határok a Földtudományban

Bevezetés

jelenleg közel 400 egyedi tavat dokumentáltak az antarktiszi jégtakarók alatt, mind a” statikus”, mind a hidrológiailag aktív, átfolyó tótípusokat meghatározták (Smith et al., 2009; Wright and Siegert, 2012). A Vosztok-tó 76 és 79 s és 100-107 E között fekszik, és nagy érdeklődésre tart számot, mióta Kapitsa dokumentálta a mélységét et al. (1996). A Vostok-tó ~260 km hosszú és 50 km széles, a legnagyobb a szubglaciális tavak közül. A tó vízmélysége meghaladja az 500 métert, és ~4 km jég alatt fekszik (Siegert et al., 2011). A tó korára vonatkozó becslések szerint ~14 Ma, míg a víz korát ~1 Ma-ra becsülik (Siegert et al., 2011). A Vostok jégmag fúrása több mint 200 m felhalmozódott tóvizet nyert vissza a meteorikus eredetű gleccser jég alatt (Jouzel et al., 1999). További kutatások kimutatták, hogy az akkumulációs jégnek két különböző típusa van (1-es és 2-es típus), az 1-es típus bőséges részecskéket vagy “zárványokat” tartalmaz (3539-3609 m mélységben), és a mélyebb, 2-es típusú jég, amely közelebb van a mai tó szintjéhez (3610-3623 m mélységben), nincs részecske (De Angelis et al., 2004). De Angelis et al. (2004) azzal érvelt, hogy az 1.típusú jég a tóvízből sekély embaymentben alakult ki erodálható tó üledékekkel, míg a 2. típusú jég a tó mélyebb részein termelődött, ahol az üledékhez való hozzáférés minimális volt.

kevés kísérlet történt az Antarktisz szubglaciális környezetének közvetlen mintavételére, és a Vosztok-tó felhalmozódó jége bepillantást enged az antarktiszi jégtakaró alatt zajló biogeokémiai folyamatokba (Wadham et al., 2010). A tó felhalmozódási jégének kezdeti felfedezése óta számos kutató elemezte ennek a felhalmozódási jégnek a darabjait / szakaszait biológiai, biogeokémiai, Geokémiai és ásványtani jellemzői (pl., 1999; Souchez et al., 2000; Simones et al., 2002; Royston-Bishop et al., 2005; Bulat et al., 2009; Leitchenkov et al., 2015). A legújabb munka magában foglalja a refrozen tóvíz és a hozzá kapcsolódó részecskék elemzését is (Leitchenkov et al., 2015; Lipenkov et al., 2015). Mivel a tó vizéből még mindig nem vettek mintát közvetlenül, a tó kémiájára és az azt szabályozó folyamatokra még következtetni kell az akkumulációs jég elemzéséből. Ennek elérése érdekében azonban figyelembe kell venni a só kilökődésére/particionálására vonatkozó feltételezéseket a jégképződés során, a mögöttes geokémia jellegét és az azt szabályozó folyamatokat, a tó méretének hosszú távú változását és más kérdéseket (Siegert et al., 2011). E sok ismeretlen miatt az akkumulációs jég geokémiai/ásványtani adatainak eltérő értelmezése történt (Laybourn-Parry and Wadham, 2014). Például szigorú vita folyt a tóvizek hidrotermális hatásának szerepéről, a tómedence anyagainak kémiai időjárásáról és hidrolíziséről, az in situ részecskék időjárásáról, valamint az evaporitikus anyagok feloldódásáról, mint a tóvizek fő oldott anyagainak forrásairól (Jean-Baptiste et al., 2001; Souchez et al., 2003; De Angelis et al., 2004). Ezenkívül jelenleg nem világos, hogy az 1. típusú felhalmozódási jégben található részecskék a tó medencéjén belüli helyekről vagy a gleccser jégéből való kiolvadásból származnak-e (Souchez et al., 2000; Royston-Bishop et al., 2005). Christner et al. (2006) az akkumulációs jég elemzéséből megjósolták, hogy a tóvízben az összes oldott főion (TD) tartománya ~50 mM-től a sekély embaymentben egészen ~2 mM-ig terjed a tó mélyebb részein. Ez ellentétben áll a priscu által az embayment víz ~2 mM-es koncentrációjának korábbi becsléseivel et al. (1999) és Siegert et al. (2003).

