The middle–late Holocene climatic fluctuations recorded in sedimentary sequence of Lake Geographensee, Fildes Peninsula (King George Island, West Antarctica)

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The article focuses on the paleoclimatic reconstruction of Holocene environmental changes. To address this issue, a study of the bottom sediments of Lake Geographensee, located on the Fildes Peninsula, King George Island, West Antarctica, was conducted. The lake, located above the maximum Holocene marine transgression limit, preserves an undisturbed sediment record spanning the last 8500 cal. yr BP. The results of lithological, loss-on-ignition, grain size, diatom, and geochemical analyses, along with statistical data processing and radiocarbon chronology of the bottom sediments, are presented. The study allows to identify significant and minor stages of climate change. A prominent warming occurred between ca. 4800–3400 cal. yr BP. Minor warming intervals were identified at ca. 8500–8000 cal. yr BP, ca. 5600–5300 cal. yr BP, ca. 5130–4800 cal. yr BP, ca. 3400–2400 cal. yr BP, and ca. 1200–800 cal. yr BP. A notable cooling stage transpired at ca. 7500–5600 cal. yr BP, with a peak cold period around 7300–7000 cal. yr BP, and possibly at ca. 1800–1200 cal. yr BP. Minor relative cooling phases took place during next periods: ca. 8000–7500 cal. yr BP, ca. 5300–5130 cal. yr BP, and ca. 2400–1800 cal. yr BP. Additionally, short-term relative cooling and warming are suggested to have occurred during the period ca. 800–600 cal. yr BP. Taking into account the absence of suitable glaciers for obtaining the ice core for paleoclimatic records in the considered maritime Antarctic region, this paleolimnological study provides a foundation for broader understanding of the Holocene climate change in the West Antarctica.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. R. Verkulich

Herzen State Pedagogical University of Russia; Arctic and Antarctic Research Institute

Author for correspondence.
Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Yu. A. Kublitsky

