Лёд и Снег · 2021 · Т. 61 · № 1

УДК 551.89

doi: 10.31857/S2076673421010067

Сохранность климатического сигнала в слоях древнего льда

в районе Купола В (Антарктида)

¹Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия;

²Институт наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия

*ekaykin@aari.ru

Preservation of the climatic signal in the old ice layers at Dome B area (Antarctica)

A.A. Ekaykin^1,2*, V.Ya. Lipenkov¹, K.B. Tchikhatchev¹

¹Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg, Russia;

²Institute of Earth Sciences, Saint Petersburg State University, St. Petersburg, Russia

*ekaykin@aari.ru

Received December 2, 2020 / Revised December 11, 2020 / Accepted December 22, 2020

Keywords: Antarctica, Dome B, old ice, paleoclimate, modeling, ice dynamics, stable water isotopes, diffusion.

Summary

In this work we have presented the results of numerical modeling of the age and temperature distribution

in ice layers at Dome B site (79,02° S, 93,69° E, altitude 3807 m a.s.l., ice thickness about 2.5 km), located

300 km to the west from Russian Antarctic station Vostok. Dome B is situated on the onset of the ice flow line

passing through deep borehole 5G, and is considered as one of the most promising places to search for and

to study the Easth’s oldest ice with the age of up to 1.5 Ma. According to our calculations, all realistic scenar-

ios show the ice age at 60 m above the ice base to be considerably older than 1 Ma, and the glacier base tem-

perature is well below the pressure melting point (-1.8 °С for pressure = 23 MPa). For the most likely sce-

nario (accumulation rate 1.8 g/(cm² year), effective ice surface temperature -64 °С and geothermal heat flux

60 mW/m²) the ice age is 1.4 Ma and the basal temperature is about -13 °С that is close to the earlier pre-

dictions from a 2D-model. Maximum estimate of the «diffusion length» in the old ice (for the scenario in

which the basal temperature reaches the melting point, and in which 30% of «excess diffusion» is taken into

account) is 5.2 cm. In 1.4 Ma-old ice a 40-ka climatic cycle is squeezed into a 290-cm thick ice layer. For this

ratio of wave length and diffusion length the climatic signal attenuation (ratio between the signal amplitude

after and before the diffusive smoothing) is 0.6%. Thus, due to the relatively low ice temperature here we may

expect a nearly undisturbed climatic curve in the old ice core that will be drilled one day at Dome B. At the

same time shorter oscillations with the wavelengths of < 1500 years will be totally erased by diffusion.

Citation: Ekaykin A.A, Lipenkov V.Ya., Tchikhatchev K.B. Preservation of the climatic signal in the old ice layers at Dome B area (Antarctica). Led i Sneg.

Ice and Snow. 2021. 61 (1): 5-13. [In Russian]. doi: 10.31857/S2076673421010067.

Поступила 2 декабря 2020 г. / После доработки 11 декабря 2020 г. / Принята к печати 22 декабря 2020 г.

Ключевые слова: Антарктида, Купол В, древний лёд, палеоклимат, моделирование, динамика льда, стабильные изотопы воды,

диффузия.

Представлены результаты моделирования возраста и температуры льда для Купола В (79,02° ю.ш.,

93,69° в.д., высота 3807 м над ур. моря, толщина льда около 2,5 км) в Антарктиде. Для всех сцена-

риев возраст льда на отметке 60 м выше ложа ледника составляет более 1 млн лет, а для наиболее

вероятного сценария - 1,4 млн лет. Температура ложа для всего диапазона реалистичных оценок

геотермального потока тепла находится ниже точки плавления и для наиболее вероятного сцена-

рия равна около -13 °С. Расчётное ослабление амплитуды 40-тысячелетнего климатического цикла

в древнем льду за счёт молекулярной диффузии составляет около 0,6%. Результаты исследова-

ния позволяют сделать вывод, что Купол В - перспективное место для извлечения нового глубо-

кого керна, с помощью которого можно будет получить ненарушенный климатический сигнал за

последние 1,4 млн лет.

 5 

Ледники и ледниковые покровы

Введение

со станции Восток наблюдаются несогласное

залегание и перемешивание ледяных слоёв, что

Поиск древнейшего на планете льда возрас

вызвало искажение заключённого в этом керне

том до 1,5 млн лет и изучение последователь

климатического сигнала [6]. Однако сам факт

ности климатических событий на протяжении

сохранности древнего льда в основании Восточ

этого периода, включая изменение концент

но-Антарктического ледникового щита говорит

рации парниковых газов в атмосфере, - важ

о том, что где-то здесь эти древние слои льда

нейшие задачи гляциологии и палеогеографии

могут залегать и в ненарушенном виде.

