Stable isotopes of oxygen and hydrogen in frost blisters of the Chara River valley, Transbaikalia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The study's focus is on the distribution of oxygen and hydrogen isotopes in the ice cores of frost blisters in the Chara River valley, Transbaikalia. The Kodar and Udokan mountain ranges surround the Chara Depression. Cryogenic (frosty) heaving is common in high humidity areas with loamy, clay, and peaty sediments. In summer 2023, the authors described two seasonal frost blisters in swampy, forested depressions on the periphery of the Charsky Sands (in the so-called thermosuffusion funnels). Oxygen and hydrogen isotopic compositions of oxygen  (δ18O) and hydrogen (δ2H) in blister ice were analyzed. It has been established that seasonal frost blisters are formed mainly due to downward freezing of the water-saturated active layer sediments, but in some cases, ice was formed as well due to upward freezing from the lower boundary of the active layer. The vertical distribution of the isotope values, as well as the δ2H-δ18O ratio in ice, indicates a relatively rapid freezing of water in closed system conditions during one cycle of freezing. In the ice layers sampled horizontally, very similar isotopic composition values were obtained (for example, in blister ice 1, δ18О values ranged from –17.51 to –17.32‰), which indicates consistent horizontal freezing of ice layers. The slopes of the δ2H-δ18О ratio lines for blister ice are 5.82 (blister ice 1) and 5.95 (blister ice 2). A decrease of the δ2H and δ18О values of blister ice on frost mounds with depth and a slope of the δ2H-δ18O ratio line less than 8–7.3 indicates water freezing under closed system conditions during one cycle without moisture inflow. The distribution of isotopic values in the blister ice of seasonal frost mound 2 may indicate simultaneous bilateral freezing of the water volume.

References

  1. Пономарёва О.Е. Мониторинг динамики поверхности бугров пучения вдоль трассы газопровода Надым-Пунга (северная тайга Западной Сибири) // Материалы третьей конференции геокриологов России. МГУ им. М.В. Ломоносова, 1–3 июня 2005 г. Т. 2. Ч. 3. Динамическая геокриология. Изд-во Моск. ун-та, 2005. С. 141–146.
  2. Москаленко Н.Г., Пономарёва О.Е., Устинова Е.В. Мониторинг экзогенных геологических процессов на трассе газопровода Надым-Пунга // Инженерные изыскания. 2007. №1. С. 34–36.
  3. Брушков А.В., Дроздов Д.С., Дубровин В.А., Железняк М.Н., Садуртдинов М.Р., Сергеев Д.О., Осокин А.Б. Принципы организации государственного мониторинга вечной мерзлоты // Материалы Шестой конф. геокриологов России «Мониторинг в криолитозоне» (14 – 17 июня 2022 г., г. Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, геол. ф-т). С. 5–11. М.: КДУ, 2022.
  4. Шестернев Д.М. Криолитозона, климат и экономическое развитие Забайкалья // Наука в Сибири. 2009. №45 (2730). 7 с.
  5. Шестернев Д.М., Шестернев Д.Д. Пучение крупнообломочных пород Читино-Ингондинской впадины в связи с потеплением климата // Криосфера Земли. 2007. Т. XI. №4. С. 80–92.
  6. Александров А.С., Железняк И.И., Мосенкис Ю.М. Инженерное освоение криолитозоны Забайкалья. Наука. Сиб. отд-ние. 1990. 104 с.
  7. Втюрина Е.А. Геокриологические явления и создаваемые ими формы рельефа в Юго-Восточном Забайкалье // Труды ин-та мерзлотоведения. Том 18. М.: 1962. С. 17–25.
  8. Баранов И.Я. Южная окраина области многолетней мерзлоты // Гидрогеология СССР. М. -Л., Госгеолтехиздат, 1940, Вып. 17, Вост. Сибирь. Кн. 2.
  9. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук А.К., Чижова Ю.Н., Станиловская Ю.В. Миграционные бугры пучения в криолитозоне Восточной Сибири и Дальнего Востока // Инженерная геология. 2014. №1. С. 40–64.
  10. Лапердин В.К., Качура Р.А. Криогенные опасности в зоне линейных природно-технических комплексов на юге Восточной Сибири // Криосфера Земли. 2009. Том XIII. №2. С. 27–34.
  11. Геологическая карта СССР масштаба 1:200 000. Сер. Бодайбинская. Лист O-50-XXIX. Объяснительная записка. – М.: Мингео СССР, Объед. «Аэрогеология». 1984. 117 с.
  12. Атлас Забайкалья (Бурятская АССР и Читинская область). М.-Иркутск: ГУГК, 1967. 176 с.
  13. Природные условия освоения севера Читинской области. М.: Изд-во АН СССР, 1962. №М-117В. 124 с.
  14. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / Под ред. Э.Д. Ершова. – М.: Недра, 1989. 515 с.