Herzen State Pedagogical University of Russia

Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

P. A. Leontyev

Herzen State Pedagogical University of Russia

Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

Z. V. Pushina

Arctic and Antarctic Research Institute

Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

A. E. Shatalova

Herzen State Pedagogical University of Russia

Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

M. A. Kulkova

Herzen State Pedagogical University of Russia

Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

A. A. Tyurina

Herzen State Pedagogical University of Russia

Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

H. Evangelista

Rio de Janeiro State University

Email: verkulich@mail.ru
Brazil, Rio de Janeiro

D. A. Subetto

Herzen State Pedagogical University of Russia

Email: verkulich@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Alyokin O.A. (1970). Osnovy gidrokhimii (Basics of hydrochemistry). Leningrad: Hydrometeoizdat (Publ.). 443 p. (in Russ.)
  2. Barion P.H., Roberts S.J., Spiegel C. et al. (2023). Holocene glacier readvances on the Fildes Peninsula, King George Island (Isla 25 de Mayo), NW Antarctic Peninsula. The Holocene. (submitted).
  3. Bentley M.J. (1999). Volume of Antarctic ice at the Last Glacial Maximum, and its impact on global sea level change. Quat. Sci. Rev. V. 18. Iss. 14. P. 1569–1595. https://doi.org/10.1016/S0277-3791(98)00118-8
  4. Björck S., Håkansson H., Zale R. et al. (1991). A Late Holocene Lake sediment sequence from Livingston Island, South Shetland Islands, with paleoclimatic implications. Antarctic Sci. V. 3. Iss. 1. P. 61–72. https://doi.org/10.1017/S095410209100010X
  5. Bromwich D.H., Nicolas J.P., Monaghan A.J. et al. (2012). Central West Antarctica among the most rapidly warming regions on Earth. Nat. Geosci. V. 6 (2). P. 139–145. https://doi.org/10.1038/ngeo1671
  6. Croudace I.W., Rothwell R.G. (Eds.). (2015). Micro-XRF Studies of Sediment Cores. Springer. 656 p. https://doi.org/10.1007/978-94-017-9849-5
  7. Dean W.E. (1974). Determination of carbonate and organic matter in calcareous sediments and sedimentary rocks by loss on ignition: comparison with other methods. J. Sediment. Res. № 44. P. 242–248. https://doi.org/10.1306/74d729d2-2b21-11d7- 8648000102c1865d
  8. Hodgson. D.A., Abram N., Anderson J. et al. (2009). Antarctic climate and environment history in the pre-instrumental period. Turner J., Convey P., Di Prisco G. et al. (Eds.). In: Antarctic Climate Change and the Environment, Scientific Committee for Antarctic Research, Cambridge. P. 115–182.
  9. Hodgson D.A., Doran P.T., Roberts D. et al. (2004). Paleolimnological studies from the Antarctic and Subantarctic islands. Pienitz R., Douglas M.S.V., Smol J.P. (Eds.). In: Long-term environmental change in Arctic and Antarctic lakes. Springer. The Netherlands. P. 419–474. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-2126-8_14
  10. Howat I., Porter C., Noh M-J. et al. (2022). The Reference Elevation Model of Antarctica – Mosaics, Version 2. Harvard Dataverse. V1. https://doi.org/10.7910/DVN/EBW8UC
  11. Jousé A.P., Muchina V.V., Kozlova O.G. (1969). Diatoms and silicoflagellates in the surface sediments of the Pacific Ocean. In: Tikhii okean. Mikroflora i mikrofauna v sovremennykh osadkakh Tikhogo okeana. Moscow: Nauka (Publ.). P. 7–47. (in Russ.)
  12. Juggins S. (2007). C2 Version 1.5 User guide. Software for ecological and palaeoecological data analysis and visualization. Department of Geography, University of Newcastle, Newcastle upon Tyne.
  13. Kopalová K., Van de Vijver B. (2013). Structure and ecology of freshwater benthic diatom communities from Byers Peninsula, Livingston Island, South Shetland Islands. Antarctic Science. V. 25. Iss. 2. P. 239–253. https://doi.org/10.1017/S0954102012000764
  14. Lüning S., Galka M., Vahrenholt F. (2019). The Medieval Climate Anomaly in Antarctica. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. V. 532. P. 109251. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2019.109251.
  15. Martinez-Macchiavello J.C., Tatur A., Servant-Vildary S. et al. (2004). Holocene environmental change in a marine-estuarine-lacustrine sediment sequence, King George Island, South Shetland Islands. Antarctic Science. V. 8. Iss. 4. P. 313–322. https://doi.org/10.1017/S095410209600048X
  16. Matthies D., Mäusbacher R., Storzer D. (1990). Deseption Island tephra: a stratigraphical marker for limnic and marine sediments in Bransfield Strait area, Antarctica. Zeitshrift fur Geologie und Palaontologie. V. 1. P. 153–165.
  17. Mäusbacher R., Muller J., Schmidt R. (1989). Evolution of postglacial sedimentation in Antarctic lakes (King Georg Island). Zeitschrift ffi Geomorphologie N.F. V. 33. Iss. 2. P. 219–234.
  18. Mavlyudov B.R. (2022). Summer mass balance of the Bellingshausen Dome on King George Island, Antarctica. Ice and Snow. V. 62. № 3. P. 325–342. (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S2076673422030135
  19. Microsoft Bing – Maps [Electronic data]. Access way: https://www.bing.com/maps/ (access date: 25.01.2024).
  20. Minyuk P.S., Borkhodoev V.Y., Wennrich V. (2014). Inorganic geochemistry data from Lake El’gygytgyn sediments: Marine isotope stages 6–11. Clim. Past. V. 10. № 2. P. 467–485. https://doi.org/10.5194/cp-10-467-2014
