центральной Якутии. Нормальное соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О в голоценовых повторно-жильных льдах отмечено в торфяниках близ г. Воркуты, на Европейский Северо-Востоке; в пойменной толще р.Еркутаяха и в торфянике у пос. Бованенково на п-ове Ямал; в пойменной толще ниже по течению от пос.Черский; в пойменной толще в долине р.Алдан, Центральная Якутия; в толще первой морской террасы близ г. Анадырь; в торфяниках близ пос. Лорино и пос. Уэлен на востоке Чукотки.
Соотношение δ2H-δ18О с признаками изменения первичного изотопного сигнала атмосферных осадков получено для ряда позднеплейстоценовых ледяных жил северной Якутии - едомы Бизон и Дуванного Яра, а также некоторых жил едомы Мамонтовой Горы и жилы в районе оз.Сырдах в центральной Якутии. Для голоценовых жил отклонения от нормального соотношения δ2H-δ18О были получены для: жилы в долине р.Нгарка-Тамбъяха на Европейский Северо-Востоке, для жилы аласе в районе пос.Черский в низовьях р.Колымы; в торфянике близ г. Анадырь и в торфянике близ пос. Лорино и пос. Лаврентия.
Аномальное соотношение изотопных параметров δ2H-δ18О встречено: в толще первой надпойменной террасы на р. Чара, в Забайкалье; в толще озерной террасы в обнажении Мерзлый Яр в верховьях Енисея.
Стиль статьи научный, аргументация обоснована и логична. Структура и содержание работы соответствует поставленным целям. Объём рассмотренных материалов позволяет обосновать полученные выводы.
Список источников составляет 27 наименования. Из них 22 зарубежных источника.
Автором проделана большая работа по анализу материалов российских и зарубежных специалистов от первых классических работ по данной тематике до современных последних публикаций.
Поднятые в статье проблемы направлены на учёт факторов влияющих на проведение палеогеографических реконструкций. Поэтому приведенные в статье материалы привлекут внимание специалистов геокриологов, палеогеографов, экологов, климатологов.
Ссылка на эту статью

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи


Другие сайты издательства:
Официальный сайт издательства NotaBene / Aurora Group s.r.o.
Сайт исторического журнала "History Illustrated"