первой половины XXI в. [1, 2]. Их актуальность

Одним из наиболее перспективных мест для

прежде всего связана с выяснением причин так

поиска древнего льда считается Ледораздел В

называемого «среднеплейстоценового климати

(произносится «Би»), расположенный примерно

ческого перехода» (Mid-Pleistocene Transition -

в 300 км к западу от станции Восток (рис. 1), вверх

MPT) 0,8-1,2 млн лет назад [3]. Понимание

по линии тока льда VFL (Vostok Flow Line), про

причин MPT даст возможность спрогнозиро

ходящей через буровую скважину 5Г на станции

вать облик нашей планеты в грядущие столетия,

Восток. До недавнего времени район Ледоразде

если человечество не справится с глобальным

ла В оставался обширным белым пятном с очень

вызовом по резкому снижению антропогенных

скудным набором доступной информации. Дан

выбросов СО₂. Согласно результатам модели

ные немногочисленных дистанционных иссле

рования, древний лёд (возраст более 1 млн лет)

дований [7] показывают, что подлёдный рельеф в

может залегать в основании Восточно-Антарк-

районе этого ледораздела представляет собой хол

тического ледникового щита вблизи главного

мистую или гористую местность с высотами по

ледораздела, проходящего через Купола Фуджи,

рядка 500-1000 м над ур. моря, покрытую ледни

А, В и С [4]. Недавняя находка льда возрас

ковым щитом, мощность которого здесь достигает

том 1,2 млн лет в нижней части ледяного керна

2,5 км (см. рис. 1). Результатов прямых измерений

станции Восток на глубине 3537 м [5] впервые

геотермального потока тепла (Geothermal Heat

подтвердила, что такой лёд действительно со

Flux - GHF) для этого района нет, однако косвен

хранился до настоящего времени. В интервале

ные оценки указывают, что такой поток находит

3310-3537 м (возраст 0,42-1,2 млн лет) в керне

ся в пределах 50-60 мВт/м² [8].

Рис. 1. Карта толщины льда в

районе между Ледоразде

лом В и подледниковым озе

ром Восток.

Тонкие линии - изогипсы вы

соты поверхности через 50 м.

Показано положение истинного

Купола В, старого полевого ла

геря «Купол В», станции Вос

ток, а также линии тока VFL

Fig. 1. Map of ice thickness in

the area between Ridge B and

the subglacial lake Vostok.

Thin lines are elevation contours

spaced by 50 m. The location of

topographic (true) Dome B, old

drilling camp «Dome B» and

Vostok station is shown, as well as

of VFL ice flow line

 6 

А.А. Екайкин и др.

В январе 2020 г. при логистической под

ла В использован упрощённый вариант одномер

держке Российской антарктической экспеди

ной стационарной модели ледника [4]. Важное

ции нами был выполнен первый научный поход

допущение модели - отсутствие донного таяния.

на Купол В (79,02° ю.ш., 93,69° в.д., 3807 м над

Как будет показано далее, в диапазоне реалистич

ур. моря, см. рис. 1). Купол В - топографический

ных значений граничных условий возможность

купол на Ледоразделе В, с которого берёт нача

достижения температурой льда точки плавления

ло линия тока льда VFL. Топографический (или

здесь действительно невелика. Кроме того, со

истинный) Купол В не следует путать с распо

гласно теоретическим расчётам [11], вероятность

ложенным в 220 км к северу от него старым по

того, что базальный лёд за последние 1,5 млн лет

левым лагерем «Купол В», который был органи

достигал в районе купола точки плавления, не

зован Советской антарктической экспедицией в

превышает 15%. Распределение возраста льда t в

1980-х годах для осуществления проекта глубо

толще ледника рассчитывается по формуле

кого бурения ледника [9]. В 2020 г. по маршруту

похода были проведены комплексные гляциоло

(1)

гические, геодезические, геохимические и ра-

диолокационные исследования, а на самом купо

ле выполнено бурение скважины глубиной 20,5 м

где a - скорость аккумуляции в метрах ледяного

с последующим исследованием поднятого фир

эквивалента в год (м л.э./год); H - толщина лед

нового керна [10]. В результате удалось получить

ника, м л.э.; z - вертикальная координата, меня

первые натурные гляциоклиматические данные

ющаяся от нуля на ложе ледника до H на поверх

о Куполе В (в первую очередь температуру фирна

ности ледника; m - настраиваемый параметр,

на глубине затухания сезонных колебаний и ско

значение которого принимается равным 0,5 [4].

рость снегонакопления), необходимые для оцен

Значения H и a могут меняться во времени,

ки возраста ледяных отложений.

но в наших расчётах они принимались посто

Настоящая работа посвящена моделированию

янными и равными среднему значению за рас

возраста льда в базальных слоях ледника в районе

чётный период. Во всех численных эксперимен

Купола В на основании вновь полученных оце

тах H = 2500 м л.э., а величину a использовали

нок современных значений скорости снегонакоп-

как дополнительный настроечный параметр (см.

