平頂冰川雪坑離子濃度特征分析范文

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《環(huán)境化學(xué)雜志》2015年第十期

摘要

運(yùn)用海鹽離子示蹤法對(duì)于2009年8月在天山東段哈密廟爾溝平頂冰川采取的雪坑數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，哈密廟爾溝平頂冰川Ca2+和Na+為主要陽離子，Cl－為主要的陰離子，該雪坑化學(xué)離子排名為Cl－＞Na+＞Ca2+＞K+＞SO2－4＞NO－3＞Mg2+＞NH+4，Mg2+是所有離子中變率最大的離子．K+和Ca2+主要來源于陸源物質(zhì)，而Mg2+和Na+大部分來源于海洋源．部分離子受局地氣候環(huán)境和地形影響較大．

關(guān)鍵詞

天山東段，廟爾溝平頂冰川，雪冰化學(xué)，離子特征．

政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第五次工作報(bào)告指出，全球氣候變化異常，氣溫升高，且大氣污染較嚴(yán)重，在冰凍圈表現(xiàn)得尤為明顯［1］．由于人類活動(dòng)加劇，環(huán)境污染不斷增加，因此引起的冰川環(huán)境問題更加嚴(yán)重，隨著全球變化研究的進(jìn)一步開展，地球表面的各成分化學(xué)特征成為重點(diǎn)研究對(duì)象．雪冰化學(xué)特征研究對(duì)于揭示氣候變化具有非凡的意義，冰雪中的離子是反映區(qū)域氣候環(huán)境污染變化的重要指示因子，因而探求雪冰中陰陽離子等化學(xué)物質(zhì)的特征、來源和變化過程具有重要的參考價(jià)值［2-7］．研究該區(qū)域的雪冰化學(xué)特征對(duì)探討東天山東段區(qū)域內(nèi)水源演化以及政府決策具有重要的參考價(jià)值．

1樣品的采集和分析

1．1研究區(qū)概況廟爾溝平頂冰川(圖1)位于哈爾里克山南坡、哈密市東北方向，積累區(qū)朝向西南，屬溫帶荒漠氣候，位于古爾班通古特沙漠、塔克拉瑪干沙漠和鄯善沙漠的環(huán)繞之中，氣候干燥、降水量稀少，蒸發(fā)嚴(yán)重，受局地沙塵暴天氣影響較大［3］．水汽主要來源為西風(fēng)帶來水汽、北冰洋水汽和印度洋因季風(fēng)環(huán)流所帶來水汽．面積3．64km2，海拔介于3840m至4513m之間，這一區(qū)域冰川的冰雪融水是吐哈綠洲區(qū)域生態(tài)平衡、人畜生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要水源地，對(duì)于天山東段哈密廟爾溝平頂冰川的雪冰化學(xué)研究尤為重要．

1．2數(shù)據(jù)分析與研究方法2009年8月在廟爾溝平頂冰川積累區(qū)4300m海拔點(diǎn)挖取雪坑一個(gè)．采樣地點(diǎn)表面平整，積雪較為豐富，雪坑狀況良好．采樣過程嚴(yán)格按照雪冰雪坑采樣程序進(jìn)行［4-5］，著重進(jìn)行雪冰化學(xué)相關(guān)研究的科學(xué)研究考察工作．該冰川位于中亞沙塵源區(qū)，水汽主要是西風(fēng)帶來的海洋源和中亞區(qū)域內(nèi)湖泊水汽源，夏季的降水占全年降水90%以上，且西風(fēng)帶來的海洋水汽是冰川補(bǔ)給的主要來源，因而選擇海洋離子示蹤法［5］來探討離子來源意義重大．海鹽示蹤離子的選擇判斷依據(jù)如下:若Mg2+/Na+和Cl－/Na+當(dāng)量比值等于或大于海鹽中離子相應(yīng)比值(Mg2+/Na+=0．227，Cl－/Na+=1．165)時(shí)，則選取Na+為海鹽示蹤離子;若Mg2+/Cl－和Na+/Cl－當(dāng)量比值等于或大于海鹽中離子相應(yīng)比值(Mg2+/Cl－=0．195，Na+/Cl－=0．859)時(shí)，則選取Cl－為海鹽示蹤離子;若Cl－/Mg2+和Na+/Mg2+當(dāng)量比值等于或大于海鹽中離子相應(yīng)比值(Cl－/Mg2+=5．126，Na+/Mg2+=4．403)時(shí)，則選取Mg2+為海鹽示蹤離子．通過計(jì)算本研究數(shù)據(jù)，Mg2+/Na+和Cl－/Na+比值分別為0．107和1．180，Mg2+/Cl－和Na+/Cl－比值分別為0．09和0．846，Cl－/Mg2+和Na+/Mg2+比值分別為11．02和9．33，基于結(jié)果對(duì)比判斷依據(jù)，選取Mg2+作為海鹽示蹤離子．利用非海洋源離子含量公式計(jì)算。

