Isotopic Composition (δ18O, δ2H) of Snow Cover on the Yamal Peninsula

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Two field campaigns to study snow cover on the territory of the Yamal Peninsula were undertaken in the spring of 2017–2019 by the scientists of the Earth Cryosphere Institute. One of the study topics was isotopic composition of snow cover and its changes under the influence of external factors. The average values of the snow water isotopes are δ18O = -20.207±3.3‰ and δD = -152.677±23.8‰. The linear regression equation for snow cover of the study area is δ2H = 6.8δ18O - 15.5. Deuterium excess has an average value of 9.6‰ with a range of 27.5‰. The isotopic composition of fresh and old snow in high-latitude areas has clear differences. Old snow has higher values of δ18O and δ2H; lower values of slope of the regression line and intercept. The isotopic composition of the snow cover does not depend on the location of the sampling points on the peninsula and depends rather on the height and density of the snow cover. The dependencies of the isotopic composition of fresh snow on weather characteristics were confirmed according to weather station data in Salekhard in 1996–2000. The deeper parts of the snow profiles have higher δ18O and δ2H values than the upper ones. The average difference between the horizons was 2.83‰ for δ18O and 20.17‰ for δD. The equation of the relationship between δ18O and δ2H in the deeper horizons has a lower slope and intercept values, as a result of deep hoar horizon metamorphism. The isotopic composition of snow lying on the lake ice surface is heavier than on the soil surface due to its lower height and the influence of lake water during uneven freezing of the water.

About the authors

N. Yu. Fakashchuk

Earth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: n.yu.fakashchuk@yandex.ru
Tyumen, Russia

O. L. Opokina

Earth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Tyumen, Russia

A. V. Khomutov

Earth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Tyumen, Russia

Yu. A. Dvornikov

Smart Urban Nature laboratory, RUDN University; Laboratory of carbon monitoring in terrestrial ecosystems, Institute of physicochemical and biological problems of soil science, RAS