ления, температуры фирна и изотопного состава

далее). Расчёт возраста останавливается на рас

поверхностного снега. Отметим, что возможность

стоянии 60 м от ложа ледника, так как глубже

реконструкции климатических событий далёкого

этой отметки ошибка расчёта возраста по про

прошлого по образцам ледяного керна определя

стой модели слишком велика. Даже в условиях

ется не только возрастом слагающего его льда, но

ледяного купола, когда горизонтальные движе

и степенью сохранности климатического сигна

ния льда близки к нулю, можно ожидать, что в

ла, который подвергается существенному диффу

нижних 60 м льда будет наблюдаться несоглас

зионному сглаживанию в придонных, наиболее

ное залегание ледяных слоёв и климатический

древних слоях ледника. Поэтому в этой работе

сигнал будет искажён [12]. Температура льда

особое внимание уделено моделированию про

рассчитывается следующим образом:

цесса диффузии молекул воды во льду и оцен

ке степени ослабления климатического сигнала

в изотопном профиле ледяного керна, который

(2)

может быть получен при осуществлении здесь

проекта глубокого бурения ледника.

где T_s - температура поверхности ледника, °С;

C - вертикальный температурный градиент на

Методы

ложе ледника (°С/м), равный GHF/K, здесь K -

теплопроводность льда, Вт/(м °С); k - темпера

Моделирование возраста и температуры льда.

туропроводность (м²/год), равная K/ρc, где ρ -

Для моделирования распределения возраста и

плотность льда (920 кг/м³), а c - теплоёмкость

температуры льда в ледяной толще в районе Купо

льда, Дж/(кг °С).

 7 

Ледники и ледниковые покровы

Теплопроводность и теплоёмкость льда,

1,8 г/(см² год). Вместе с тем в соответствии с

в свою очередь, зависят от температуры:

новыми данными, полученными по фирновым

K = 2,55 (1 - 0,0039(T + 30)); c = 1,89(1 + 0,0037 ×

кернам в районе станции Восток [16], средняя

× (T + 30)) [13, 14]. Отметим, что в типичном для

за последние 2000 лет скорость аккумуляции в

ледникового щита Антарктиды температурном

этом районе составила 1,8 г/(см² год), что на 7%

диапазоне они могут меняться в широких преде

меньше средней скорости аккумуляции за этот

лах: при T = -60 °С значение K = 2,85 Вт/(м °С)

же интервал времени по данным хронострати

и c = 1680 Дж/(кг °С), а при T = -10 °С значение

графической шкалы AICC2012 [15]. С учётом

K = 2,35 Вт/(м °С) и c = 2030 Дж/(кг °С). В нашей

этого величина a для расчётов возраста льда на

модели мы берём значения этих величин, рас

Куполе В также должна быть снижена на 7% -

считанные по среднему значению температуры в

до 0,0183 м л.э./год (1,68 г/(см² год)).

леднике, которая немного меняется при измене

В наших расчётах мы использовали три зна

нии K и c, поэтому для получения окончательно

чения a, чтобы проверить чувствительность мо

го результата требуются 2-3 итерации расчётов.

дели к изменению этого параметра: 0,0183 и

Моделирование молекулярной диффузии во

0,0196 м л.э./год, а также одно более высокое

льду. Расчёт распределения возраста и темпе

значение a, равное 0,0228 м л.э./год (эти значе

ратуры льда по уравнениям (1) и (2) позволяет

ния в более привычных единицах соответству

легко вычислить температурную историю каж

ют 1,68, 1,8 и 2,1 г/(см² год) соответственно).

дого слоя в леднике, которая определяет ито

Результаты расчёта изменения возраста льда по

говую величину диффузионного сглаживания

глубине в районе Купола В показаны на рис. 2, а.

изотопного сигнала. Для оценки степени диф

Как видно из графиков, при максимальном зна

фузионного сглаживания удобно пользовать

чении a возраст льда на отметке 60 м над ложем

ся так называемой «длиной диффузии» l, кото

достигает 1,2 млн лет, тогда как при минималь

рая представляет собой среднее квадратическое

ном a он составляет почти 1,5 млн лет.

вертикальное смещение молекул воды за время,

Распределение температуры в леднике. Про

прошедшее с момента отложения данного слоя

филь температуры льда на ледяном куполе опре

на поверхности ледника и численно равное

деляется тремя основными факторами: а) вели

стандартному отклонению в «гауссовском» сгла

чиной GHF; б) температурой поверхности T_s;

живающем фильтре, имеющем форму нормаль

в) скоростью аккумуляции a. Согласно [8], вели

ного распределения. Модель для расчёта l де

чина GHF в районе Купола В находится в преде

тально описана в работе [6].

лах 50-60 мВт/м², поэтому для наших расчётов

мы принимаем два крайних значения этого пара

метра - 50 и 60 мВт/м², а для проверки чувстви

Результаты

тельности модели к GHF и значение 70 мВт/м².

