Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 2021 году в ходе работ по проекту 21-17-00246 «Климатическая изменчивость на Восточно-антарктическом плато за последние 2000 лет» в основном был завершен сбор материалов, необходимых для успешного выполнения проекта. В первую очередь, было закончено измерение изотопного состава (концентрации дейтерия, dD, и кислорода 18, d18O) кернов VK18 и VK19, пробуренных в окрестностях станции Восток. Случайная погрешность измерения составила не хуже 0,5 ‰ для dD и 0,05 ‰ для d18O, что на 1-2 порядка меньше естественной изменчивости изотопных значений в вертикальном профиле изотопного состава, и потому удовлетворительно для целей исследования. Изотопные данные VK18 и VK19 подтверждают предварительные выводы, сделанные ранее по керну VK16 (Верес и др., 2020): изотопные профили не показывают статистически значимого тренда по глубине, при этом изотопные значения характеризуются большой мелкомасштабной изменчивостью, которая объясняется влиянием «стратиграфического шума». С глубиной эта изменчивость уменьшается за счёт молекулярной диффузии. Также выполнено измерение изотопного состава керна RB20 длиной 20,5 м, полученного на Ледоразделе Б в 300 км к западу от ст. Восток во время гляциологического похода в январе 2020 г. Случайная погрешность измерения не превысила 0,5 ‰ для dD и 0,05 ‰ d18O. Сопоставление изотопного ряда RB20 с VK16 показало, что характер обеих кривых схож, но средний уровень изотопных значений RB20 ниже, чем в VK16. Это объясняется тем, что, по данным измерения температуры фирна на глубине затухания сезонных колебаний на Ледоразделе Б, средняя многолетняя температура здесь примерно на 1,5 °С ниже, чем в районе Востока. Изотопно-температурная интерпретация этих данных будет выполнена на следующих этапах работы. Закончены измерения химического состава керна VK16 в интервале 990-7019 см с вертикальным разрешением 2 см. В образцах определена величина рН и содержание главных ионов (Са2+, Mg2+, Na+, K+, NO3−, Cl−, SO42− и MSA). Полученные данные использованы для расчета количества неморских сульфатов (nss-SO42−) и кальция (nss-Ca2+). В профиле неморского сульфата выделено 142 пика, которые могут быть идентифицированы как имеющие вулканическое происхождение. В том числе удалось идентифицировать пики вулканов Тамбора (1816 г.), Гамконора (1676 г.), Хуайнапутина (1601 г.), Куваэ (1452 г.) и Эль Чичон / Самалас (1260/1258 г.). Эти данные будут использованы для построения надёжной хроностратиграфической шкалы для кернов VK16, VK18 и VK19. Создан банк данных изотопного состава снежно-фирново-ледяной толщи Антарктического ледяного щита. Банк данных включает около 80 изотопных профилей (как опубликованных, так и не опубликованных), охватывающих период времени от 200 до 2000 лет и полученных в том числе в районе Восточно-антарктического ледникового плато (между станциями Восток и Конкордия). Для кернов, пробуренных в окрестностях Купола С (ст. Конкордия) также имеется надёжная хроностратиграфическая шкала, построенная по данным о глубине залегания вулканических пиков, которая позволит преобразовать вертикальные профили изотопного состава во временные ряды. Приобретено устройство доставки стандарта («калибровочное устройство») Picarro A0101. Это устройство было протестировано в лабораторных условиях (в Лаборатории изменений климата и окружающей среды Арктического и антарктического НИИ, ЛИКОС ААНИИ), а затем вместе с лазерным анализатором Picarro L2140 и необходимым периферийным оборудованием оно было погружено на судно «Академик Фёдоров» для доставки в Антарктиду. Работы по измерению изотопного состава водяного пара атмосферы на станции Восток начнутся в 20-х числах декабря 2021 г. Выполнен анализ изотопного состава образцов поверхностного (в слое 0-1,5 см) снега в районе станции Восток, отбиравшихся на протяжении летнего и зимнего сезона 66-й РАЭ (с 7 февраля 2020 г. по 31 января 2021 г.). Изотопный состав снежной толщи имеет ярко выраженный сезонный ход, напоминающий сезонный ход изотопного состава осадков: от зимы к лету изотопный состав по кислороду 18 утяжеляется от < -60 ‰ до -50 ‰. Интерпретация этих данных будет завершена на следующем этапе после завершения изотопных анализов атмосферных осадков, отбиравшихся