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冰芯记录在气候、环境和人类活动记录研究中独具特色,具有重要地位。然而,降雪中的各种物理、化学信息在转化为冰芯记录之前所经历的一系列后沉积过程,在很大程度上影响了冰芯记录的质量和分辨率,只有充分理解和搞清这些过程,才可能正确地破译冰芯记录。首先,本文基于2003年8月30日~2007年3月28日连续4年的观测资料,揭示了天山乌鲁木齐河源1号冰川(简称乌源1号冰川或1号冰川)雪-冰演化的物理演化过程,详细阐述了雪坑中的典型离子Mg2+、NO3-及不溶微粒演化过程,分析了不同化学成分的演化差异。并结合冰芯资料,对化学成分由雪层记录向冰芯记录转化过程中的信息损失进行了定量分析。结果表明,雪内Mg2+受沙尘影响,在春季开始形成浓度峰值,与不溶物质成分相对应,但经过淋溶作用后,会在夏季消融期末形成一个稳定的峰值,与污化层相对应。对NO3-而言,由于受淋溶作用的过程不同,尽管在春季亦形成与Mg2+相对应的浓度峰值,但经过夏季消融后,二者峰值不再对应。相比之下,NO3-信号在雪层中的保存度小于Mg2+。雪层中的化学成分经过一系列后沉积过程,最终演变成为冰芯记录,但这一过程中,化学成分的浓度和变化规律(表现在浓度峰值之间的距离上)发生了变化。研究发现,在1号冰川这一暖型成冰作用条件下,冰芯总离子通量的损失高达55%~69%,而被保存的浓度峰间距信息仅略高于50%,表明1号冰川冰芯记录中许多高分辨率信息由于后沉积的作用而损失。本研究对于其它地区冰芯记录甄别及分辨率评价具有重要指导意义。
其次,本文对天山博格达峰地区四工河4号冰川受融水淋溶作用微弱的雪坑样品中的化学离子(Nal+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、Cl-、SO42-、NO3-、HCOO-和CH3COO-)进行了分析研究。结果表明,与天山地区其它冰川相比,该冰川中SO42-和NO3-浓度较高,分别达到521.4 ng/g和760.4 ng/g。结合该冰川区气流后向轨迹分析,降水pH值和c(NO3-)/c(SO42-)比率与乌鲁木齐市的对比分析等,我们推测博格达峰四工河4号冰川雪样中,高浓度的SO42-和NO3-主要源自人类污染。这一研究表明,尽管冰川分在远离人类居住的偏远地区,但在合适的气象条件下,仍可能受到人类活动的影响。
最后,本文根据取自天山托木尔峰地区青冰滩72号冰川4700 m雪坑的实测资料,探讨了该区降雪中主要化学成分的特征及环境指示意义。研究表明,雪坑中阳离子浓度的顺序为Ca2+>Mg2+>Na+>K+>NH4+,其中,Mg2+、Ca2+和K+很可能反映的是长距离沙尘物质输送情况。通过雪坑Cl-/Na+比率、气流后向轨迹分析以及海盐示踪法分析,推测海盐是该区降水中Cl-中Na+主要来源。雪坑中NO3-和SO42-。浓度高于天山地区含量的平均值,可能源于盐湖蒸发。由于该区属资料空白区,这一研究为该区雪冰化学研究提供了基础资料。