Очевидно, что средняя эффективная температу

Возраст льда в районе Купола В. В нашей од

ра поверхности ледника T_s, которую необходимо

номерной модели при условии отсутствия дон

использовать в расчётах для получения наблю

ного таяния возраст льда на исследуемой глу

даемого распределения температуры льда с глу

бине определяется исключительно скоростью

биной, отличается от современной температуры

аккумуляции a. По данным [10], современ

фирна на глубине затухания сезонных колеба

ная скорость снегонакопления на Куполе В

ний. Поскольку экспериментальный темпера

(2,28 г / (см² год) на 10% выше, чем в районе

турный профиль для Купола В пока не доступен,

станции Восток. Средняя за 400 тыс. лет ско

для оценки T_s использованы данные, имеющие

рость аккумуляции на станции Восток состав

ся для других куполов Антарктиды. Так, значе

ляет 0,0177 м л.э./год [15]. Исходя из предполо

ние T_s на Куполе С составляет -60 °С [4], тогда

жения, что 10-процентная разница в скорости

как современная температура на глубине зату

аккумуляции на Куполе В и стации Восток оста

хания сезонных колебаний равна там -54 °С. На

валась неизменной в прошлом, среднее много

Куполе В современная температура фирна на

летнее значение a для наших расчётов принима

глубине 20 м составляет -58,1 °С [10], исходя из

лось равным 0,0196 м л.э./год, что соответствует

чего можно предположить, что T_s должна быть

 8 

А.А. Екайкин и др.

Рис. 2. Результаты модельных расчётов для Купола В.

а - зависимости возраста льда от глубины, рассчитанные для скорости накопления льда 1,68, 1,8 и 2,1 г/(см² год); б - распреде

ление температуры в леднике для разных сценариев: в сценариях 1-3 температура поверхности ледника T_s и a равны -64 °С и

1,8 г/(см² год), а геотермальный поток тепла GHF составляет 60, 50 и 70 мВт/м² соответственно; сценарий 4: T_s и a равны -58 °С

и 1,8 г/(см² год), а GHF- 64,3 мВт/м², при этом температура на ложе достигает точки плавления (-1,8 °С); сценарий 5 - то же,

что для сценария 4, но для a = 2,1 г/(см² год); сценарий 6 - то же, что для сценария 2, но для a = 1,68 г/(см² год) (на рис. 2, б сце

нарии 2 и 6 практически слились в одну линию); в - распределение длины диффузии в зависимости от возраста льда для некото

рых избранных сценариев (номера соответствуют сценариям на рис. 2, б); г - толщина слоя льда, содержащего временной ин

тервал 40 тыс. лет (синяя кривая) для a = 1,8 г/(см² год), а также ослабление амплитуды (отношение конечной амплитуды к на

чальной) периодического колебания с длиной волны 40 тыс. лет для длины диффузии в древнем льду 5,2 см (оранжевая кривая)

Fig. 2. The results of model simulations for Dome B.

a - dependence of ice age on depth, calculated for accumulation rate (a) = 1.68, 1.8 and 2.1 g/(cm² year); б - temperature distribution in

glacier for different scenarios: in scenarios 1-3 ice surface temperature T_s and a are equal -64 °С and 1.8 g/(cm² year), and geothermal heat

flux GHF = 60, 50 and 70 mW/m², correspondingly; scenario 4: T_s and a are -58 °С and 1.8 g/(cm² year), while GHF = 64.3 mW/m², the

basal temperature in this scenario reaches pressure melting point (-1.8 °С); scenario 5 is the same as 4, but for a = 2.1 g/(cm² year); scenar

io 6 is the same as 2, but for a = 1.68 g/(cm² year) (in Fig. 2, б scenarios 2 and 6 are almost merged into one line); в - the distribution of dif

fusion length as a function of ice age for selected scenarios (the numbers correspond to scenarios in Fig. 2, б); г - the thickness of an ice lay

er that contains the time interval of 40 ka (blue curve) for a = 1.8 g/(cm² year), as well as the attenuation (ratio of final amplitude to the ini

tial one) of the amplitude of a periodic oscillation with the wavelength of 40 ka for the diffusion length equal to 5.2 cm (orange curve)

равна -64 °С. Для проверки чувствительности

мальном потоке геотермального тепла темпера

модели к этому параметру мы также используем

тура на ложе находится ниже точки плавления,

значение T_s = -58 °С.

которая для толщины льда 2500 м л.э. (давле

Результаты расчётов температурного про

ние 23 МПа) составляет -1,8 °С. При заданных

филя показаны на рис. 2, б. Наибольшее влия

значениях температуры и скорости снегонакоп-

ние на температуру оказывает значение GHF.

ления точка плавления будет достигнута при

При T_s = -64 °С и a = 1,8 г/(см² год) темпера

GHF = 72 мВт/м².

