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Dating of Ross Ice Shelf Cores by Chemical Analysis

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Michael M. Herron
Affiliation:
Ice Core Laboratory, Department of Geological Sciences, State University of New York at Buffalo, 4240 Ridge Lea Road, Amherst, New York 14226, U.S.A
Chester C. Langway Jr
Affiliation:
Ice Core Laboratory, Department of Geological Sciences, State University of New York at Buffalo, 4240 Ridge Lea Road, Amherst, New York 14226, U.S.A
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Abstract

Seasonal variations in sodium concentrations have been measured on surface-pit snow samples and on firn and ice core samples from the Ross Ice Shelf, Antarctica. Site locations include J-9 (82° 22’ S., 168° 40’ W.), Roosevelt Island dome (79° 22’ S, 161° 40’ W), C-7-1 (78° 30’ S., 177° 00’ W.), and C-7-3 (78° 20’S., 179° 51’ E.). The predominant source for the Na is sea salt, indicated by greater concentration levels at seaward sites. Al concentrations of the order of only 10–9 g/g show that the input of continental dust is comparable to that at inland Antarctic locations, and that dust contributes only a negligibly small fraction of the Na on the shelf. Maximum Na concentrations occur in the winter or early spring, as is the case for Greenland ice. The annual accumulation-rate at J-9, determined by counting Na concentration peaks with depth, is 90 kg m–2 year–1, in agreement with rates determined radiometrically. Annual cycles in Na concentration are also detectable at depth in the J-9 ice core. It is suggested that Na concentration is a useful diagnostic criterion for distinguishing between East Antarctic ice (10–8 g Na/g), West Antarctic ice (30 × 10–9 g Na/g), and ice that fell as snow on the shelf itself (> 30 × 10–9g Na/g). The transition between snow that is chemically characteristic of the ice-shelf regime to snow of an inland regime is expected to occur near the 500 m elevation contour. This position is up to 200 km inland of the grounding line. A model is presented for the large-scale decrease in Na concentration with distance inland within the ice-shelf regime. Since deeper ice in Ross Ice Shelf cores originated generally further from the ocean, the up-stream origin of shelf ice may be estimated from the chemical profile. The Little America V ice-core chemistry profile shows no discontinuity as would be expected if a recent surge of West Antarctic ice had occurred.

Résumé

Résumé

Les variations annuelles des concentrations en sodium ont été mesurées sur des échantillons de neige prélevés dans des sondages superficiels et sur des échantillons de glace et de névé issus du Ross Ice Shelf, Antarctique. Les points de prélèvement comprennent J-9 (82° 22’ S., 168° 40’ W.), Roosevelt Island (79° 22’ S., 161° 40’ W.), C-7-1 (78° 30’ S., 177° 00’ W.), et C-7-3 (78° 20’ S., 179° 51’ E.). La source principale de Na est le sel marin, comme l’indique les niveaux de plus grandes concentrations dans les sites face à la mer. Les concentrations en aluminium de l’ordre de seulement 10–9 g/g montrent que l’apport des poussères continentales est comparable à ce qu’il est dans les sites continentaux de l’Antarctique et que ces poussières ne contribuent que pour une fraction négligeable au Na dans la plateforme. Les plus grandes concentrations en Na se produisent en hiver ou au début du printemps comme c’est le cas pour la glace du Groenland. Le taux annuel d’accumulation en J-9 déterminé en comptant les maximums de concentration en Na quand on s’enfonce en profondeur, est de 90 kg/m2/an, résultats en accord avec les taux déterminés par radiométrie. Les cycles annuels de concentration en Na sont aussi détectables en profondeur dans les carottes de glace J-9. On suggère que la concentration en Na est un critère utilisable pour distinguer entre la glace de l’Est Antarctique (10–8 g Na/g), la glace de l’Ouest Antarctique (30 × 10–9 g Na/g) et la glace qui est tombée sous forme de neige sur la plateforme elle-même (>30× 10–9 g Na/g). La transition entre la neige, qui est chimiquement caractéristique du régime de la plateforme, à la neige d’un régime continental s'établie pense-t’on, aux environs de la ligne du niveau 500 m. Elle se situe à plus de 200 km vers l’intérieur à partir de la ligne de décollement. On présente un modèle de la décroissance à une grande échelle de la concentration en Na quand on va vers l’intérieur en restant dans le régime de la plateforme. Comme la glace plus profonde dans les échantillons du Ross Ice Shelf est en général d’origine océanique, on peut déceler les glaces venues du continent à partir du profil chimique. Les profils chimiques de carottes de glace de Little America V ne montrent pas des discontinuités auxquelles on pourrait s’attendre s’il y avait eu une récente crue de l’Ouest Antarctique.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

