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Estimating Ratios of Snow Accumulation in Antarctica by Chemical Methods

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

J. A Warburton
Affiliation:
Desert Research Institute, University of Nevada System, P.O. Box 60220, Reno, Nevada 89506, U.S.A.
L. G. Young
Affiliation:
Desert Research Institute, University of Nevada System, P.O. Box 60220, Reno, Nevada 89506, U.S.A.
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Abstract

Snow and firn samples from 2 and 5 m deep pits were analyzed for seven sites on the Ross Ice Shelf, Antarctica. Na, Mg, Ca, and K concentrations change with depth, the range of concentrations being approximately 10 : 1 for all four elements. The changes in concentrations for the four elements at any one site are highly correlated, suggesting that the impurities are introduced into the snow-pack simultaneously by the same mechanisms.

Pronounced periodic structure of the vertical chemical profiles leads to strong correlations (γ> 0.9) of the chemical features from site to site separated by distances up to 440 km.

Assuming that the observed chemical features are periodic as a function of depth due to temporal variations caused by large-scale phenomena, then the wavelength (in depth) of these features should be proportional to the accumulation. Under the assumptions, the linear regression ratio of one site to another will give the relative accumulations at these sites. The ratios of snow accumulation estimated by these chemical methods agree, within a few per cent, with the ratios for the same sites estimated by total β-activity or stratigraphic methods.

It is suggested that the chemical variations with depth are caused by meteorological events which may have seasonal changes in frequency and intensity. It is also suggested that the most-favored season for the production of chemical-concentration maxima is autumn because of the documented higher frequency of precipitating storms on the Ross Ice Shelf and the minimum in sea-ice extent at that time of year.

Résumé

Résumé

On a analysé des échantillons de neige et glace issus de carottages à 2 et 5 m de profondeur en sept sites du Ross Ice Shelf en Antarctique. Les concentrations en Na, Mg, Ca et K varient avec la profondeur, le rapport des concentrations extrêmes étant approximativement de 10 pour 1 pour tous ces éléments. Les variations des concentrations pour les quatre éléments en un site sont étroitement corrélées, ce qui suggére que les impuretés proviennent des mêmes causes.

De fortes corrélations temporelles (avec des coefficients de corrélation supérieurs à 0,9) existent entre les variations chimiques d’un site à un autre séparé par des distances allant jusqu’á 440 km.

Comme les rapports des profondeurs des particularités chimiques en différents sites sont semblables aux rapports entre les accumulations de neige á ces mêmes sites, on peut utiliser les variations chimiques pour estimer les accumulations relatives. Les taux d’accumulation de la neige estimés par ces résultats chimiques concordent à quelques pour cent près, avec les taux d’accumulation dans les mêmes sites estimés grace à la radiation β totale ou par des méthodes stratigraphiques.

On émet l’hypothése que les variations chimiques avec la profondeur ont pour origine des événements météorologiques qui peuvent avoir des variations saisonniéres en fréquence et en intensité. La saison la plus favorable pour la production des concentrations chimiques maximum est I’automne en raison de la plus forte fréquence de perturbation avec précipitations sur le Ross Ice Shelf et de l’extension minimum de la glace de mer à cette époque de l’année.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Für sieben Stellen auf dem Ross Ice Shelf, Antarktika, wurden Schnee- und Firnproben aus Schächten von 2 und 5 m Tiefe analysiert. Na-, Mg-, Ca- und K-Konzentrationen verändern sich mit der Tiefe, wobei der Konzen-trationsbereich für alle 4 Elemente etwa 10:1 beträgt. Unter der Annahme, dass die Verunreinigungen gleichzeitig und auf die gleiche Weise in die Schneedecke gelangen, erweisen sich die Konzentrationsschwank-ungen der vier Elemente an den einzelnen Stellen als stark korreliert.

Hohe zeitliche Korrelationen (Korrelationskoeffizienten >0,9) bestehen zwischen den chemischen Veränderungen von Probeorten, die bis zu 440 km voneinander entfernt liegen.

Unter der Annahme, dass die beobachteten chemischen Erseheinungen infolge zeitlicher Schwankungen, hervorgerufen durch grossflächige Einwirkungen, periodisch mit der Tiefe verlaufen, sollte die vertikale Wellenlänge dieser Erseheinungen proportional zur Akkumulation sein. Dann liefert das lineare Regressions- verhältnis zwischen zwei Stellen die relativen Akkumulationen an diesen Stellen. Die mit diesen chemischen Methoden abgeschätzten Schneeauftragsverhältnisse stimmen innerhalb weniger Prozent mit den Verhält- nissen an denselben Stellen überein, die aus der Gesamt-β-Aktivität oder mit stratgraphischen Methoden abgeschätzt wurden.

Es wird vermutet, dass die chemischen Veränderungen mit der Tiefe durch meteorologische Ereignisse verursacht sind, deren Frequenz und Stärke jahreszeitlich schwankt. Für die Erzeugung maximaler chemischer Konzentrationen dürfte der Herbst die günstigste Jahreszeit sein, da nach sicheren Beobachtungen in dieser Zeit die Haüfigkeit von Stürmen mit Niederschlag auf dem Ross Ice Shelf höher ist und das Meereis seine geringste Ausdehnung besitzt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1981
Figure 0

Fig 1 Ross Ice Shelf, Antarctica. Showing sites of 2 m pits.

Figure 1

Fig.2 (a)Temporal variations in concentrations of Na, Mg, Ca, and K at site RISP-BC.(b)Temporal variations in concentrations of Na, Mg, Ca, and K at site C7.(c)Temporal variations in concentrations of Na, Mg, Ca, and K at site RIC.

Figure 2

Fig.3 (a) Temporal variations in concentrations of Na, Mg, Ca, and K at site J9.(b) T emporal variations in concentrations of Na, Mg, Ca, and K at site F9.(c) Temporal variations in concentrations of Na, Mg, Ca, and K at Roosevelt I sland site.(d) Temporal variations in concentrations of Na, Mg, Ca, and K at site Q 13.

Figure 3

Table I. Correlation of Profile Features at Sites Sampled In 1974–75

Figure 4

Table II. Correlation of chemical profile features at sites J9 and F9, Ross Ice Shelf

Figure 5

Fig. 4. Total β-activity at site J9, as a function of depth of snow, indicating possible β-activity horizons.

Figure 6

Fig. 5. Total p-activity at site F9, as a function of depth of snow, indicating possible β-activitj horizons.

Figure 7

Table III. Accumulation at sites F9 and J9 on Ross Ice Shelf based on β-activity horizons and mean snow density