Moscow, Russia; Pushchino, Russia

References

  1. Бабкина Е.А., Лейбман М.О., Дворников Ю.А., Факащук Н.Ю., Хайруллин Р.Р., Хомутов А.В. Активизация криогенных процессов на территории Центрального Ямала как следствие региональных и локальных изменений климата и теплового состояния пород // Метеорология и гидрология. 2019. Вып. 44. № 4. С. 283–290.
  2. Бородулина Г.С., Токарев И.В., Левичев М.А. Изотопный состав (δ18O, δ2H) снежного покрова Карелии // Лёд и Снег. 2021. Т. 61 № 4. С. 521–532. https://doi.org/10.31857/S2076673421040105
  3. Васильчук Ю.К. Изотопно-кислородный состав подземных льдов (опыт палеогеокриологических реконструкций). М.: Изд-во РАН, 1992. Т. 1. 420 с.
  4. Васильчук Ю.К., Чижова Ю.Н., Папеш В. Тренд изотопного состава отдельного зимнего снегопада на северо-востоке Европы // Криосфера Земли. 2005. Т. 9. № 3. С. 81–87.
  5. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук А.К., Чижова Ю.Н. Изотопные методы в географии. Ч. 3: Геохимия стабильных изотопов атмосферы и гидросферы. Учебное пособие / Под ред. Ю.К. Васильчука. М.: Географический факультет МГУ, 2013. 216 с.
  6. Васильчук Ю.К., Шевченко В.П., Лисицын А.П., Буданцева Н.А., Воробьёв С.Н., Кирпотин С.Н., Крицков И.В., Манасыпов P.M., Покровский О.С., Чижова Ю.Н., Изотопно-кислородный и дейтериевый состав снежного покрова Западной Сибири на профиле от Томска до Обской губы // Доклады Академии наук. 2016. Т. 471. № 5. С. 770–775.
  7. Екайкин А.А. Стабильные изотопы воды в гляциологии и палеогеографии. СПб.: ААНИИ, 2016. 63 с.
  8. Имшенецкий В.В., Орлов Ю.Н. Технология СПГ – перспективный вариант освоения ресурсов газа п-ова Ямал. М., 2005.
  9. Котляков В.М., Гордиенко Ф.Г. Изотопная и геохимическая гляциология. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 288 с.
  10. Криосфера нефтегазокондесатных месторождений полуострова Ямал: Т. 1: Криосфера Харасавейского газоконденсатного месторождения / Под общ. ред. Ю.К. Васильчука, Г.В. Крылова, Е. Подборного. Тюмень: ООО “ТюменьНИИгипрогаз”; СПб.: Недра, 2006. 347 с.
  11. Крицук Л.Н. Подземные льды Западной Сибири. М.: Научный мир, 2010. 352 с.
  12. Лепокурова О.Е., Иванова И.С., Пыряев А.Н. Использование стабильных изотопов водорода, кислорода и углерода при интерпретации условий формирования поверхностных водных объектов Ямало-Ненецкого автономного округа // Изв. Томского политехнич. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 6. С. 7–19.
  13. Лисицын А.П., Васильчук Ю.К., Шевченко В.П., Буданцева Н.А., Краснова Е.Д, Пантюлин А.Н., Филиппов А.С., Чижова Ю.Н. Изотопно-кислородный состав воды и снежно-ледяного покрова отделяющихся водоемов на разных стадиях изоляции от Белого моря // Доклады Академии наук. 2013. Т. 449. № 4. С. 467–473.
  14. Малыгина Н.С., Эйрих А.Н., Курепина Н.Ю., Папина Т.С. Изотопный состав зимних атмосферных осадков и снежного покрова в предгорьях Алтая // Лёд и Снег. 2017. Т. 57. № 1. С. 57–68. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-1-57-68
  15. Малыгина Н.С., Эйрих А.Н., Агбалян Е.В., Папина Т.С. Изотопный состав и регионы-источники зимних осадков в Надымской низменности // Лёд и Снег. 2020. Т. 60. № 1. С. 98–108.
  16. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М.: Росгидромет, 2008. 91 с.
  17. Папина Т.С., Малыгина Н.С., Эйрих А.Н., Галанин А.А., Железняк М.Н. Изотопный состав и источники атмосферных осадков в Центральной Якутии // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 2. С. 60–69.
  18. Сампсонов Р.О., Илатовский Ю.В., Пыстина Н.Б., Баранов А.В. Климат п-ова Ямал и последствия его изменения, осложняющие добычу и транспорт углеводородов // Газовая промышленность. 2010. № 2. С. 82–84.
  19. Слагода Е.А. Опокина О.Л., Курчатова А.Н., Рогов В.В. Строение и разновидности подземных льдов в верхненеоплейстоцен-голоценовых отложениях Западного Ямала (мыс Марре-Сале) // Криосфера Земли. 2012. Т. XVI. № 2. С. 9–22.
  20. Специализированные массивы для климатических исследований // Электронный ресурс. URL: http://aisori-m.meteo.ru/waisori/ (Дата обращения: 17.03.2025).
  21. Чижова Ю.Н., Васильчук Ю.К. Дейтериевый эксцесс в снеге и ледниках Полярного Урала и пластовых льдах юга Ямала и побережья Байдарацкой губы // Арктика и Антарктика. 2017. № 2. С. 100–111.