An Schneeproben aus oberflächlichen Schächten sowie an Firn- und Eiskernen aus dem Ross Ice Shelf, Antarktika, wurden die jahreszeitlichen Schwankungen der Sodium-Konzentration gemessen. Die Proben stammen von folgenden Stellen: J-9 (82° 22’ S., 168° 40’ W.), Roosevelt Island (79° 22’ S., 161° 40’ W.), C-7-1 (78° 30’ S., 177° 00’ W.) und C-7-3 (78° 20’ S., 179° 51’ E.). Die vorwiegende Quelle für das Natrium ist das Meersalz, was sich aus dem höheren Konzentrationsniveau in seewärts gelegenen Stellen ergibt. Aluminium-Konzentrationen in der Grössenordnung von nur 10–9 g/g zeigen, dass der Zustrom kontinentalen Staubes vergleichbar mit dem an innerantarktischen Stellen ist und dass Staub nur einen vernachlässigbaren Bruchteil des Natriums auf dem Schelfeis liefert. Die maximalen Na-Konzentrationen treten im Winter oder frühen Frühling auf, — genau wie im Grönlandeis. Die jährliche Akkumulationsrate in J-9, gewonnen aus Zählungen der Na-Konzentrationsspitzen nach der Tiefe, beträgt 90 kg m–2 pro Jahr, was mit radiometrisch gewonnenen Werten übereinstimmt. Jahreszyklen der Na-Konzentration lassen sich auch in den tiefen Teilen des J-9 Eiskernes feststellen. Die Na-Konzentration erweist sich als brauchbares diagnostisches Kriterium zur Unterscheidung von ostantarktischem Eis (10–8 g Na/g), westantarktischem Eis (30 × 10–9 g Na/g) und Eis, das als Schnee auf dem Schelfeis selbst fiel (>30× 10–9g Na/g). Der Übergang von Schnee, der chemisch charakteristisch für das Schelfeissystem ist, zu Schnee eines landeinwärtigen Systems, dürfte nahe der 500 m Höhenlinie liegen. Diese Position liegt bis zu 200 km landeinwärts der Aufsetzlinie. Es wird ein Modell für die grossräumige Abnahme der Na-Konzentration mit dem Abstand vom Schelfeisrand vorgelegt. Da tieferes Eis in der Ross Ice Shelf im allgemeinen von ozeanfernen Bereichen stammt, kann der Zustromcharakter von Schelfeis aus dem chemischen Profil abgeschätzt werden. Das chemische Profil des Eiskerns von Little America V zeigt keine Diskontinuität, die zu erwarten wäre, falls in jüngster Zeit ein Ausbruch des westantarktischen Eises stattgefunden hätte.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Fig. 1.Map of the Ross Ice Shelf showing sampling locations. The dashed line represents the approximate division between East and West Antarctic ice-drainage regimes.

Figure 1

Fig. 2.Sodium concentrations in near-surface samples as a function of depth ata(top left). J-9.b(top right). C-7-1 showing stratigraphically identified ice layers.c(bottom left). C-7-1 at a greater depth.d(bottom right). Roosevelt Island dome.

Figure 2

Fig. 3.Sodium concentrations against depth in the J-91974 ice core.

Figure 3

Fig. 4.Sodium concentrations on the Ross Ice Shelf as a function of distance from the ocean. Circles represent long-term data given in this report. Triangles represent data from Warburton and Linkletter (1977). The solid line was calculated from Equation(1) with × = 250 km and C0 = 6 × 10–7 g/g.

Figure 4

Table I.Concentrations in the continental West Antarctic and continental East Antarctic regimes

Figure 5

Fig. 5.Sodium concentration-depth profile in the J-9 ice core. Solid line was calculated from Equation (4).

Figure 6

Fig. 6.Sodium concentration-depth profile in the Little America V ice core. Data is from Langway and others, 1974. Solid curve was calculated from Equation (4)