  21. Polishchuk K.V., Verkulich S.R., Ezhikov I.S. et al. (2016). Postglacial relative sea level changes at Fildes Peninsula, King George Island (West Antarctic). Ice and Snow. V. 56. № 1. P. 93– 102. (in Russ.). https://doi.org/10.15356/2076-6734-2016-1-93-102
  22. Priddle J., Heywood R.B. (1980). Evolution of Antarctic lake ecosystems. Bonner W.N., Berry R.J. (Eds.). In: Ecology in the Antarctic. Academic Press, London. P. 51–66.
  23. Reimer P.J., Austin W.E.N., Bard E. et al. (2020). The IntCal20 Northern Hemisphere Radiocarbon Age Calibration Curve (0–55 cal. kBP). Radiocarbon. V. 62. № 4. P. 725–757. https://doi.org/10.1017/RDC.2020.41
  24. Ramsey C.B., Lee S. (2013). Recent and planned developments of the program OxCal. Radiocarbon. V. 55. № 2. P. 720–730. https://doi.org/10.1017/S0033822200057878
  25. Roberts S.J., Monien P., Foster L.C. et al. (2017). Past penguin colony responses to explosive volcanism on the Antarctic Peninsula. Nat. Commun. № 8. Article number: 14914. https://doi.org/10.1038/ncomms14914
  26. Rückamp M., Braun M., Suckro S. (2011). Observed glacial changes on the King George Island ice cap, Antarctica, in the last decade. Global and Planetary Change. № 79. P. 99–109. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2011.06.009
  27. Schmidt R., Mäusbacher R., Müller J. (1990). Holocene diatom flora and stratigraphy from sediment cores of two Antarctic lakes (King George Island). J. Paleolimnol. № 3. P. 55–74.
  28. Shevnina E., Kourzeneva E. (2017). Thermal regime and components of water balance of lakes in Antarctica at the Fildes peninsula and the Larsemann Hills. Tellus A. V. 69. P. 1317202. https://doi.org/10.1080/16000870.2017.1317202
  29. Simonov I.M. (1975). Physiographic characteristics of the Fildes Peninsula. In: Antarktika: Doklady komissii (Antarctic: Reports to Commission). № 14. P. 128–135. (in Russ.)
  30. Skorospekhova T.V., Fedorova I.V., Chetverova A.A. et al. (2016). Characteristic of hydrological regime on Fildes Peninsula (King George Island, West Antarctica). Problemy Arktiki i Antarktiki. № 2. P. 79–91. (in Russ.)
  31. Steig E.J., Schneider D.P., Rutherford S.D. et al. (2009). Warming of the Antarctic Ice-Sheet surface since the 1957 International Geophysical Year. Nature. № 457. P. 459–462. https://doi.org/10.1038/nature07669
  32. Sterken M., Verleyen E., Jones V.J. et al. (2015). An illustrated and annotated checklist of freshwater diatoms (Bacillariophyta) from Livingston, Signy and Beak Island (Maritime Antarctic Region). Plant Ecology and Evolution. № 148 (3). P. 431–455. https://doi.org/10.5091/plecevo.2015.1103
  33. Subetto D.A. (2009). Lake bottom sediments: paleolimnological reconstructions. Saint-Petersburg: RGPU (Publ.). 343 p. (in Russ.)
  34. Tatur A., Del Valle R., Barczuk A. et al. (2004). Records of Holocene environmental changes in terrestrial sedimentary deposits on King George Island, Antarctica: a critical review. Ocean Polar Res. V. 26. Iss. 3. P. 531–537. https://doi.org/10.4217/OPR.2004.26.3.531
  35. Vaasma T. (2008). Grain-size analysis of lacustrine sediments: a comparison of pre-treatment methods. Estonian J. of Ecology. V. 57. Iss. 4. P. 231–243. https://doi.org/10.3176/eco.2008.4.01
  36. Van de Vijver B., Frenot Y., Beyens L. (2002). Freshwater Diatoms from Ile de la Possession (Crozet Archipelago, Subantarctica). Bibliotheca Diatomologica. № 46. 412 p.
  37. Van de Vijver B., Sterken M., Vyverman W. et al. (2010). Four new non-marine diatom taxa from the subantarctic and Antarctic regions. Diatom Research. V. 25. Iss. 2. P. 431–443.
  38. Vaughan D.G., Marshall G.J., Connolley et al. (2003). Recent rapid regional climate warming on the Antarctic Peninsula. Clim. Change. V. 60. P. 243–274. https://doi.org/10.1023/A:1026021217991
  39. Verkulich S.R. (2022). Climate, sea level and glaciation changes in the marginal zone of Antarctica during the last 50000 years. Kriosfera Zemli. V. 26. № 2. P. 3– 24. (in Russ.). https://doi.org/10.15372/KZ20220201
  40. Verkulich S.R., Pushina Z.V., Tatur A. et al. (2012). Holocene environmental changes in the Fildes Peninsula, King George Island (West Antarctica). Problemy Arktiki i Antarktiki. № 3 (93). P. 17–27. (in Russ.)
  41. Watcham E.P., Bentley M.J., Hodgson D.A. et al. (2011). A new Holocene relative sea level curve for the South Shetland Islands, Antarctica. Quat. Sci. Rev. V. 30. Iss. 21–22. P. 3152–3170. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2011.07.021

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Map of the research area on the Fileds Peninsula, King Georg Island, West Antarctica with locations of geographic objects mentioned in the text

Download (298KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. A satellite image of the research area with contour lines drawn at 5 m contour interval (a) and bathymetry of Lake Geographensee and the sampling point (b). 1 – The catchment area of Lake Geographensee; 2 – The catchment area of Lake Jurasee; 3 – The proposed contours of the paleobasin

Download (498KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Age-depth model and sedimentation rate of Lake Geographensee

Download (351KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The results of litho-, bio-, geochemical, chronostratigraphic analyses for the bottom sediments of Lake Geographensee with interpretation of relative climatic changes

Download (382KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Diatom diagram for the bottom sediments of Lake Geographensee

Download (294KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».