  15. Сергеев Д.О., Чеснокова И.В. Выявление характера теплообмена в слое сезонного оттаивания по данным режимных термометрических наблюдений (Чара, северное Забайкалье) // Материалы пятой конференции геокриологов России (МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, 14–17 июня 2016 г.), 2016. 6 с.
  16. Железняк М.Н., Жидин В.И., Сериков С.И. Геокриологические условия Олекмо-Чарского поднятия в зоне проектируемых линейных сооружений на участке Икабъекан-Тарыннах // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6. С. 1675.
  17. Калиничева С.В. Идентификация и картографирование вечной мерзлоты и таликов с использованием спутниковых изображений (на примере Олёкмо-Чарского нагорья в Южной Якутии) // Дистанционные методы исследования Земли. 2018. С. 71–82. doi: 10.24057/2414-9179-2018-2-24-71-82
  18. Заболотник С.И., Климовский И.В. Сезонное протаивание и промерзание грунтов в Чарской котловине // Геокриологические условия Забайкальского севера. М.: Наука, 1966. С. 162–171.
  19. Сергеев Д.О. Формирование и эволюция курумов в гольцовом поясе гор (на примере хр. Удокан, Северное Забайкалье) / Автореф. дисс. … канд. геол.-минерал. наук. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, геол. ф-т., 1991. 20 с.
  20. Алексеев В.Р. Курумы – феномен криосферы // Наука и техника в Якутии. 2018. №1 (34). С. 72–88.
  21. Рыжов Ю.В., Голубцов В.А. Экзогенные процессы и почвообразование в малом речном бассейне Западного Забайкалья во второй половине голоцена // География и природные ресурсы. 2017. №3. С. 87–96. doi: 10.21782/GIPR0206-1619-2017-3(87-96)
  22. Коннов В.И. Наледеобразование и пучение грунтов на участках дорог в Забайкалье // Междунар. научн.-практ. конф. «Техносферная безопасность Байкальского региона» (1–18 сент., 2017 г., г. Чита – парк Алханай). Чита: Изд-во ЗабГУ, 2017. С. 37–43.
  23. Метеостанция Чара: климат Чары; Летопись погоды в Чаре. [Электронный ресурс]. База данных содержит данные метеонаблюдений на метеостанции в с. Чара. Режим доступа – открытый. Дата обращения 16.05.2024. URL: http://www.pogodaiklimat.ru/climate/30372.htm
  24. Климатические параметры зоны освоения Байкало-Амурской магистрали. Справочное пособие. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 133 с.
  25. Забайкальский край // Национальный атлас почв Российской Федерации / под ред. чл.-корр. РАН С.А. Шобы. М.: Изд-во «Астрель». 2011. С. 550–553.
  26. Васильчук Ю.К., Гинзбург А.П., Буданцева Н.А., Васильчук Д.Ю. Криогенные почвы в долине реки Чара, Забайкалье // Арктика и Антарктика. 2022. № 3. С. 54-91. doi: 10.7256/2453-8922.2022.3.38689 EDN: JIVEUJ URL: https://e-notabene.ru/arctic/article_38689.html
  27. Васильчук Ю.К., Гинзбург А.П. Радиальная дифференциация химического состава криогенных почв долины реки Чары, Северное Забайкалье // Арктика и Антарктика. 2023. № 2. С. 115-128. doi: 10.7256/2453-8922.2023.2.40965 EDN: HGVJAS URL: https://e-notabene.ru/arctic/article_40965.html
  28. Гинзбург А.П., Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук Дж.Ю., Васильчук А.К. Геохимия мерзлотных почв постпирогенных лиственничников Чарской котловины (Северное Забайкалье) // Актуальные проблемы и перспективы развития геокриологии. Материалы VII Всероссийского научного молодежного геокриологического форума с международным участием, посвященного 150-летию и 100-летию со дня рождения ученых-мерзлотоведов Михаила Ивановича Сумгина и Кирилла Фабиановича Войтковского, Якутск, Россия, 27 июня – 07 июля 2023 г. Якутск. 2023. С. 52–55.
  29. Незнаева С.В. Эколого-геохимическая специфика миграции химических элементов в почвенных катенах Чарской котловины (Забайкальский край, Каларский район) // Материалы Международной научной конференции XXVII Докучаевские молодежные чтения «Традиции и инновации в почвоведении» / Под ред. Б.Ф. Апарина. СПб., 2024. С. 47–48.
  30. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // "em"Tellus"/em". 1964. V. 16. P. 436–468.
  31. Vasil’chuk Yu.K., Vasil’chuk A. C., Stanilovskaya Ju.V. Early Holocene climate signals from stable isotope composition of ice wedge in the Chara Basin, Northern Transbaikalia, Russia //"em" Geoscience Frontiers"/em". 2018. Vol. 9. Iss. 2. P. 471–483. doi: 10.1016/j.gsf.2017.04.008.