на протяжении 2020-го года. Составлена единая база данных изотопного состава атмосферных осадков, отбиравшихся на станции Восток с декабря 1998 по январь 2020 года. Для каждого образца эта база данных включает тип осадков (осадки из облаков, ледяные иглы или изморозь), средние значения метеорологических параметров за время выпадения осадка, а также сопутствующие метеорологические явления (в частности, позёмок и/или метель). Всего эта база содержит данные по 278-ми образцам осадков (в том числе для 205 образцов имеются данные о значении 17O-excess). На основе этой базы данных был выполнен анализ изотопно-температурной зависимости для трёх типов осадков и четырёх сезонов года (Тебенькова и др., 2020). Все типы осадков обнаруживают ярко выраженный годовой ход изотопного состава. Изотопно-температурные зависимости практически идентичны для ледяных игл и изморози (коэффициенты регрессии различаются незначительно и составляют порядка 2,6 ± 0,3 ‰/°С) но для осадков из облаков при той же температуре изотопный состав осадков выше. Это может быть связано с различным соотношением приземной температуры и эффективной температуры конденсации. Изотопно-температурные зависимости для ледяных игл в разных сезонах оказались различными: для зимы связь не обнаружена, максимальный коэффициент регрессии отмечен для лета 5,3 ‰/°С. Для осеннего периода наклон составил 2,1 ‰/°С, а для весны недостаточно данных, чтобы сделать надёжный вывод. По материалам этого исследования Н.А. Тебеньковой успешно защищена выпускная работа в совместной российско-германской магистратуре «Помор» (Санкт-петербургский государственный университет и Университет города Гамбург). Опубликована 1 статья в журнале, входящем в индекс цитирования РИНЦ: Тебенькова Н.А., Екайкин А.А., Лэппле Т., Нотц Д., Козачек А.В., Верес А.Н. Связь изотопного состава разных типов осадков в Центральной Антарктиде с температурой воздуха. – Проблемы Арктики и Антарктики, 2021, т. 67, № 4, с. 368-381, https://doi.org/10.30758/0555-2648-2021-67-4-368-381. Также за отчётный год были упоминания палеоклиматических исследований в СМИ и в научно-популярных лекциях. На сайте ЛИКОС ААНИИ создана страничка, посвящённая данному проекту: http://cerl-aari.ru/index.php/vos2k/

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В ходе работ по проекту в 2022 году были получены следующие результаты: В ходе гляциологических работ на станции Восток в сезон 67-й РАЭ (январь 2022 г.) получены новые данные об изотопном составе атмосферных осадков и подстилающей снежной поверхности. Пробурена новая скважина глубиной 30,2 м и вскрыт шурф глубиной 2,4 м, измерена плотность и электропроводность снежно-фирновой толщи, взяты пробы на химический и изотопный анализ. Впервые в российской практике выполнены измерения изотопного состава водяного пара атмосферы центральной Антарктиды. Показано, что воздух в районе станции Восток находится в состоянии насыщения относительно льда, т.е. его абсолютная влажность определяется температурой. Типичные значения влажностью в ночные и дневные часы составляют порядка 150-300 и 400-800 ppm (что соответствует давлению водяного пара 0,09-0,19 и 0,25-0,50 гПа). Изотопный состав водяного пара, по-видимому, находится в равновесии с изотопным составом подстилающей снежной поверхности. В Лаборатории изменений климата и окружающей среды (ЛИКОС ААНИИ) закончены измерения изотопного состава (включая кислород 17) образцов осадков, собиравшихся на ст. Восток на протяжении 2000 года. Начаты измерения изотопного состава образцов, собранных на ст. Восток в сезон 67-й РАЭ. Получены данные о химическом составе керна RB20 глубиной 20,5 м, пробуренного в районе Ледораздела Б в январе 2020 г. По данным концентрации сульфатов определена глубина залегания слоёв, содержащих продукты вулканических извержений (Кракатау 1883 г., Тамбора 1816 г, Паркер 1641 г.). С помощью этих маркеров возраста был продатирован весь керн, возраст фирна на глубине 20,5 м составил 400 лет. Средняя скорость снегонакопления в этом пункте равна 2,28 г см-2 год-1. Изучены процессы в снежной толще, имеющие место после отложения атмосферных осадков и приводящие к изменению их первоначального изотопного состава. В результате этих «пост-депозиционных» процессов изотопный состав снега обогащается на 1-4 ‰ по кислороду 18. Более того, наши результаты говорят о том, что изотопный состав снежно-фирновых отложений связан не со средней годовой температурой воздуха, а с температурой снежной поверхности в летний сезон года. Составлен инвентарь вулканических событий за последние 2200 лет, записанных в изученных нами кернах. Всего обнаружено 68 вулканических пиков, из которых 22 были надежно идентифицированы (в том числе Тамбора 1816 г. н.