Deep drilling of glaciers: Russian projects in the Arctic (1975-1995)

The data collection "Deep Drilling of Glaciers: Soviet-Russian projects in Arctic, 1975-1995" was collected by the following basic considerations: - compilation of deep (>100 m) drilling projects on Arctic glaciers, using data of (a) publications; (b) archives of IGRAN; (c) personal communication of project participants; - documentation of parameters, references. Accuracy of data and techniques applied to determine different parameters are not evaluated. The accuracy of some geochemical parameters (up to 1984 and heavy metalls) is uncertain. Most reconstructions of ice core age and of annual layer thickness are discussed; - digitizing of published diagrams (in case, when original numerical data were lost) and subsequent data conversion to equal range series and adjustment to the common units. Therefore, the equal-range series were calculated from original data or converted from digitized chart values as indicated in the metadata. For the methodological purpose, the equal-range series obtained from original and reconstructed data were compared repeatedly; the systematic difference was less then 5-7%. Special attention should be given to the fact, that the data for individual ice core parameters varies, because some parameters were originally measured or registered. Parameters were converted in equal-range series using 2 m steps; - two or more parameter values were determined, then the mean-weighted (i.e. accounting the sample length) value is assigned to the entire interval; - one parameter value was determined, measured or registered independently from the parameter values in depth intervals which over- and underlie it, then the value is assigned to the entire interval; - one parameter value was determined, measured or registered for two adjoining depth intervals, then the specific value is assigned to the depth interval, which represents >75% of sample length ; if each of adjoining depth intervals represents <75% of sample length, then the correspondent parameter value is assigned to both intervals of depth. This collection of ice core data (version 2000) was made available through the EU funded QUEEN project by S.M. Arkhipov, Moscow.

Annual-layer thickness, d18O and sodium values on Akademii Nauk ice core (AD 900-1998) based on core chronology AN 2012

Understanding recent Arctic climate change requires detailed information on past changes, in particular on a regional scale. The extension of the depth-age relation of the Akademii Nauk (AN) ice core from Severnaya Zemlya (SZ) to the last 1100 yr provides new perspectives on past climate fluctuations in the Barents and Kara seas region. Here, we present the easternmost high-resolution ice-core climate proxy records (d18O and sodium) from the Arctic. Multi-annual AN d18O data as near-surface air-temperature proxies reveal major temperature changes over the last millennium, including the absolute minimum around 1800 and the unprecedented warming to a double-peak maximum in the early 20th century. The long-term cooling trend in d18O is related to a decline in summer insolation but also to the growth of the AN ice cap as indicated by decreasing sodium concentrations. Neither a pronounced Medieval Climate Anomaly nor a Little Ice Age are detectable in the AN d18O record. In contrast, there is evidence of several abrupt warming and cooling events, such as in the 15th and 16th centuries, partly accompanied by corresponding changes in sodium concentrations. These abrupt changes are assumed to be related to sea-ice cover variability in the Barents and Kara seas region, which might be caused by shifts in atmospheric circulation patterns. Our results indicate a significant impact of internal climate variability on Arctic climate change in the last millennium.

Physical properties of deep sea sediments

Erstmals quantitativ bearbeitete Rutschungen aus dem Tiefseebereich des äquatorialen Ostatlantiks liegen auf Hängen von 0,4 Grad und 0,7 Grad - das ist sehr viel flacher als die für statische Rutschungsauslösung benötigte kritische Hangneigung (14 Grad bis 16 Grad ). Im Gegensatz zu Flachwassergebieten kann bei Wassertiefen von über 4000 m natürlich der Einfluß von Wellenwirkung und Tidenhub auf die Hangstabilität vernachlässigt werden. Die Sedimentationsraten sind in diesem Bereich zur Bildung eines Porenwasserüberdruckes vielfach zu niedrig. Nach den Hangstabilitätsanalysen bilden hier Erdbeben den wirksamsten Auslösemechanismus für die Rutschungen. Dies gilt auch für Rutschungen an den Kontinentalrändern von Nordwest- und Westafrika sowie für das europäische Nordmeer und für Rutschungen im nördlichen Fidji-Becken. Das Alter der besonders gut datierten Rutschungen vom nordwestafrikanischen Kontinentalrand und der Tiefsee des äquatorialen Ostatlantiks schwankt zwischen 16,000 J.v.h. und 18,000 J.v.h. sowie etwa 130,000 J.v.h.. Es handelt sich dabei um Phasen des Beginns besonders starker Meeresspiegelschwankungen. Ein Vergleich der Meeresspiegelkurve mit dem Alter älterer Rutschungen zeigt ebenfalls eine Parallele mit Zeiten von Regressionen und Transgressionen. Durch die Meeresspiegelschwankungen werden isostatische Vertikalbewegungen des Tiefseebodens von bis zu 30 m bewirkt, die Spannungen in den Lithosphärenplatten erzeugen. Sie allein sind jedoch nicht groß genug, um Brüche in intakten Plattenbereichen zu verursachen. Entlang alter, ehemals aktiver Transform-Bruchzonen (Fracture Zones) können jedoch die aufgebauten Spannungen eher wieder abgebaut werden. Dabei entstehen kleinere Erdstösse und führen zur Auslösung von Rutschungen. Ein Vergleich der Verbreitung von Transform-Störungen und Rutschungen vor Norwegen, Nordwest- und Westafrika sowie vor dem südlichen Afrika zeigt, daß in diesen Gebieten Rutschmassen tatsächlich besonders häufig entlang und in der Verlängerung von Fracture Zones auftreten. Modellrechnungen, die mit typischen Werten für Hangwinkel (0,5 Grad bis 3 Grad) von Tiefseeböschungen und passive Kontinentalränder sowie für häufig ermittelte Scherfestigkeitsgradienten im Sediment (0,5 kPa/m bis 1,7 kPa/m) durchgeführt wurden, ergaben, daß in Gebieten mit normal konsolidierten Sedimenten (ohne Porenwasserüberdruck) nur Erdbeben Rutschungen ausgelöst haben können.