тура на ложе растёт от -22,1 до -3,9 °С при уве

Изменение температуры поверхности, как

личении GHF от 50 до 70 мВт/м² (сценарии 1, 2

следует из уравнения (2), сдвигает весь темпера

и 3 на рис. 2, б). Отметим, что даже при макси

турный профиль в сторону бόльших или меньших

 9 

Ледники и ледниковые покровы

значений. При T_s = -58 °С, GHF = 60 мВт /м²

ставляет -14,4 °С. Чтобы нижняя часть ледни

и a = 1,8 г/(см² год) температура на ложе со

ка достигла температуры плавления, необходим

ставляет -6,2 °С. При таких значениях T_s и a

очень большой (> 70 мВт/м²) геотермальный

точка плавления на ложе будет достигнута при

поток тепла, что не подтверждают имеющиеся

GHF = 64 мВт/м² (сценарий 4 на рис. 2, б), что

оценки [8], или нереалистично высокое значе

по-прежнему превышает оценки, приведённые

ние температуры поверхности ледника. Низкие

в работе [8].

температуры льда также способствуют хорошей

Наконец, скорость аккумуляции относитель

сохранности изотопного сигнала после его ча

но слабо влияет на температурный профиль: при

стичного сглаживания молекулярной диффузи

росте a увеличивается адвекция холода сверху

ей. Длина диффузии во льду возрастом 1,4 млн

вниз, что незначительно уменьшает температуру

лет составляет 3 см по наиболее вероятному

на ложе. В данной работе в качестве основного

сценарию и 4 см по максимальной оценке (при

сценария принят следующий: GHF = 60 мВт/м²,

которой температура на ложе достигает точки

a = 1,8 г/(см² год), T_s = -64 °С. При этом темпера

плавления). При l = 4 см все квазипериодиче

тура льда на ложе составляет -13,1 °С, что близко

ские волны изотопного состава льда с длиной

к оценкам, полученным ранее с использованием

волны менее 10 см будут полностью уничтоже

двухмерной модели линии тока VFL [17].

ны, с длиной 10-100 см - в той или иной степе

Длина диффузии. На рис. 2, в показано рас

ни ослаблены, а с длиной более 100 см - практи

пределение длины диффузии для различных

чески не затронуты. Для льда возрастом 1,4 млн

сценариев распределения возраста и температу

лет слой льда в 10 см соответствует интервалу

ры в леднике. В качестве начальной длины диф

времени 1,4 тыс. лет, а 1 м льда - интервалу вре

фузии l₀ на границе превращения фирна в лёд

мени 13,7 тыс. лет. Таким образом, диффузи

выбрано значение 8 см. Однако, как показано в

онное сглаживание полностью сотрёт все клима

работе [6], значение l₀ практически не влияет на

тические колебания с периодом меньше порядка

итоговую длину диффузии в древнем льду. Для

1400 лет, тогда как более длинные колебания

всех сценариев длина диффузии быстро убыва

или не будут затронуты, или могут быть частич

ет при увеличении возраста льда до 100 тыс. лет

но восстановлены с помощью методики «обрат

за счёт утончения слоёв. Затем начинается рост

ной диффузии» [18].

этого параметра по мере дальнейшего увели

В работе [19] показано, что для керна, про

чения возраста и температуры льда, совокуп

буренного на Куполе С, характерна «дополни

ное влияние которых перевешивает уменьше

тельная диффузия», при которой наблюдаемое

ние l, связанное с утончением слоёв. Поскольку l

диффузионное сглаживание за счёт неуста

тесно связано с температурой, на величину этого

новленных пока причин сильнее того, которое

параметра первостепенное влияние оказыва

предполагается моделью диффузии. Для керна

ет GHF. Для основного сценария (линии 1 на

скважины 5Г было показано [6], что в услови

рис. 2, б и в) длина диффузии достигает 3 см при

ях станции Восток это дополнительное сгла

возрасте льда 1,4 млн лет. Максимальная длина

живание невелико и составляет не более 30%

диффузии, которая может быть достигнута при

расчётной величины l. С учётом этого фактора

сценарии 4, когда температура льда на ложе до

максимально возможная оценка длины диффу

стигает точки плавления, составляет 4 см.

зии в древнем льду Купола В будет равна 5,2 см.

В эпоху до MPT длина основного климатиче

ского цикла составляла около 40 тыс. лет [3]. Во

Обсуждение

льду возрастом 1,4 млн лет на глубине 2440 м

в районе Купола В временнóй интервал дли

Наиболее вероятные значения заложенных

ной 40 тыс. лет заключён в слое льда толщиной

в модель граничных условий предполагают, что

около 290 см (см. рис. 2, г). При длине волны

возраст льда на отметке 60 м от ложа существен

290 см и длине диффузии 5,2 см ослабление

но превышает 1 млн лет (самое вероятное зна

амплитуды сигнала составляет около 0,6% (см.

чение 1,4 млн лет), причём температура этого

рис. 2, г). Таким образом, можно сделать вывод,

льда по наиболее вероятному сценарию со

что при отсутствии складчатости и перемешива

 10 

А.А. Екайкин и др.

Рис. 3. Исходный (оранжевая ли

ния) и сглаженный (синяя линяя)

климатический сигнал в интерва

ле 1,2-1,4 млн лет, который мож

но ожидать в гипотетическом кер

не Купола В.