  22. Чижова Ю.Н., Васильчук Д.Ю., Йошикава К., Буданцева Н.А., Голованов Д.Л., Сорокина О.И., Станиловская Ю.В., Васильчук Ю.К. Изотопный состав снежного покрова Байкальского региона // Лёд и Снег. 2015. Т. 55. № 3 С. 55–66. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2015-3-55-66
  23. Ala-aho P., Soulsby C., Pokrovsky O.S., Kirpotin S.N., Karlsson J., Serikova S., Vorobyev S.N., Manasypov R.M., Loiko S., Tetzlaff D. Using stable isotopes to assess surface water source dynamics and hydrological connectivity in a high-latitude wetland and permafrost influenced landscape // J. Hydrol. 2018. V. 556. P. 279–293. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.11.024
  24. Ala-aho P., Welker J.M., Bailey H., Højlund Peders en S., Kopec B., Klein E., Mellat M., Mustonen K.-R., Noor K., Marttila H. Arctic Snow Isotope Hydrology: A Comparative Snow-Water Vapor Study // Atmosphere. 2021. V. 12. № 2. 150. https://doi.org/10.3390/atmos12020150
  25. Craig H. Isotopic variations in meteoric waters // Science. 1961. V. 133 P. 1702–1703 https://doi.org/10.1126/science.133.3465.1702
  26. Dansgaard W., Johnsen S.J., Clausen H.B., Gundestrup N. Stable isotope glaciology // Meddelelser om Gronland. 1973. V. 197. № 2. P. 49–53.
  27. IsoMAP – Isoscapes Modeling, Analysis and Prediction // Электронный ресурс. URL: https://wateriso.utah.edu/waterisotopes/index.html (Дата обращения: 17.03.2025).
  28. Friedman I., Benson C., Gleason J. Isotopic changes during snow metamorphism. Stable isotope geochemistry: A tribute to Samuel Epstein // Stable Isotope Geochemistry: A Tribute to Samuel Epstein. The Geochemical Society, Special Publication No. 3 / Eds. H.P. Taylor, Jr., J.R. O'Neil, I.R. Kaplan. San Antonio: The Geochemical Society, 1991. P. 211–221.
  29. Hughes A.G., Wahl S., Jones T.R., Zuhr A., Hörhold M., White J.W.C., Steen-Larsen H.C. The role of sublimation as a driver of climate signals in the water isotope content of surface snow: laboratory and field experimental results // The Cryosphere. 2021. V. 15 P. 4949–4974. https://doi.org/10.5194/tc-2021-87
  30. Kurita N., Sugimoto A., Fujii Y., Fukazawa T., Makarov V.N., Watanabe O., Ichiyanagi K., Numaguti A., Yoshida N. Isotopic composition and origin of snow over Siberia // J. Geophys. Res. 2005. V. 110. D13102. https://doi.org/10.1029/2004JD005053
  31. Previdi M., Smith K.L., Polvani L.M. Arctic amplification of climate change: are view of underlying mechanisms // Environment Research Letters. 2021. V. 16. 093003. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac1c29
  32. Lepokurova O.E., Ivanova I.S., Pyryaev A.N. Use of stable isotopes of hydrogen, oxygen and carbon in interpreting the conditions of formation of surface water bodies of the Yamalo-Nenets Autonomous Okrug // Bulletin of Tomsk Polytechnic University. Georesources Engineering. 2023. V. 334. № 6. P. 7–19.
  33. Sommerfield R.A., Judy C., Friedman I. Isotopic changes during the formation of depth hoar in experimental snowpacks // Stable Isotope Geochemistry: A Tribute to Samuel Epstein. The Geochemical Society, Special Publication No. 3 / Eds. H.P. Taylor, Jr., J.R. O'Neil, I.R. Kaplan. San Antonio: The Geochemical Society, 1991. P. 205–210.
  34. Steen-Larsen H.C., Masson-Delmotte V., Hirabayashi M., Winkler R., Satow K., Prié F., Bayou N., Brun E., Cuffey K.M., Dahl-Jensen D., Dumont M., Guillevic M., Kipfstuhl S., Landais A., Popp T., Risi C., Steffen K., Stenni B., Sveinbjörnsdottír A.E. What controls the isotopic composition of Greenland surface snow? // Climate Past. 2014. № 10. P. 377–392. https://doi.org/10.5194/cp-10-377-2014
  35. Taylor S., Feng X., Kirchner J.W., Osterhuber R., Klaue В., Renshaw C.E. Isotopic evolution of a seasonal snowpack and its melt // Water Resources Research. 2001. V. 37. № 3. P. 759–769.
  36. Water Isotope System for Electronic Retrieval ( WISER), its central data hub for isotope and geochemical data in hydrology // Электронный ресурс. URL: https:// nucleus.iaea.org/wiser/explore/ (Дата обращения: 17.03.2025).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).