天山乌鲁木齐河源一号冰川冰芯中生物有机酸记录及其与南北极地区的差异

天山乌鲁木齐河源一号冰川为一中纬度山谷冰川,其冰芯中所记录的生物有机酸计有甲酸、乙酸、草酸和丙酮酸,最近 ４０年其平均含量分别为（１０２．８± １４７．３）,（３９２．３± ３９０．８）,（６．９± １４．８）和（４．２±８．３） ｎｇ／ｇ．甲酸／乙酸平均值为 ０．３４±０．４３．这些生物有机酸源于乌鲁木齐河源周边城市工业生产和人类生活对大气的污染．与极地地区相比,该地区的有机酸远远高于格陵兰和南极洲相应组成的含量,且未经远距离传输和复杂的大气化学反应．     

慕士塔格冰芯记录的近50年来大气中铅含量变化

分析了慕士塔格冰芯记录的过去45年以来Pb浓度变化. 研究发现, 冰芯中Pb浓度从1973年开始大幅度升高, 中间分别在1980和1993年附近出现了两个高值阶段, 从1993到现在, Pb浓度又逐渐开始降低. 研究表明, 慕士塔格冰芯中Pb浓度变化主要与来自于西面的中亚5国Pb工业活动有关, 而当地的人类活动的影响有限.     

慕士塔格海拔7010 m冰芯中记录到的切尔诺贝利核泄漏事件

慕士塔格7000 m海拔处钻取的一根长度为41.6 m长的冰芯中的总β活化度随深度变化不仅记录到了1963年热核试验所产生的放射性参考层, 而且更清楚地显示了1986年切尔诺贝利核泄漏灾难所产生的放射性峰值. 这标志着这一核灾难事件清楚地保存在中国西部帕米尔高原高海拔冰芯记录中, 而且可以作为附近高海拔地区冰芯定年中另一个重要的放射性参考层.     

慕士塔格冰芯记录的近50年来碳质气溶胶含量变化

应用热分析方法对慕士塔格冰芯中1955~2000年的碳质气溶胶含量进行了分析, 结果显示, 冰芯中有机碳(OC)和元素碳(EC)的含量较高, 其平均值分别达到61.8和32.9 ng·g^-1, 并且呈现强的年际变化, 其波动范围分别为17.7~216.7和6.5~124.6 ng·g^-1. 尽管该冰芯平均32.9 ng·g^-1的EC含量较同时段的阿尔卑斯冰芯EC记录(100~300 ng·g^-1)要低, 但却是格陵兰冰芯记录(2~6 ng·g^-1, 平均2.3 ng·g-^-1)的14倍, 这对该区46 a来雪冰反照率有重要的影响. 该期间慕士塔格冰芯碳质气溶胶含量经历了2个高值期(1955~1965和1974~1989)和2个低值期(1966~1973和1990~1995), 并在近期呈现上升趋势. 通过对该冰芯SO₄^2-含量的分析及与OC/EC含量的比较, 初步断定沉降于该区雪冰中的碳质气溶胶的来源是以化石燃料燃烧排放为主.     

天山乌鲁木齐河源一号冰川冰芯中生物有机酸记录及其与南北极地区的差异

天山乌鲁木齐河源一号冰川为一中纬度山谷冰川, 其冰芯中所记录的生物有机酸计有甲酸、乙酸、草酸和丙酮酸, 最近40年其平均含量分别为(102.8±147.3), (392.3±390.8), (6.9±14.8)和(4.2±8.3) ng/g. 甲酸/乙酸平均值为0.34±0.43. 这些生物有机酸源于乌鲁木齐河源周边城市工业生产和人类生活对大气的污染. 与极地地区相比, 该地区的有机酸远远高于格陵兰和南极洲相应组成的含量,且未经远距离传输和复杂的大气化学反应.     

扩扩色勒冰芯污化层记录的青藏高原西部过去100年来大气粉尘的变化特征

冰芯粉尘记录是重建大气粉尘特征的良好指标.本文利用慕士塔格山扩扩色勒冰芯污化层重建青藏高原西部近百年来大气环境变化特征.研究发现,污化层等级和污化层厚度比率两个指标与该冰芯Ca~(2+)离子具有较好的一致性,说明其可以作为陆源粉尘的良好指标,为快速获取冰芯大气环境特征提供新手段.污化层比率与中亚粉尘源区和青藏高原北缘粉尘源区的现代沙尘观测记录具有较好的一致性,说明其能够反映近期沙尘事件的变化趋势,冰芯粉尘可能来源于两个源区的共同输入.该地区沙尘天气在1900~2010年间的发生频率呈现逐渐减少的趋势,其原因可能与粉尘源区因降水增多而引起的沙尘事件减少、西风增强引起的局地降水增多,以及青藏高原地面风速减少等方面因素共同作用有关.     