nyilvánvaló, hogy több mint 15 évvel azután, hogy az akkumulációs jég elemzésével kapcsolatos eredeti dokumentumok megjelentek, nincs egyetértés sem a tó vizeinek összetételéről, sem a jégben lévő szemcsés anyag forrásáról. A tóvíz közvetlen mintavételének lehetősége mellett más megközelítésekre is szükség van a tó geokémiájának felméréséhez. Ebben a tanulmányban, bemutatjuk a stroncium izotóp adatait egy típusú mintából 1 akkreditációs jég annak érdekében, hogy új betekintést nyújtson a tó vizében lévő oldott anyagok forrásába, ezáltal jobban korlátozza a rendszer geokémiáját/ásványtanát szabályozó folyamatokat.

módszerek és eredmények

3548 m mélységű minta, amelyet 1. típusú akkreditációs jégnek tekintünk (de Angelis et al., 2004) tiszta körülmények között dolgozták fel Montana Állami Egyetem által leírt technikák alkalmazásával Christner et al. (2006). A minta tisztítása után egy előtisztított Teflon tartályba helyezték, és az Ohio Állami Egyetemre szállították. Az OSU-nál a feldolgozást egy 100-as osztályú, pozitív nyomású tiszta burkolatban végeztük, ahol az olvadt jégmintát 0,4 MHz-es nuclepore membránszűrőn szűrtük át. A szűrlet egy alikvot-ját a főbb kationokra és anionokra elemeztük Dionex Ionkromatográf segítségével, Welch et al. (2010), bár a módszer érzékenységének javítására nagy ~350 6L mintahurkot használtunk. A duplikált analízis különbsége alapján meghatározott főbb ionmérések pontossága < 1% volt az összes vizsgált anyag esetében, kivéve a Ca-T2+, amely 2% volt. Egy másik aliquot-ot egy 100.osztályú tiszta helyiségben dolgoztunk fel, ahol az almintákat 84sr-rel tüskéztük az SR izotóp Arány méréséhez. Az Sr-t kromatográfiával izoláltuk, a vakpróba összes szintje < 1% volt. Az alikvotok (5 változó térfogatú) analitikusan megkülönböztethetetlen eredményt adtak, a két legmegbízhatóbb elemzés átlaga 87sr/86sr arányt eredményezett 0,71655 0,00011, az oldott Sr összkoncentráció pedig 1,036 0 volt.005 6 kg−1. Az összes adatot az 1., 2. táblázat mutatja.

a 87Sr/86Sr arányt az 1-es típusú akkumulációs jégben úgy értelmezik, hogy az a tóvíz SR izotópos aláírását képviseli, amelyből megfagyott. A mért Ca/Sr tömegarány a szűrt akkumulációs jégben 219 (1. táblázat). Az oldott ionkoncentrációkat a jégben nagymértékben befolyásolhatják a megoszlási együtthatók különbségei. Például oldott oldatokban végzett kísérletek kimutatták, hogy a kétértékű ionok jégbe történő particionálása az ionos mérethez kapcsolódik Ca-val2+ ~3x > Sr2+ (Killawee et al., 1998) 1,5-5 tartományban, a kísérleti eredmények bizonytalansága alapján. Tekintettel erre a különbségre a killawee et al. (1998) A Ca/Sr tömegarányt a tóvízben ~70-re becsülik, a megoszlási együtthatók bizonytalansága alapján ~44-146 tartományban. A De Angelis et al. (2004) és az Sr adatok Gabrielli et al. (2005) a Vostok jégmag legalacsonyabb meteorikus szakaszaiból ~190 átlagos Ca/Sr tömegarányt kapunk. Ezeknek az adatoknak az összehasonlítása azt sugallja, hogy az Sr beáramlik a tóba egy másik forrásból, mint egyszerűen a gleccser jég olvadása.

