平頂冰川雪坑離子濃度特征分析范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了平頂冰川雪坑離子濃度特征分析參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《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(yáng)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(lái)源于陸源物質(zhì)，而Mg2+和Na+大部分來(lái)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(wèn)題更加嚴(yán)重，隨著全球變化研究的進(jìn)一步開(kāi)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(yáng)離子等化學(xué)物質(zhì)的特征、來(lái)源和變化過(guò)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(lái)源為西風(fēng)帶來(lái)水汽、北冰洋水汽和印度洋因季風(fēng)環(huán)流所帶來(lái)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(guò)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(lái)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(lái)的海洋水汽是冰川補(bǔ)給的主要來(lái)源，因而選擇海洋離子示蹤法［5］來(lái)探討離子來(lái)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(lái)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(lái)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⒋髿猸h(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(zhǎng)期沉積而成．這恰恰也說(shuō)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(lái)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)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(yáng)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(lái)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(lái)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(lái)的海洋水汽可能也是離子來(lái)源的主要途徑．SO2－4和NO－3來(lái)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)

［1］沈永平，王國(guó)亞．IPCC第一工作組第五次評(píng)估報(bào)告對(duì)全球氣候變化認(rèn)知的最新科學(xué)要點(diǎn)［J］．冰川凍土，2013，35(5):1068-1076

［2］WangFT，WangL，KangJ，etal．Chemicalcharacteristicsofsnow-firnpackinAltaiMountainsandit'senvironmentalsignificance［J］JournalofEarthScience，2011，22(4):482-489

［3］崔曉慶，任甲文，秦翔，等．祁連山老虎溝冰芯草酸根和氟離子的記錄及環(huán)境意義［J］．環(huán)境化學(xué)，2011，30(11):1919-1925

［4］董志文，李忠勤，王飛騰，等．天山東部冰川積雪中大氣粉塵的沉積特征［J］．地理學(xué)報(bào)，2008，63(5):544-552

［5］董志文，李忠勤，張明軍，等．天山奎屯哈希勒根51號(hào)冰川雪坑化學(xué)特征及環(huán)境意義［J］．地理科學(xué)，2010，31(1):149-156

［6］李向應(yīng)，劉時(shí)銀，韓添丁，等．天山東部冰川雪坑離子濃度特征的對(duì)比研究———以奎屯哈希勒根51號(hào)冰川和哈密廟爾溝冰川為例［J］．地球科學(xué)進(jìn)展，2008，23(12):1269-1276

［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(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天山冰川試驗(yàn)站 中國(guó)科學(xué)院研究生院