青藏高原北部马兰冰芯记录所揭示的近200年来沙尘天气发生频率变化趋势

通过对青藏高原北部马兰冰芯污化层状况的分析, 提出该冰芯中污化层厚度比率是沙尘天气 发生频率的良好指标, 并揭示出近200年来马兰冰芯中污化层厚度比率呈降低趋势, 指示了这一时期沙尘天气发生频率呈减少趋势. 降水增加以及由气候变暖所引起的西风环流强度的可能减弱, 是马兰冰芯记录所揭示的近200年来沙尘天气发生频率呈减少趋势的主要原因. 研究还发现, 马兰冰芯中污化层厚度比率与δ¹⁸O值之间存在着显著的负相关, 这对研究大气尘埃含量与气候变化之间关系具有重要意义.     

东南极780年来DT263冰芯中的火山喷发记录研究

地球上的火山活动使南极冰盖中沉积了超高含量的非海盐硫酸根离子. 通过对东南极Dome A边缘DT263冰芯进行的离子成分化学分析, 得到了详尽的硫酸根离子记录. 利用火山定年标志层并结合Na⁺季节性变化特征进行定年, 确定冰芯连续积累了780年(1215~1996年). 1800~1460年期间当地年均积累率强烈低于该阶段前后的积累率, 该时期与已在北半球找到众多存在证据的“小冰期”气候事件时间相吻合. 火山成因的非海盐硫酸根离子浓度异常峰值说明冰芯中明显记录了至少17次火山活动. 对比其他几支南极冰芯, 一些著名火山信号的强度存在明显差异, 可能与不同冰芯钻探地点积累率、微地形、冰雪的原地堆积和重新分配作用差异、火山物质传输途径的不同、以及硫酸根离子化学分析测量技术等因素有关. 南半球中、高纬度地区的火山喷发对南极冰雪内火山信号强弱的影响明显大于低纬度地区的火山.     

慕士塔格冰芯中近百年来NH4+浓度的变化

NH₃作为大气中主要的碱性气体, 在大气化学中扮演着重要的角色. 为研究历史时期大气NH₃含量, 借以冰芯中NH4+浓度变化来反映大气NH₃含量的变化. 2003年在东帕米尔高原慕士塔格峰海拔7010 m处钻取了一支长54.6 m的透底冰芯, 分析了该冰芯上部51.6 m近百年来NH₄⁺浓度记录. 结果表明, 慕士塔格冰芯中NH₄⁺浓度自20世纪初突然降低后平缓过渡至1930s, 其后缓慢增加, 在1966/1967年略有下降后呈持续增长趋势, 至1990s末达到最大. 冰芯中NH₄⁺浓度的增加与邻近气象站和北半球升温趋势相似, 反映了温度对NH3排放的影响. 慕士塔格地区大气中的NH₃主要受中亚及周边地区排放源的影响.     

离子淋溶作用对冰川化学记录形成的影响

积雪融化时,50％～80％的化学离子会随最初30％的融水流失。因此淋溶作用改变了雪层内化学元素原始季节层理记录,而代之以新的分布形式,这便成为冰芯记录而长期储存下来。因此,弄清楚淋溶前后各离子分布的相关关系,是进行高精度冰芯古环境、古气候记录恢复的重要依据。     

冰芯记录的南印度洋“南极绕极波”近期信号

利用 1996 年中国南极考察期间在东南极冰盖Princess Elizabeth地区钻取的冰芯(DT001), 对1745~1996年冰芯δ ¹⁸O和海盐气溶胶离子变化进行了分析研究, 研究表明可以用主要化学离子的经验正交函数分析的第一特征向量(EOF1)代表海盐气溶胶传输强度, 是南印度洋准稳态低压带平均海面气压(SLP)的代用指标; δ ¹⁸O则反映该低压带中海表气温(SST)的变化; 冰芯近20年的记录反映了SST和SLP的4次连续波列, 分别对应于NCEP/NCAR资料再现的4列“南极绕极波”(ACW), 且冰芯中SST和SLP代用指标间存在的1~2年位相差也与ACW中SST和SLP间的位相差一致. NCEP/NCAR再分析资料和DT001冰芯记录表明1958~1980年间没有连续和显著的ACW信号. DT001冰芯过去252年长期记录中SST与SLP之间没有1年的位相差关系,不具备ACW基本特征, 从而反证了南印度洋没有ACW的长期连续信号, 1980s后的ACW极可能是ACW启动区发生气候转型后新出现的气候波类型. 但从Na⁺与δ ¹⁸O十年平均变化和位相关系看, 极可能还存在周期约21年的年代际气候振荡.     