э., Уайнапутина 1601 г. н.э., Самалас 1258 г. н.э., Илопанго 541 г. н.э. и другие). Основываясь на вулканических маркерах возраста, были построены хроностратиграфические шкалы для кернов VK (станция Восток) и RB20 (Купол Б на Ледоразделе Б). С помощью функции глубина-возраст вертикальные профили изотопного состава преобразованы во временные ряды. Для изотопных рядов станции Восток характерно отсутствие значимых трендов за последние 2,2 тыс. лет, а также уменьшение амплитуды колебаний при увеличении возраста, что связано с диффузионным сглаживанием изотопных колебаний в более древних слоях снежно-фирновой толщи. Изотопный ряд на Куполе Б в целом схож с рядами Востока, но при более низких значениях изотопного состава (-57,6 ‰ по кислороду 18 по сравнению с -57,1 ‰ на Востоке). Составлен новый детальный сводный профиль плотности снежно-фирновой толщи на станции Восток до глубины 70 м, основанный на данных 32 снежных шурфов и кернов. На профиле выделяются несколько стадий уплотнения: быстрое уплотнение в верхних 27 см снега, более медленное уплотнение до глубины 22 м, и переход от снега к фирну на глубине 22,5 м при плотности 0,526 г см-3. С целью изучения гляцио-климатических условий, при которых формировалась плотность снежно-фирнового покрова, мы применили полуэмпирическую модель Херрона и Лангвэя (1980). В первом приближении наблюдаемое распределение плотности можно воспроизвести, задав в качестве параметров модели начальную плотность снега, равную 0,35 г см-3, температуру поверхности ледника, равную -57 °С, и скорость снегонакопления в диапазоне 1,8-2,1 г см-2 год-1. Изучены характеристики пространственно-временной изменчивости скорости снегонакопления в районе станции Восток, определено соотношение сигнала и шума в рядах аккумуляции и изотопного состава снега. Показано, что в отдельных рядах скорости снегонакопления количество сигнала составляет лишь около 4 %, а в рядах изотопного состава – порядка 9 %. Этот вывод подчеркивает необходимость получения сводных рядов по данным нескольких кернов. Обнаружен значимый рост скорости снегонакопления за последние 50 лет, связанный с ростом местной температуры воздуха. Коэффициент регрессии между скоростью аккумуляции и температурой составляет 0,235±0,025 г см-2 год-1 °C-1 (11±2 % °C-1). Выполнена подготовка к гляциологическим работам на станции Восток в сезон 68-й РАЭ (январь 2023 г.). В частности, изготовлено самодельное устройство для ручной подачи стандарта в лазерный анализатор, которое обеспечивает достаточно низкую влажность (до 400 ppm) в камере анализатора, сопоставимую с влажностью воздуха на станции Восток в летний сезон. Подготовлены 3 статьи, из которых одна находится в печати в журнале «Лёд и снег» и две – на рецензии в журналах “Frontiers in Earth Sciences” и “Journal of Glaciology”. Сделано 3 доклада на международных конференциях. На заседании Полярной комиссии Русского географического общества прочитана научно-популярная лекция на тему «Солнце, лёд, вулканы и общество: история климата и цивилизации за последние 2000 лет»: https://www.rgo.ru/ru/event/solnce-lyod-vulkany-i-obshchestvo-istoriya-klimata-i-civilizacii-za-poslednie-2000-let

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
