Spring peaks of major and trace elements in snow at Asuka Station, east Antarctica

Abstract

In the austral spring of 1991, drifting snow samples were collected at Asuka Station (71 deg 32 min S, 24 deg 08 min E, 930 m above sea level) in Queen Maud Land, east Antarctica. A total of 36 elements including Na, Mg, K, Ca, Fe, Al, Li, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Se, Rb, Sr, Cd, Pb, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and Th in snow were analyzed by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS). Major soluble ions (Cl(-), NO3(-) and SO4(2-)) of the snow were also determined by ion chromatography. Based on data available for comparison, the concentration ranges of the elements in Antarctic snow are one to four orders of magnitude smaller than those of Arctic snow. Pronounced peak concentrations of most of the elements and non sea salt sulfate were observed in late September to early October at Asuka Station. Before the peak concentration, enrichment factor analysis indicates that Na, Mg, Ca, K and Sr are of sea salt origins and Al, Fe, Mn, Rb, Cr, Ni, Ga, V and all the rare earth elements are of crustal origin. After the peak concentration, sea salt and crustal enrichment factors showed several fold increase. Chloride ion shows a strong correlation with Na. The precipitation of anomalously enriched elements with non sea salt sulfates could be derived from anthropogenic matter and volcanism, possibly from the Mt. Pinatubo eruption (June 1991) or the Mt. Hudson eruption (August 1991).

1991年の南半球の春期に、南極東部のQueen Maud Landにある飛鳥基地(南緯71度32分、東経24度08分、海抜930m)において、地吹雪のサンプルを採取した。合計36種類の元素を誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)によって雪のサンプル中から検出した。その内訳は次の通りである。Na、Mg、K、Ca、Fe、Al、Li、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Se、Rb、Sr、Cd、Pb、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、およびTh。主要な可溶性イオン(Cl(-)、NO3(-)およびSO4(2-))もイオンクロマトグラフィによって決定した。入手出来るデータに基づいて比較した結果、南極の雪中の元素の濃度範囲は北極の雪中の場合よりも1桁から4桁ほど小さかった。ほとんど全ての元素および海水塩起源以外の硫酸イオンの濃度について飛鳥基地において9月後半から10月前半に顕著な極大が観測された。ピーク濃度の出現前の濃縮係数解析から、Na、Mg、Ca、K、およびSrは海水塩起源であり、Al、Fe、Mn、Rb、Cr、Ni、Ga、V、および全希土類元素は地殻起源であることを示している。ピーク濃度の出現後では、海水塩類および地殻塩類についての濃縮係数は数倍の増加を示した。塩素イオンはナトリウムと強い相関を示している。海水塩以外の起源を持つ硫酸イオンで例外的に濃縮された元素の沈降は、人為起源および火山性起源によるものでありると考えることができる。その火山活動の例としてはピナツボ火山噴火(1991年6月)あるいはハドソン火山噴火(1991年8月)からの可能性が挙げられる。