2結(jié)果和討論

2．1雪坑離子整體化學(xué)特征表1顯示天山哈密廟爾溝平頂冰川雪坑中主要陽離子是Na+和Ca2+，主要陰離子為Cl－和SO2－4，離子排名為Cl－＞Na+＞Ca2+＞K+＞SO2－4＞NO－3＞Mg2+＞NH+4，且主要陰離子Cl－和主要陽離子Na+濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他離子濃度水平。由表1根據(jù)海鹽離子示蹤法計(jì)算得出Na+非海洋源占比為29%，從而Na+海洋源占比為71%，Mg2+非海洋源占比44%，海洋源對(duì)應(yīng)為56%，這也就解釋了廟爾溝平頂冰川海洋源離子前兩位Na+、Mg2+和海洋中離子濃度大小順序具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系．

2．2廟爾溝平頂冰川離子變化特征圖2顯示出雪坑離子濃度隨深度變化也表現(xiàn)出不同的特征，造成這種變化的原因可能是由于大氣沙城活動(dòng)季節(jié)變化、水汽來源的季節(jié)變化以及雪層在消融期出現(xiàn)淋融作用所引起的結(jié)果．圖2顯示出雪坑在10cm處離子濃度較中間部分高，可能與采取數(shù)據(jù)期間降落新雪，大氣環(huán)流和局部地區(qū)氣流變化從吐哈盆地工業(yè)區(qū)帶來一些污染物有關(guān)，在10cm和40cm處離子濃度出現(xiàn)兩個(gè)明顯的峰值，是非常明顯的兩個(gè)污化層，濃度出現(xiàn)峰值可能是因?yàn)闅夂蜃兓?、大氣環(huán)流和局地水汽環(huán)流所造成的化學(xué)物在此范圍內(nèi)長期沉積而成．這恰恰也說明了環(huán)境污染等信息在此范圍內(nèi)得以很好的保存，也給氣候變化研究和冰芯研究提供相應(yīng)的佐證．表2結(jié)果顯示，Mg2+是8種主要離子中變率最大的離子，變率達(dá)到了15．7．2．3哈密廟爾溝平頂冰川雪坑離子來源分析廟爾溝平頂冰川位于古爾班通古特沙漠、塔克拉瑪干沙漠和鄯善沙漠的環(huán)繞之中，東、南、北方向外圍均為荒漠戈壁，受局地沙塵暴天氣影響較大．表1顯示廟爾溝平頂冰川Na+和Mg2+是所有海洋源離子中海洋源比重最大的離子，海洋源比例分別占到71%和56%．Ca2+和NH+4是所有的離子中非海洋源比重最大的離子，非海洋源比例為100%，完全是來源于陸地．主要是由于冰川在中亞粉塵源區(qū)，周圍被沙漠所環(huán)繞，通過西風(fēng)環(huán)流所攜帶的沙漠粉塵在此沉積在冰川，所以導(dǎo)致了Ca2+呈現(xiàn)出非海洋源占比達(dá)到100%的比例．由于廟爾溝平頂冰川處在吐哈盆地，吐魯番和哈密是東天山最重要的工農(nóng)業(yè)活動(dòng)地域，人類不合理的農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及重工業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣的排放，導(dǎo)致廟爾溝平頂冰川受到一定程度上的污染．SO2－4和NO－3的主要來源是人類不合理的工農(nóng)業(yè)活動(dòng)所造成的污染所導(dǎo)致，比如化石燃料的燃燒和生物有機(jī)質(zhì)的燃燒以及牲畜活動(dòng)和化學(xué)肥料的使用．Mg2+作為海洋示蹤離子，是海洋源排名第二的離子，因此Mg2+表現(xiàn)出最大的變率，恰好證明是由于夏季西風(fēng)帶來水汽形成降水，在冰面得以很好的保存，形成和其他季節(jié)不同的離子濃度當(dāng)量．

3結(jié)論

(1)冰川的雪坑離子濃度大小順序Cl－＞Na+＞Ca2+＞K+＞SO2－4＞NO－3＞Mg2+＞NH+4，Cl－是所有離子中當(dāng)量最大的離子．其中Na+和Ca2+是主要的陽離子，Cl－和SO2－4是主要的陰離子，各種離子濃度在表層和中底層呈現(xiàn)出不同的特征．Mg2+是所有離子中變率最大的離子，NH+4是所有離子中變率最小的離子．(2)廟爾溝平頂冰川雪坑中主要離子主要來源于陸地礦物粉塵和人類工農(nóng)業(yè)活動(dòng)．其中Ca2+和NH+4是所有的離子中非海洋源比重最大的離子，非海洋源比例為100%，完全是來源于陸地．Na+和Mg2+是所有海洋源離子中海洋源比重最大的離子，海洋源比例占到71%和56%．此外西風(fēng)環(huán)流所帶來的海洋水汽可能也是離子來源的主要途徑．SO2－4和NO－3來源于沙塵源傳輸，且受人類工業(yè)活動(dòng)影響較大．

參考文獻(xiàn)

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［7］張曉宇，李忠勤，王飛騰，等．中亞天山托木爾峰地區(qū)青冰灘72號(hào)冰川雪坑化學(xué)離子特征及其環(huán)境指示意義［J］．地理科學(xué)，2012，32(5):641-648

作者：陳物華 李忠勤 懷保娟 單位：西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天山冰川試驗(yàn)站 中國科學(xué)院研究生院