  32. Vasil'chuk Yu.K., Vasil'chuk A.C., Budantseva N. A., Ginzburg A.P., Tokarev I.V.,Vasil'chuk J.Yu. Early Holocene oxygen isotope chronologies (11,267-6420 cal BP) from ice wedge at Chara, Transbaikalia. "em"Radiocarbon"/em". 2024. Vol. 66. Iss. 2. P. 400-409. doi: 10.1017/RDC.2024.34.
  33. Васильчук Ю.К. Изотопные вариации во льду торфяных и ледо-минеральных бугров пучения - пальза и литальза // "em"Арктика и Антарктика"/em". 2018. № 1. С. 1-49.
  34. Васильчук Ю.К. Изотопно-кислородный состав подземных льдов (опыт палеогеокриологических реконструкций). М.: Изд. Отдела теоретических проблем РАН. Геол. Ф-т МГУ, ПНИИИС. 1992. В 2-х томах. Том 1. 420 с. Т.2. 264 с. (Vasil'chuk Yu. K. 1992: Oxygen isotope composition of ground ice (application to paleogeocryological reconstructions). Volume 1, 420 pp., Volume 2, 264 pp. Theoretical Problems Department, Russian Academy of Sciences and Lomonosov Moscow University Publications, Moscow (in Russian with English contents section).
  35. Pollard W.Н., French Н.М. Seasonal frost mound occurrence, North Fork Pass, Ogilvie Mountains, northern Yukon, Canada // Permafrost. Fourth International Conference. Proceedings. Vol. 1. 1983. P. 1000–1004.
  36. Pollard W.Н., French Н.М. The groundwater hydraulics of seasonal frost mounds, North Fork Pass, Yukon Territory // Canadian Journal of Earth Sciences. 1984. Vol. 21. P. 1073–1081.
  37. Pollard W.Н., French Н.М. The internal structure and ice crystallography of seasonal frost mounds // Journal of Glaciology. 1985. Vol. 31. P. 157–162.
  38. van Everdingen, R.О. Frost blisters of the Bear Rock Spring area near Fort Norman, N.W.Т. // Arctic. 1982. Vol. 35. Р. 243–265.
  39. van Everdingen R.О. Frost mounds at Bear Rock. near Fort Norman, Northwest Territories 1975–1976 // Canadian Journal of Earth Sciences. 1978. Vol. 15. P. 263–276.
  40. Hinkel, K. M., Peterson, K. M., Eisner, W. R., Nelson, F. E., Turner, K. M., Miller, L. L., Outcalt, S. I. (1996). Formation of injection frost mounds over winter 1995–1996 at barrow, Alaska // Polar Geography, 1996. Vol. 20(4), 235–248. https://doi.org/10.1080/10889379609377605.
  41. Голубчиков М.Ю., Горлова Л.Г., Перминова Е.С. Исследование сезонного природно-техногенного гидролакколита в Норильском промышленном районе // Материалы третьей конференции геокриологов России. Том 2. Часть 3. Динамическая геокриология. М.: МГУ. 2005. С. 72–73.
  42. Гречищев С.Е., Шешин Ю.Б. Развитие некоторых криогенных физико-геологических процессов в основаниях северных аэродромов // Journal of Geocryology. 2000. Vol. 2.
  43. Morse P.D., Burn C.R. Perennial frost blisters of the outer Mackenzie Delta, western Arctic coast, Canada // Earth Surf. Process. Land. 2014. Vol. 39. Iss. 2. P. 200–213.
  44. Paquette M., Fortier D., Lamoureux S.F. Cryostratigraphical studies of ground ice formation and distribution in a High Arctic polar desert landscape, Resolute Bay, Nunavut // Canadian Journal of Earth Sciences. 2022. Vol. 59(11). P. 759–771. doi: 10.1139/cjes-2020-0134.
  45. Ponti S., Scipinotti R., Pierattini S., Guglielmin M. The Spatio-Temporal Variability of Frost Blisters in a Perennial Frozen Lake along the Antarctic Coast as Indicator of the Groundwater Supply // Remote Sensing. 2021. Vol. 13. N3. 435. doi: 10.3390/rs13030435.
  46. Mackay J.R. Oxygen isotope variations in permafrost, Tuktoyaktuk Peninsula area, Northwest Territories // Geological Survey of Canada. Current Research. Part B. Paper 83–1B. 1983. P. 67–74.
  47. Michel F.A. Isotope geochemistry of frost-blister ice, North Fork Pass, Yukon, Canada // Canadian Journal of Earth Sciences. 1986. Vol. 23. N 4. P. 543–549.
  48. Froehlich W., Slupik J. Frost mounds as indicators of water transmission zones in the active layer of permafrost during the winter season (Khangai Mts., Mongolia) // Permafrost. Third International Conference. Proceedings. National Research Council of Canada. Vol. 1. 1978. P. 189–193.
  49. Yoshikawa K. The groundwater hydraulics open system pingos // Permafrost. Seventh International Conference, Proceedings. Yellowknife, 23–27 June 1998, Eds. A.G. Lewkowicz and M. Allard. Universite Laval, Collection Nordicana. 1998. N 57. P. 1177–1184.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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).