珠穆朗玛峰东绒布冰芯1800 AD以来的火山活动记录

通过元素Bi的含量, 研究了珠穆朗玛峰东绒布冰芯记录的1800 AD以来的9次强火山活动的信号. 结果表明, 东绒布冰芯中Bi含量的变化对关键区域的强火山活动有很好的记录, 这为山地冰芯定年提供了很好的标志层, 并为开展更长时间序列的山地冰芯火山记录研究提供了基础.     

慕士塔格冰芯中大气粉尘记录的季节变化

根据帕米尔东部的慕士塔格冰芯中氧同位素比值和微粒记录, 揭示了过去近40 a来该地区大气粉尘的季节变化特征. 研究显示, 慕士塔格冰芯中粉尘浓度的高值和较粗的粒径具有与氧同位素比值相似的变化趋势, 约有50%~60%的高粉尘浓度样品出现在氧同位素比值的高值时段, 即夏季高温期, 而在春季和冬季出现的频率较低. 气团反轨迹追踪结果表明西亚(如伊朗-阿富汗高原)和中亚地区是慕士塔格粉尘的主要源区, 这些源区的尘暴频发期出现在夏季(5~8月份). 而中国西部和北部的尘暴频发期出现在春季(3~5月份), 两者在时间上存在差异. 亚洲粉尘传输路径上不同地点(如日本、北太平洋和格陵兰)的粉尘浓度出现的季节与中国西北部地区一致, 其浓度峰值出现在春季(尤其是4月). 亚洲干旱区的不同区域在尘暴频发季节上存在显著差异, 这将有助于深入理解其对北半球粉尘的贡献及其气候效应.     

古里雅冰芯中钙离子与大气粉尘变化关系

通过青藏高原古里雅冰芯的研究, 发现陆源的Ca²⁺离子是可溶气溶胶中的主要阳离子, 可以作为中、低纬干旱区周边山地冰芯中反映大气成分和环境变化的指标. 在古里雅冰芯中, 末次间冰期以来Ca²⁺离子浓度存在明显的变化, 有两个较强的增高时期和两个较弱的增高时期, 这些变化总体与气候变化相关. 即气候变冷时, Ca²⁺离子浓度升高; 气候变暖时, Ca²⁺离子浓度降低. 但Ca²⁺离子浓度变化并非总是在气候变暖时降低和在气候变冷时升高, 与温度记录在变化相位和幅度上也不完全一致. 大气环流、高原下垫面以及大气湿度的变化可能是除温度以外的重要影响因素.     

北祁连山榴辉岩锆石SHRIMP定年及其构造意义

应用阴极发光和离子探针技术, 对北祁连山高压变质带两个榴辉岩样品中的锆石进行了结构和形态学观察以及原位U-Pb定年. 所获得的年龄值分别为463 ± 6 和468 ± 13 Ma, 代表了本区榴辉岩相变质时代. 这是北祁连山加里东期高压变质作用的最早记录, 可能代表了大洋板块俯冲进入上地幔经受榴辉岩相变质的时间.     

安顺大气降水中低分子有机酸的季节变化及其来源

低分子有机酸是对流层大气的重要组成成分,对大气降水的酸度有重要的贡献.2007年6月～2008年6月共采集贵州省安顺大气降水118次,采用离子色谱法测定了样品中主要的低分子有机酸成分.结果表明,安顺大气降水总体呈酸性,pH均值为4.89.大气降水中最主要的有机酸成分为甲酸、乙酸和草酸,它们的雨量平均浓度依次为8.77,6.90和2.84μmolL-1.有机酸含量和沉降通量的季节变化规律显示植物生长释放作用是有机酸的主要来源,冬季有机酸的浓度高值可能与相对较低的降雨量以及其他大气污染输入途径有关.甲酸与乙酸具有极显著的相关性(P<0.01),相关系数为0.80,表明甲酸与乙酸具有相似的来源或者不同来源的相似源强.(F/A)T有机酸来源判定曲线显示安顺大气降水中有机酸的主要来源为直接来源,如植物生长释放、生物质燃烧和汽车尾气排放等.贵州4种不同类型地区的对比结果显示,在污染较大的大中城市,无机离子是大气降水致酸的重要因素;然而在清洁城市或偏僻地区,低分子有机酸对大气降水的阴离子和总自由酸的贡献较大.因此,控制此类地区有机酸的排放对于酸雨的防治工作显得尤为重要.     