2023 год был завершающим для данного проекта. Все запланированные на этот год работы были выполнены в полном объёме, а полученные результаты позволили успешно решить поставленные перед нами задачи. Была существенно пополнена коллекция образцов атмосферных осадков на станции Восток, поверхностного слоя снега, снежно-фирновой толщи на глубину до 100 м. Завершены лабораторные анализы изотопного и химического составов всех проб, собранных ранее в рамках проекта. В том числе впервые измерен химический состав атмосферных осадков на Востоке, что позволило охарактеризовать годовой ход концентрации основных ионов; впервые получены данные о химическом составе снега в районе Купола Б – наиболее удаленном от источника влаги регионе Антарктиды; впервые измерена концентрация кислорода 17 в образцах поверхностного снега вдоль меридионального профиля между станциями Прогресс и Восток; база данных изотопного состава (включая кислород 17) атмосферных осадков ст. Восток пополнена результатами изотопных анализов проб, отобранных в январе 2023 года. Этот массив данных позволил охарактеризовать основные процессы, формирующие изотопный состав снежно-фирновой толщи, и разработать методику реконструкции прошлых изменений приземной температуры воздуха по изотопным данным из снежных шурфов и фирновых кернов. В частности, показано, что в ходе пост-депозиционных процессов (массового и изотопного обмена между верхним слоем снега и водяным паром приземного слоя воздуха, а также нижележащими слоями снега) изначальный климатический (температурный) сигнал изотопного состава атмосферных осадков существенно преобразуется. В результате этого изотопный состав снежно-фирновых отложений связан не со средней годовой температурой воздуха, а с температурой тёплого периода (декабрь-январь). Также показано, что для корректной реконструкции температуры воздуха недостаточно лишь данных о концентрации одного из тяжелых изотопов (дейтерия либо кислорода 18): необходимо также учитывать данные об изменении такого параметра, как dxs (dxs = dD – 8*d18O), несущего в себе информацию об изменении температуры в источнике влаги, которая, в свою очередь, также влияет на изотопный состав осадков в центральной Антарктиде. Для интерпретации изотопных данных была разработана усовершенствованная версия модели изотопного состава осадков, включающая геохимический цикл кислорода 17, а также возможность решения обратной задачи. По данным об изотопном составе водяного пара атмосферы над океанами Южного полушария, а также об изотопном составе снежной толщи по меридиональным профилям Земли Принцессы Елизаветы в Восточной Антарктиды, модель была настроена для расчета изотопного состава осадков на станции Восток. Огромный массив накопленной в ходе выполнения проекта информации об изотопном составе снежно-фирновой толщи в районе станции Восток, включающий данные по 23 отдельным шурфам и фирновым кернам и охватывающий период со 192 года до н.э. по 2018 год н.э., позволил реконструировать климатическую изменчивость центральной Антарктиды за последние 2200 лет. Показано, что ход температуры в целом совпадает с глобальной климатической кривой: после тёплой «античной эпохи» в начале нашей эры имело место плавное похолодание вплоть до начала 19 века («малой ледниковой эпохи»), сменившееся современным потеплением. В отличие от глобальной температуры, температура воздуха в центральной Антарктиде в начале 21 века пока не превысила максимальные значения, наблюдавшиеся в античную эпоху. Несколько иной результат был получен для скорости снегонакопления: в целом этот параметр (как и следовало ожидать) коррелирует с температурой воздуха, но при этом современная средняя за последние 50 лет скорость аккумуляции на ст. Восток (22,5 мм в.э./год) является беспрецедентной за последние 2200 лет. Более того, чувствительность скорости снегонакопления к температуре воздуха (11-16 %/°С) оказалось заметно выше, чем предсказывается большинством климатических моделей. Этот результат может потребовать корректировки прогноза повышения уровня моря в 21 веке, поскольку рост снегонакопления в центральной Антарктиде будет частично компенсировать потерю массы на краях ледника. Реконструирована температура в источнике влаги за последние 2200 лет, которая показала ту же характерную форму «хоккейной клюшки», что и глобальная температурная кривая: плавное снижение от 1 до 1800 г. н.э. и резкий рост за последние 200 лет. По данным о химическом составе фирновых кернов сделано предположение о том, что площадь морского льда вокруг Антарктиды существенно не менялась в доиндустриальную эпоху. По результатам выполненных исследований в 2023 году сделано 8 научных докладов и опубликовано 6 статей (с учетом квартилей журналов). Основные результаты выложены на сайте проекта: http://cerl-aari.ru/index.php/vos2k/.