Glaciochemical evidence of spatial and temporal environmental variability across Svalbard

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 versi

Drought-induced biomass burning as a source of black carbon to the central Himalaya since 1781 CE as reconstructed from the Dasuopu ice core

Himalayan glaciers are melting due to atmospheric warming, with the potential to limit access to water for more than 25 % of the global population that resides in these glacier meltwater catchments. Black carbon has been implicated as a factor that is contributing to Himalayan glacier melt, but its sources and mechanisms of delivery to the Himalayas remain controversial. Here, we provide a 211-year ice core record spanning 1781–1992 CE for refractory black carbon (rBC) deposition from the Dasuopu glacier ice core that has to date provided the highest-elevation ice core record (7200 m). We report an average rBC concentration of 1.5 µg L−1 (SD=5.0, n=1628) over the 211-year period. An increase in the frequency and magnitude of rBC deposition occurs after 1877 CE, accompanied by decreased snow accumulation associated with a shift in the North Atlantic Oscillation Index to a positive phase. Typically, rBC is deposited onto Dasuopu glacier during the non-monsoon season, and short-lived increases in rBC concentration are associated with periods of drought within neighboring regions in northwestern India, Afghanistan, and Pakistan. Using a combination of spectral and back-trajectory analyses, as well as a comparison with a concurrent analysis of trace metals at equivalent depths in the same ice core, we show that biomass burning resulting from dry conditions is a source of rBC to the central Himalaya and is responsible for deposition that is up to 60 times higher than the average rBC concentration over the time period analyzed. We suggest that biomass burning is a significant source of rBC to the central Himalaya and that the rBC record can be used to identify periods of drought in nearby regions that are upwind of Dasuopu glacier

Проект системы теплоснабжения рабочего цеха АО "КМЗ" г. Кемерово

Объектом исследования является рабочий цех АО «КМЗ». Цель работы – разработка системы теплоснабжения цеха с подбором отопительного оборудования. Температурный график – 90/70 оС. В процессе исследования проводилось изучении ограждающих конструкций здания, климатические характеристики района строительства. В результате исследования был произведен теплотехнический расчет ограждающих конструкций, расчет тепловых потерь для цеха. На основании произведенных расчетов разработан план и аксонометрическая схема системы отопления, проведен тепловой расчет отопительный приборов и гидравлический расчет системы отопления. Произведен подбор отопительного оборудования, расчет теплового баланса котельного агрегата.The object of the research is the working plant of JSC "KMZ". The work purpose – development of system of a heat supply plant with the selection of heating equipment. Temperature chart – 90/70 operating system. In the process the study was conducted the study of the building envelope, climatic characteristics of the construction area. The study was produced by the thermal design of building envelopes, heat loss calculation for the shop. On the basis of the calculations developed a plan and axonometric scheme of the heating system carried out thermal design of heaters and hydraulic calculation of the heating system. Promoted the selection of heating equipment, the calculation of the heat balance boiler unit

Geochemistry of frost flowers and snow obtained near Ahlmann summit, Vestfonna ice cap

The chemistry of snow and ice cores from Svalbard is influenced by variations in local sea ice margin and distance to open water. Snow pits sampled at two summits of Vestfonna ice cap (Nordaustlandet, Svalbard), exhibit spatially heterogeneous soluble ions concentrations despite similar accumulation rates, reflecting the importance of small-scale weather patterns on this island ice cap. The snow pack on the western summit shows higher average values of marine ions and a winter snow layer that is relatively depleted in sulphate. One part of the winter snow pack exhibits a [SO4-/Na+] ratio reduced by two thirds compared with its ratio in sea water. This low sulphate content in winter snow is interpreted as the signature of frost flowers, which are formed on young sea ice when offshore winds predominate. Frost flowers have been described as the dominant source of sea salt to aerosol and precipitation in ice cores in coastal Antarctica but this is the first time their chemical signal has been described in the Arctic. The eastern summit does not show any frost flower signature and we interpret the unusually dynamic ice transport and rapid formation of thin ice on the Hinlopen Strait as the source of the frost flowers

Two Centuries of Trace Element Deposition at the Top of the Himalaya: Natural Background vs. Anthropogenic Pollution

South East Asia is one of the fastest developing regions on Earth and has experienced a recent large increase in atmospheric pollution. Glaciers of the nearby Himalayan mountains represent a unique archive that provides the potential to be used to determine the strength and timing of the onset of anthropogenic atmospheric pollution in the region. Within the Third Pole Project several ice cores from the Tibetan Plateau and the Himalaya are analyzed for their trace element concentrations. Here we present results of a new trace element record from the Dasuopu ice core spanning 1790 - 1993 AD. The Dasuopu ice core was drilled in 1997 at 7200 m altitude in the Himalaya and provides the highest elevation ice core record ever obtained. Due to the high altitude this site has the potential to archive not only contamination records of regional significance, but possibly also long distant pollution from, for example, Europe and climatic signals influenced by the North Atlantic. This area is heavily influenced by the monsoon regime providing seasonally and highly variable snow accumulation rates. The upper 50 m of the core covering the time interval from 1950 to 1997 consist of Firn and is sampled non-continuously in a resolution of approximately one sample/year. The time interval between 1790 and 1950 is presented by a continuous record in subannual resolution. Crustal enrichment factors are used to discriminate between the terrigenous and the anthropogenic contributions. In this study we focus two research topics: (1) determine the onset of the earliest anthropogenic contamination from trace elements at this elevation (7200 m) Himalayan site and (2) determine intra-annual variations of atmospheric trace elements, with a focus on discriminating between pre-monsoon season (when the aerosol input is governed by the high dust input in spring) and the monsoon and dry season. We find trace element concentrations to be very low and very variable throughout the year with concentration changes of up to 2-3 orders of magnitude (e.g. Pb concentrations range from 0.1 ppt to 1000 ppt). Average concentration levels are comparable to those recorded at some polar sites. We find an increase in elements of crustal origin in the second half of the 20th century

Métabasites de la Cordillère Occidentale d'Équateur: témoins d'une racine océanique sous les Andes d'Équateur.

La genèse des Andes est liée à la subduction de la lithosphère Pacifique sous le continent sud-américain. Cependant, alors que la formation des Andes centrales est dominée par le raccourcissement de la croûte continentale, celle des Andes septentrionales est marquée par l'accrétion et le sous-placage de matériel océanique exotique. L'étude de différentes roches magmatiques et métamophiques de la Cordillère Occidentale d'Equateur, exhumées à la faveur d'accidents transpressifs dextres miocènes recoupant les terrains accrétés, permet de contraindre la nature et l'évolution thermique de la racine de cette partie des Andes. Les compositions chimiques et isotopiques sont semblables à celles de basaltes de plateau océanique. Les conditions thermobarométriques, basées sur l'étude des paragenèses d'une granulite et d'une amphibolite, indiquent des températures d'équilibres de 800-850°C pour des pressions inférieures à 6-9 kbar (absence de grenat). Ce gradient géothermique anormalement élevé (≈ 40°C/km-1) serait lié à l'activité de l'arc magmatique qui s'installe sur les terrains océaniques accrétés à la fin Éocène, et a pu provoquer la remobilisation du matériel océanique sous-plaqué en profondeur lors de la genèse de l'arc néogène à récent