a Vostok jégmagból származó eolikus “por” elemzése 87sr/86sr értékeket eredményezett a 0,708047–0 tartományban.711254 (Basile et al., 1997; Delmonte et al., 2004), amely egyértelműen sokkal kevésbé radiogén, mint az 1.típusú akkreditációs jég értéke. Ezért a részecskék in situ időjárása magában a jeges jégben nem lehet az egyetlen hiányzó Sr-forrás az akkumulációs jégben, ezért a tó vize. Gabrielli et al. (2005) kimutatta, hogy a Vosztok jégében a Sr 20-40% – a tengeri aeroszol hozzájárulásból származik, a nagyobb százalék pedig az interglaciális időkben jön létre. Ha feltételezzük, hogy a tóvízben oldott Sr 40% – a A tengeri forrásból származik, amelynek maximális 87sr/86sr aránya 0,7092, akkor az Sr másik 60% – ának 0,72150-es hányadosnak kell lennie. Ez az érték kevésbé radiogén lenne, ha a tengeri forrás hozzájárulása alacsonyabb lenne; azaz 20% – nál a hiányzó Sr forrás aránya 0,718 lenne. Úgy gondolják, hogy a Vostok-tó azóta létezik, hogy a jégtakaró kontinentális méretű volt, legalább 14 millió év (Siegert et al., 2001). A tengeri 87sr / 86sr izotóp arány ez idő alatt változott, ~0-tól kezdve.708-tól ~0,709-ig (McArthur and Howarth, 2004), azonban soha nem volt magasabb, mint a modern érték. Ezért számításunk a tengervíz 87sr/86sr összetételének maximális értékén alapul. Az SR radiogénebb forrására van szükség az akkumulációs jégből nyert SR izotóp Arány magyarázatához. Ennek a radiogén forrásnak a geológiai anyagok kémiai időjárásából kell származnia magában a tómedencében.

a kontinentális kéregkőzetek sokféle SR izotóp összetételűek lehetnek (Faure és Powell, 1972). Referenciaként 87Sr / 86Sr arányok a McMurdo száraz völgyekben, Antarktisz, körülbelül 0,705-0,750 között mozog, néhány ásványi elválasztás sokkal magasabb (Lyons et al., 2002). Általában a felsikus kőzetek dúsulnak K + – ban és Rb+ – ban, ezért több radiogén 87sr-t tartalmaznak a 87rb bomlásából. A tómeder litológiájának SR izotópos összetétele nem ismert.

a főbb ionadatok szintén alátámasztják a tó medencéjéből származó kationok kémiai időjárási hozzájárulásának gondolatát. Ha feltételezzük, hogy az összes jelen lévő Cl tengeri forrásból/aeroszolból származik, akkor a kation / CL Arány tengervíz kiszámításához a kémiai időjárás hozzájárulását a mintában lévő kationokhoz. Ez a kémiai időjárási viszonyok miatt 5,2, 0,7, K+, 3,5, Mg2+ és 5,3, Ca2+ koncentrációkhoz vezet. Az Mg / Na és Ca/Na mólarányok ezt a kompozíciót a globális nagy folyókat képviselő értékek közepére helyezik (Gaillardet et al., 1999).

Kelet-Antarktisz meglehetősen stabil kratonnak tekinthető, amelyet eredetileg a Prekambriumban alakítottak ki. Leitchenkov legújabb munkája et al. (2015) támogatja ezt a fogalmat, mivel a tó jégéből származó üledékes kőzetcsoportokban a cirkonok és a monaziták 0,6–2,0 Ga korokat eredményeztek, két különálló 0,8–1,15 és 1,6-1,8 Ga klaszterrel. A geofizikai vizsgálatok azt mutatják, hogy hiányzik az alagsori kőzetek feletti üledék, amely tagadja azt az elképzelést, hogy a medence mezozoikus hasadék, amint azt eredetileg javasolták (Leitchenkov et al., 2015). A geofizikai adatok azt is sugallják, hogy a tóhoz nem kapcsolódik jelenlegi vulkanizmus vagy más magmatikus tevékenység, és az alacsony hőáramlás összhangban van a 800 Ma vagy annál idősebb kéregkorral (Studinger et al., 2003). 87Sr / 86sr adataink azt mutatják, hogy az SR elsődleges forrása, és talán más oldott anyagok a tóhoz, az alumínium-szilikát ásványok kémiai időjárása a tó medencéjében.

