Study of snow, supraglacial debris and particulate matter released from the glacier systems of Austre Brøggerbreen and Vestre Brøggerbreen at Ny-Ålesund, Svalbard

Abstract

Som et resultat av klimaendringer har Arktis opplev økte temperaturer. En av de mest drastiske trendene har blitt observert på Austre Brøggerbreen i Ny-Ålesundsområdet.

Ulike partikulære materiale som kryokonitt, supraglasiale materiale, strømningssediment, og snø samlet inn fra de to bresystemene Austre Brøggerbreen og Vestre Brøggerbreen, i Ny- Ålesundsområdet ble undersøkt for å øke kunnskapen om de kjemiske sammensetningene av materiale frigjort fra bresystemene på Svalbard. De fleste prøvene ble samlet inn direkte fra overflaten av isbreene.

Prøver ble analysert for elementkomponentanalyse ved bruk av induktivt koblet plasma masse spektrometri (ICP-MS). Vann- og snøprøver ble analysert ved høytemperaturforbrenning med ikke-dispersiv infrarød deteksjon (NDIR) for totalt karbon (TC), totalt uorganisk karbon (TIC) og totalt organisk karbon (TOC). Sedimentprøver ble analysert ved høytemperatur-forbrenning med ikke-dispersiv infrarød deteksjon (NDIR) for totalt karbon (TC) og totalt nitrogen (TN). Frysetørket materiale ble dekomponert ved mikrobølgeassistert dekomponering. Dekomponering ved bruk av HNO3 ble inkludert.

Det ble funnet forskjeller i de kjemiske og fysiske egenskapene til ulike prøvematerialer samlet inn fra samme bresystem og mellom de to bresystemene. En variasjon av ulike faktorer kan være årsaken til forskjellene i kjemiske og fysiske egenskaper. Det ble funnet forskjeller i de elementære sammensetningene i kryokonitt, supraglasiale materiale, supraglasiale materiale samlet fra snø, og elvesediment. Fe-, Al-, Mg-, Ca- og Na-konsentrasjoner var dominerende i kryokonitten og supraglasiale materiale. Konsentrasjoner av Ca, Na, og Mg dominerte i snøprøvene. Supraglasiale materiale og kryokonittprøver viste en statistisk signifikant forskjell i Pb- og Zn-konsentrasjoner mellom bresystemene, med likheter som presentert i tidligere studier.

Supraglasiale materiale og kryokonittprøver inneholdt et høyere nivå av uorganisk materiale, med lavt TC- og TN-innhold. De målte verdiene var i likhet med tidligere publiserte studier. TC- og TN-innholdet viste en statistisk signifikant forskjell mellom bresystemene, Austre Brøggerbreen og Vestre Brøggerbreen. Det høyeste TC- og TN-innholdet ble bestemt i prøver fra Vestre Brøggerbreen. Det ble ikke observert statistisk signifikante forskjeller i TC (%) og TN (%) konsentrasjoner mellom kryokonitt og supraglasiale materiale fra Austre Brøggerbreen.

Statistisk signifikante forskjeller i TC (%) og TN (%) konsentrasjon ble observert mellom kryokonitt og supraglasiale materiale fra Vestre Brøggerbreen. SUVA{254}-verdier av snøprøver og smeltevann var i området for hydrofile substanser, og ingen verdier indikerte noen nivåer av hydrofobe- og aromatiske substanser. SUVA{254} viste ingen statistiske forskjeller mellom de to ulike bresystemene.

Langsiktig miljøovervåking av de ulike bresystemene og flere innsamlede data er nødvendig for å diskutere sammenhengen mellom ulike isbrematerialer som kryokonitt og supraglasiale materiale kryokonittalderen og deres evne til akkumulering av elementer, partikler fra forskjellige kryokonitthull og dybder, prøvetakingssted, størrelse på bre og bretype, elementspecier, for å analysere sporelementer, miljøforurensning og deres innvirkning på miljøet, ettersom det globale klimaet er i endring.

As a result of climate change, the Arctic has experienced increased temperatures. One of the most drastic trends was seen at Austre Brøggerbreen in the Ny-Ålesund area.

Different particulate matter, such as cryoconite, supraglacial debris, flow sediment and snow, collected from the two glacier systems, Austre Brøggerbreen and Vestre Brøggerbreen, in the Ny-Ålesund area were determined in order to increase the knowledge about the chemical compositions of particulate matter released from glacier systems on Svalbard. Most of the samples were collected directly from the surface of the glaciers.

Samples were analysed for element component analysis using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Water and snow samples were analysed by high temperature combustion with Non-Dispersive Infrared detection (NDIR) for Total Carbon (TC), Total Inorganic Carbon (TIC) and Total Organic Carbon (TOC). Sediment samples were analysed by high temperature combustion with Non-Dispersive Infrared detection (NDIR) for Total Carbon (TC), Total Nitrogen (TN). Freeze-dried material were decomposed by microwave assisted digestion. Decomposition by use of HNO3 were included.

Differences in the chemical and physical properties of different sample materials collected within the same glacier system and between the two glacier systems have been observed. A variation of factors may be responsible for the differences in chemical and physical properties. The major elemental composition in cryoconite, supraglacial debris, supraglacial debris collected from snow, flow sediment and snow differed. Fe, Al, Mg, Ca, and Na concentrations were dominating in the cryoconite, supraglacial debris. The snow samples were dominated by Ca, Na, and Mg concentrations. The supraglacial debris and cryoconite samples showed a statistical significantly differences of Pb and Zn concentrations between the glacier systems, with similarities as presented in previous studies.

The supraglacial debris and cryoconite samples contained a higher level of inorganic material, with low TC and TN content. Although within the range of previously published research. The TC and TN content did show a statistically significant difference between the two glacier systems of Austre Brøggerbreen and Vestre Brøggerbreen. The highest TC and TN content were determined in samples from the glacier system of Vestre Brøggerbreen. There were not observed statistical significant differences in the TC (%) and TN (%) concentrations between cryoconite and supraglacial debris samples collected on Austre Brøggerbreen. Statistical significant differences in the TC (%) and TN (%) concentrations were observed between cryoconite and supraglacial debris samples collected on Vestre Brøggerbreen. SUVA{254} values of snow samples and meltwater were in the range of hydrophilic substances, and no values did indicate any levels of hydrophobic and aromatic substances. The SUVA{254} did not show any statistical differences between the two glacier systems.

Long term environmental monitoring of the different glacial systems and more collected data is required in order to discuss the connection between different glacial particulate matter, such as cryoconite and supraclacial debris, the cryoconite age and their abilities of accumulation of elements, particulate matter from different cryoconite holes and depth, sampling location, size of glacier and glacier type, element speciation, to analyse trace elements, environmental contamination and their impact on the environment, as the global climate is in change.