Для расчёта сглаженного сигнала ис

пользована длина диффузии 5,2 см

Fig. 3. The initial (orange curve) and

smoothed (blue curve) climatic signal

in the time interval 1.2-1.4 Ma BP

that could be expected in a hypothet

ic core Ridge B.

To calculate the smoothed signal, we used

the diffusion length equal to 5.2 cm

нии слоёв в ледяном керне, который предпола

ся началом линии тока льда, которая проходит

гается получить в районе Купола В, должен со

через скважину 5Г, следует рассматривать в ка

храняться ненарушенный климатический сигнал

честве одного из наиболее перспективных мест

возрастом до 1,4 млн лет.

для поиска и исследования древнейшего на Земле

На рис. 3 мы смоделировали вероятную кли

льда возрастом до 1,5 млн лет. Для наиболее ве

матическую кривую, которая может быть полу

роятного сценария, при котором средняя ско

чена по такому керну древнего льда. В качестве

рость аккумуляции равна 1,8 г/(см² год), возраст

суррогатного климатического сигнала взят изо

льда на отметке 60 м над ложем составит 1,4 млн

топный ряд по морским донным осадкам [20],

лет. При нереалистично высокой скорости снего

приведённый по амплитуде и среднему значе

накопления, равной 2,1 г/(см² год), этот возраст

нию сигнала к климатической кривой станции

будет равен 1,2 млн лет.

Восток [21] с учётом разницы изотопного со

Температура на ложе при всех сценариях,

става поверхностного слоя снега в пунктах стан

предполагающих реалистичные значения тем

ции Восток и Купол В [10]. Согласно рис. 3, в

пературы поверхности ледника и величины гео-

процессе диффузионного сглаживания форма

термального потока тепла, не достигает точки

и амплитуда климатического сигнала в рамках

плавления. Для наиболее вероятного сценария

40-тысячелетнего цикла сохраняются, но более

(скорость аккумуляции 1,8 г/(см² год); темпера

короткие колебания с периодом порядка не

тура поверхности -64 °С; геотермальный поток

скольких тысяч лет полностью либо частично

тепла 60 мВт/м²) температура на ложе равна

сглаживаются. Ожидается, что сохранность сиг

около -13 °С, что близко к оценке, полученной

нала в вертикальном профиле концентрации

по двухмерной модели динамики ледника [17].

парниковых газов, который будет получен по

Максимальная оценка «длины диффузии» в

этому льду, будет существенно лучше, чем для

древнем льду (для сценария, при котором тем

изотопного состава благодаря меньшей скорости

пература на ложе достигает точки плавления и

диффузии молекул газа во льду по сравнению с

который учитывает 30% дополнительной диф

самодиффузией молекул воды [22].

фузии) составляет 5,2 см. При возрасте 1,4 млн

лет толщина слоя льда, содержащего в себе ин

тервал времени 40 тыс. лет, равняется 290 см.

Заключение

При таком соотношении длины волны и длины

диффузии ослабление сигнала 40-тысячелетнего

Выполненные исследования подтверждают

климатического цикла (т.е. отношение ампли

предположение, что район Купола В (79,02° ю.ш.,

туды сигнала после сглаживания к амплитуде

93,69° в.д., 3807 м над ур. моря), расположенный

до сглаживания) составит 0,6%. Иными слова

в 300 км к западу от станции Восток и являющий

ми: благодаря относительно низкой температу

 11 

Ледники и ледниковые покровы

ре льда, мы можем ожидать практически нена

Купола В с помощью ледового локатора; 2) изме

рушенную климатическую кривую для древнего

рение потока геотермального тепла в этом райо

льда в ледяном керне, который когда-нибудь

не; при условии достаточно точной измеритель

учёные извлекут на Куполе В. При этом высо

ной аппаратуры надёжное определение величины

кочастотные колебания с длиной волны менее

этого потока можно выполнить в скважине глу

1,5 тыс. лет будут полностью стёрты диффузией.

биной порядка 20% толщины ледника, что для

Дальнейшее исследование Купола В предпо

Купола В составляет около 500 м.

лагает продолжение рекогносцировочных похо

дов, направленных на изучение гляциоклима

Благодарности. Данное исследование было под

тических условий этого региона и выбор точки

держано Российским научным фондом, грант

будущего бурения. В настоящий момент к наибо

№ 18-17-0010.

лее приоритетным относятся две задачи: 1) изуче

ние подлёдного рельефа в ближайших окрестно

Acknowledgements. This study was supported by Rus

стях (в радиусе нескольких десятков километров)

sian Science Foundation, grant № 18-17-0010.

References

Ritz C., Schwander J., Steinhage D., van Ommen T.,

Wilhelms F. Where to find 1.5 million yr old ice for the

1. Lipenkov V.Ya., Ekaykin A.A. Searching for Antarcti

IPICS «Oldest-Ice» ice core. Climate of the Past. 2013,

ca’s oldest ice. Led i Sneg. Ice and Snow. 2018, 58 (2):

9: 2489-2505.