a régi kontinentális Kraton vízgeokémiai elvezetésével összehasonlítva a Kanadai pajzs vízgyűjtőit elvezető folyók adatai 87sr/86sr arányt eredményeznek 0,7346 és 0 között.7517 és Ca/Sr tömegarányok (430-480) (Millot et al., 2003). Blum és Erel (1997) azonban kimutatták a 87sr preferenciális oldódását a glaciális lerakódások időjárásának legkorábbi szakaszában. Így értelmezzük az általunk mért köztes értékeket (ezek között a Kanadai pajzs és a tengervíz között), hogy tükrözzék a vízzel való érintkezés hosszabb időtartamát ezekkel a nagyon régi medencei anyagokkal. Ezt az érvet részben alátámasztják az ásványi anyagok típusai is, amelyek “zárványokként” találhatók az 1.típusú akkreditációs jégen belül. Christner et al. (2006) biotitról, kálium földpátról, plagioklázról és kvarcról számoltak be az akkumulációs jégben, és a biotit egy része glaciálisan összetört (Priscu et al., 1999). Az ásványi anyagok, például a csillám oldódásából származó SR izotópos aláírás felelős lehet a 87sr / 86sr értékekért az 1.típusú akkumulációs jégben. Anderson et al. (1997) egyértelműen kimutatta, hogy a glaciált vízgyűjtők általában viszonylag magasabb oldott CA-val rendelkeznek2+ és K+ a vízelvezető vizeikben a kalcit és a biotit őrlése és preferenciális oldódása miatt. A 87Sr/86sr érték egyértelműen alátámasztja azt az elképzelést, hogy több felsikus ásványi összetevő, amelyek a kontinentális kéreghez kapcsolódnak, az Sr és valószínűleg más oldott kationok fő forrása a tó vizében. Ezek az adatok alátámasztják azt az elképzelést, hogy az alumínium-szilikát ásványi időjárás az oldott anyagok fő forrása a Vostok-tó vizeiben, amint azt Wadham et al. (2010). Még mindig nem világos, hogy ez az időjárás elsősorban akkor következik-e be, amikor a részecskék a tóban szuszpendálódnak, vagy üledékként a tó fenekén, vagy az alagsori sziklák időjárásából. A jövőbeni munkának tartalmaznia kell az akkumulációs jégben lévő részecskék geokémiájának tanulmányozását, valamint a típus Sr izotópjainak elemzését 2 akkumulációs jég, hogy tovább korlátozza a kationok forrását a tóra.

szerzői hozzájárulások

WL a vezető ebben a tanulmányban. WL, JP és MT. a kutatás és a mögötte álló alapvető elképzelések. GR és KW segített a minta feldolgozásában. KW ionanalízist végzett. Minden szerző ötletekkel járult hozzá, és segített a kézirat megírásában és szerkesztésében.

összeférhetetlenségi nyilatkozat

a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.

Köszönetnyilvánítás

ezt a munkát támogatta az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatások NSF 0085400 és NSF 0237335 a JP, és az Egyesült Királyság nerc Studentship NER/S/a/2002/10332 GR. Ezenkívül az SR izotóp elemzéseket Dr. K. A. Foland osu laboratóriumában végezték, amelyet az NSF grant EAR-0127546 támogatott. Hálásak vagyunk K. A. Folandnak és J. S.-nek. Linder az izotóp analízis elvégzéséhez. Köszönjük mindazoknak, akik részt vesznek a jégmag feldolgozásában, tisztításában stb. különösen Dr. Brent Christner. Köszönetet mondunk a kézirat három bírálójának, akiknek megjegyzései és útmutatásai nagymértékben tisztázták és továbbfejlesztették prózánkat.