安顺大气降水中低分子有机酸的季节变化及其来源

低分子有机酸是对流层大气的重要组成成分, 对大气降水的酸度有重要的贡献. 2007 年6月~2008 年6 月共采集贵州省安顺大气降水118 次, 采用离子色谱法测定了样品中主要的低分子有机酸成分. 结果表明, 安顺大气降水总体呈酸性, pH 均值为4.89. 大气降水中最主要的有机酸成分为甲酸、乙酸和草酸, 它们的雨量平均浓度依次为8.77, 6.90 和2.84 μmol L?1. 有机酸含量和沉降通量的季节变化规律显示植物生长释放作用是有机酸的主要来源, 冬季有机酸的浓度高值可能与相对较低的降雨量以及其他大气污染输入途径有关. 甲酸与乙酸具有极显著的相关性(P<0.01), 相关系数为0.80, 表明甲酸与乙酸具有相似的来源或者不同来源的相似源强. (F/A)T 有机酸来源判定曲线显示安顺大气降水中有机酸的主要来源为直接来源, 如植物生长释放、生物质燃烧和汽车尾气排放等. 贵州4 种不同类型地区的对比结果显示, 在污染较大的大中城市, 无机离子是大气降水致酸的重要因素; 然而在清洁城市或偏僻地区, 低分子有机酸对大气降水的阴离子和总自由酸的贡献较大. 因此, 控制此类地区有机酸的排放对于酸雨的防治工作显得尤为重要.     

末次间冰期以来古里雅冰芯微粒记录与极地冰芯的对比

通过古里雅冰芯中δ18O与微粒含量的研究, 恢复了末次间冰期以来青藏高原大气粉尘和环境变化的历史. 记录显示, 青藏高原在末次间冰期时处于低粉尘值, 105 ka时高原上的粉尘浓度开始升高. 约75 ka左右进入冰期后, 微粒浓度大幅度剧增, 并在末次冰期早期(MIS 4阶段)达到了最高水平. 在末次冰盛期, 古里雅冰芯中微粒含量的增加并不显著, 与南极和格陵兰不同. 在轨道时间尺度上, 温度和北半球高纬夏季太阳辐射与微粒记录都有良好的相关性, 但也存在幅度和相位上的差异. 青藏高原及其外围山地的冰芯记录反映的是中亚粉尘源区以及粉尘传输起始阶段的变化, 而格陵兰冰芯记录反映的是粉尘最终的沉积状况, 二者的意义是不同的.     

青藏高原希夏邦马冰芯中的环境变化信息

1996年8月中美联合冰芯考察队在青藏高原希夏邦马峰达索普冰川(长105ｋｍ,面积2167ｋｍ2,28°24′Ｎ,85°46′Ｅ),攀登到海拔7000ｍ以上的冰雪平台,利用手摇钻钻取了18和20ｍ2根冰芯,首次取得世界山地冰川海拔最高的冰芯,这对该地区大气环境和气候研究都具有重要意义.由于该地区海拔高、气候寒冷、消融微弱,所以粒雪年层保存完好,成冰作用以重结晶为主,是该地区冰芯研究的理想部位.本文根据20ｍ冰芯的分析结果,探讨了冰芯记录的希夏邦马地区的环境变化信息.图1　达索普冰川海拔7000ｍ冰芯中δ18Ｏ,ＳＯ2-4,ＮＯ-3和Ｃａ2 随深度的变化1　离…     

冰芯研究的过去、现在和未来

冰芯与气候和环境变化关系的研究是通过从冰川(包括冰盖和冰帽及其他类型的冰川)中钻取冰样,检测过去气候与环境变化、监测现代气候与环境变化、预测未来气候与环境变化的一个多学科交叉性前沿研究领域.通过对冰芯中气候与环境信息的研究,可揭示近至现代、远至过去几十万年的气候、环境特征,同时也可通过与现代气象记录的结合,提高预报未来气候变化的能力冰芯研究的思想最初由H.Bader 于1954年提出,C.C.Langway等人又进一步发展和实践了这一思想.第一根穿透整个冰盖的冰芯计划是1966年在格陵兰Camp Century实施的.其后相继完成的有1968年实施的南极Byrd Station冰芯计划、1979年实施的南极Dome C冰芯计划以及80年代初在南极实施的Vostok冰芯计划和在格陵兰实施的Dye 3冰芯计划等.1989年至1990年,秦大河等通过国际横穿南极科学考察,实施了大范围浅