255-260. doi: 10.15356/2076-6734-2018-2-255-260.

5. Lipenkov V.Ya., Salamatin A.N., Jiang W., Ritter-

[In Russian].

busch F., Bender M.L., Orsi A., Landais A., Uchida T.,

2. Kennicutt M.C. II, Chown S.L., Cassano J.J.,

Ekaykin A.A., Raynaud D., Yang G.-M., Lu Z.-T.,

Liggett D., Peck L.S., Massom R., Rintoul S.R., Sto-

Chappelaz J. New ice dating tools reveal 1.2 Ma old

rey J., Vaughan D.G., Wilson T.J., Allison I., Ayton J.,

meteoric ice near the base of the Vostok ice core. Geo

Badhe R., Baeseman J., Barrett P.J., Bell R.E.,

phys. Research. Abstracts. 2019, 21: EGU2019-8505.

Bertler N., Bo S., Brandt A., Bromwich D., Cary S.C.,

6. Ekaykin A.A., Lipenkov V.Ya., Veres A.N., Kozach-

Clark M.S., Convey P., Costa E.S., Cowan D., De-

ek A.V., Skakun A.A. On the possibility to restore the

conto R., Dunbar R., Elfring C., Escutia C., Fran-

climatic signal in the disturbed record of stable water

cis J., Fricker H.A., Fukuchi M., Gilbert N., Gutt J.,

isotope content in the old (0.4-1.2 Ma) Vostok ice

Havermans C., Hik D., Hosie G., Jones C., Kim Y.D.,

(Central Antarctica). Led i Sneg. Ice and Snow. 2019,

Le Maho Y., Lee S.H., Leppe M., Leitchenkov G.,

59 (4): 437-451. https://doi.org/10.15356/2076-6734-

Li X., Lipenkov V., Lochte K., López-Martínez J.,

2019-4-463. [In Russian].

Lüdecke C., Lyons W., Marenssi S., Miller H., Moro-

7. Fretwell L.O., Pritchard H.D., Vaughan D.G., Bam-

zova P., Naish T., Nayak S., Ravindra R., Retamales J.,

ber J.L., Barrand N.E., Bell R., Bianchi C., Bing-

Ricci C.A., Rogan-Finnemore M., Ropert-Coudert Y.,

ham R.G., Blankenship D.D., Casassa G., Catania G.,

Samah A.A., Sanson L., Scambos T., Schloss I.R., Shi-

Callens D., Conway H., Cook A.J., Corr H.F.J., Dam-

raishi K., Siegert M.J., Simões J.C., Storey B., Spar-

aske D., Damm V., Ferraccioli F., Forsberg R., Fujita S.,

row M.D., Wall D.H., Walsh J.C., Wilson G., Win-

Gogineni P., Griggs J.A., Hindmarsh R.C.A., Holm-

ther J.G., Xavier J.C., Yang H. and Sutherland W.J. A

lund P., Holt J.W., Jacobel R.W., Jenkins A., Jokat W.,

roadmap for Antarctic and Southern Ocean science for

Jordan T., King E.C., Kohler J., Krabill W., Riger-

the next two decades and beyond. Antarctic Science.

Kusk M., Langley K.A., Leitchenkov G., Leuschen C.,

2014: 1-16. doi:10.1017/S0954102014000674.

Luyendyk B.P., Matsuoka K., Nogi Y., Nost O.A.,

3. Berends C.J., de Boer B., van de Wal R.S.W. Reconstruct

Popov S.V., Rignot E., Rippin D.M., Riviera A., Rob-

ing the Evolution of Ice Sheets, Sea Level and Atmo

erts J., Ross N., Siegert M.J., Smith A.M., Stein-

spheric CO2 During the Past 3.6 Million Years. Clim.

hage D., Studinger M., Sun B., Tinto B.K., Welch B.C.,

Past Disc. 2020: 1-22. https://doi.org/10.5194/cp-

Young D.A., Xiangbin C. & Zirizzotti A. Bedmap2:

2020-52.

improved ice bed, surface and thickness datasets for

4. Fischer H., Severinghaus J., Brook E., Wolff E., Al-

Antarctica. The Cryosphere. 2013, 7: 375-393. doi:

bert M., Alemany O., Arthern R., Bentley C., Blan-

10.5194/tc-7-375-2013.

kenship D., Chappellaz J., Creyts T., Dahl-Jensen D.,

8. Burton-Johnson A., Dziadek R., Martin C. Review ar

Dinn M., Frezzotti M., Fujita S., Gallee H., Hind-

ticle: Geothermal heat flow in Antarctica: current and

marsh R., Hudspeth D., Jugie G., Kawamura K., Lipen-

future directions. The Cryosphere. 2020, 14: 3843-

kov V., Miller H., Mulvaney R., Parrenin F., Pattyn F.,

3873. https://doi.org/10.5194/tc-14-3843-2020.

 12 

А.А. Екайкин и др.

9. Jouzel J., Vaikmae R., Petit J.R., Martin M., Duclos Y.,

16. Veres A.N., Ekaykin A.A., Lipenkov V.Ya., Turkeev A.V.,

Stievenard M., Lorius C., Toots M., Melieres M.A.,

Khodzer T.V. First data on the climate variability in the vi

Burckle L.H., Barkov N.I., Kotlyakov V.M. The two-

cinity of Vostok Station (central Antarctica) over the past

step shape and timing of the last deglaciation in Ant

2,000 years based on the study of a snow-firn core. Prob-

arctica. Clim. Dynamics. 1995, 11: 151-161.

lemy Arktiki i Antarktiki. Arctic and Antarctic Research.

10. Ekaykin A.A., Bolshunov A.V., Lipenkov V.Ya., Schein-

2020, 66 (4): 482-500. https://doi.org/10.30758/0555-

ert M., Eberlein L., Brovkov E., Popov S.V., Turkeev A.V.

2648-2020-66-4-482-500. [In Russian].

The first glaciological investigations at Ridge B, central

17. Salamatin A.N., Tsyganova E.A., Popov S.V., Lipen-

East Antarctica. Antarctic Science. 2020. In review.

kov V.Ya. Ice flow line modeling in ice core data inter

11. Skakun A.A., Lipenkov V.Ya., Parrenin F., Ritz C.,

pretation: Vostok Station (East Antarctica). Physics of

Popov S.V. On the availability of old meteoric ice in

Ice Core Records. Ed. T. Hondoh. Sapporo, Japan:

the vicinity of Dome B, East Antarctica. Geophys. Re

Hokkaido University Press, 2009: 167-194.

search. Abstracts. 2019, 21: EGU2019-11315.

18. Johnsen S.J. Stable isotope homogenization of polar

12. Tison J.-L., de Angelis M., Littot G., Wolff E., Fisch-

firn and ice. Isotopes and Impurities in Snow and Ice.

er H., Hansson M., Bigler M., Udisti R., Wegner A.,

1977, 118: 210-219.

Jouzel J., Stenni B., Johnson S., Masson-Delmotte V.,

19. Pol K., Masson- Delmotte V., Johnsen S., Bigler M., Cat-

Landais A., Lipenkov V., Loulergue L., Barnola J.-M.,

tani O., Durand G., Falourd S., Jouzel J., Minster B.,

Petit J.-R., Delmonte B., Dreyfus G., Dahl-Jensen D.,

Parrenin F., Ritz C., Steen-Larsen H.C. and B. Stenni.

Durand G., Bereiter B., Schilt A., Spahni R., Pol K.,

New MIS 19 EPICA Dome C high resolution deute

Lorrain R., Souchez R., Samyn D. Retrieving the pa

rium data: Hints for a problematic preservation of cli

leoclimatic signal from the deeper part of the EPICA

mate variability at sub-millennial scale in the 'oldest ice'.

Dome C ice core. The Cryosphere. 2015, 9: 1633-

Earth and Planetary Science Letters. 2010, 298: 95-103.

1648. doi: 10.5194/tc-9-1633-2015.

20. Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene

13. Hobbs P.V. Ice Physics. Oxford: Clarendon Press.,

stack of 57 globally distributed benthic δ¹⁸O records.

1974: 804 p.

Paleoceanography. 2005, 20 (PA1003): 1-17. doi:

14. Slack G.A. Thermal conductivity of ice. Physical Re

10.1029/2004PA001071.

view B. 1980, 22 (6): 3065-3071.

21. Petit J.R., Jouzel J., Raynaud D., Barkov N.I., Barno-

15. Bazin L., Landais A., Lemieux-Dudon B., Toyé Ma-

la J.M., Basile I., Bender M., Chappellaz J., Davis M.,

hamadou Kele H., Veres D., Parrenin F., Martinerie P.,

Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V.M., Legrand M.,

Ritz C., Capron E., Lipenkov V., Loutre M.-F., Rayn-

Lipenkov V.Y., Lorius C., Pepin L., Ritz C., Saltzman E.,

aud D., Vinther B., Svensson A., Rasmussen S.O., Se-

Stievenard M. Climate and atmospheric history of the

veri M., Blunier T., Leuenberger M., Fischer H., Mas-

past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarc

son-Delmotte V., Chappellaz J., Wolff E. An optimized

tica. Nature. 1999, 399: 429-436.

multi-proxy, multisite Antarctic ice and gas orbit

22. Bereiter B., Fischer H., Schwander J., Stocker T.F. Diffusive

al chronology (AICC2012): 120-800 ka. Clim. Past.

equilibration of N₂, O₂ and CO₂ mixing ratios in a 1.5-mil

2013, 9: 1715-1731.

lion-years-old ice core. The Cryosphere. 2014, 8: 245-256.

 13 