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Arid
中国西部典型冰川中粉尘来源研究.
其他题名Sources Analysis of Dust in Typical Mountain Glaciers over Western China.
余光明
出版年2013
学位类型博士
导师任贾文
学位授予单位中国科学院大学
中文摘要冰雪中的粉尘在冰冻圈生物地球化学循环中发挥着十分重要的作用，而对冰雪中粉尘气候环境效应的评估需要加深对其来源的认识。冰雪不溶性微粒主要是指冰雪中大气粉尘的不溶解部分，是冰雪中粉尘的替代指标。本论文基于2008–2010年在中国西部13条典型冰川采集的15个雪坑样品，以冰雪中不溶性微粒为研究对象，通过微粒样品中Sr–Nd稳定同位素组成，示踪了中国西部不同山区冰雪中微粒的来源；并通过微粒中Pb稳定同位素组成定量讨论了冰雪中人为活动对中国西部冰雪中粉尘的影响水平。另外，通过对2个采样点，老虎沟12号冰川和扎当冰川的多次采样，分析了祁连山西段老虎沟12号冰川中微粒沉积的微观过程及与可溶性无机离子的关系；以及在对青藏高原南部扎当冰川中不同粒径微粒样品PIXE及XRD测试的基础上，分析了不同粒径微粒样品元素及矿物组成，并结合富集因子和气团后向轨迹分析方法探讨了不同粒径微粒的来源，获得以下结果： （1）研究了祁连山西段老虎沟12号冰川中微粒沉积的微观过程及与可溶性无机离子的关系。2008年10月和2009年10月在老虎沟12号冰川积累区各采集了1个雪坑样品，通过样品中δ18O、可溶性离子、不溶性微粒的变化特点划分了雪坑季节。2008年的雪坑季节变化信号明显，2009年雪坑则比较模糊；微粒数量浓度和体积浓度、可溶性Ca2+以及Mg2+含量在春季和夏季较高。离子平衡、pH值、电导率及同期气象记录观测资料均显示，2009年10月的雪坑受淋溶影响较大。雪坑中微粒通常与Ca2+、Mg2+变化趋势相似；淋溶强烈时，受融水造成粉尘的溶解及离子淋溶的影响，雪坑中微粒与Ca2+、Mg2+变化趋势不甚一致。由于Ca2+、Mg2+在来源、沉积后过程中呈现出差异，与Ca2+相比，冰雪中Mg2+变化能够较好的表征微粒变化。较粗的微粒（510μm）元素组成的季节变化较小，细微粒元素组成的季节波动则较大。元素富集因子的研究表明，Mg、Ca、Si、K、Ca、Ti、V、Mn等元素多来自于自然源；在夏季风期间细微粒中Sc、P、Cr、S、Cl等元素有明显的富集。气团轨迹显示夏季风期间气团主要来自南亚地区，这些元素可能来自南亚污染物质的输入；而非季风期间气团主要来自西亚和南亚的干旱及半干旱区。这些结果表明扎当冰川雪坑中粗微粒主要源于远源或局地矿物粉尘的贡献，细微粒化学组成则受到人类污染物的干扰； （3）通过Sr–Nd同位素示踪方法研究了中国西部13条冰川中不溶微粒的来源，微粒样品中87Sr/86Sr的变化范围为0.7132~0.7574，εNd(0)变化范围为–4.8~–17.1。总体上Sr–Nd同位素组成在中国西部不同区域中表现出明显的区域特征，从南到北，同位素结果表现为逐步升高的趋势。采样点的同位素组成可以细分为差异明显的3个区域，阿尔泰山区域采样点（木斯岛冰川）Sr–Nd同位素组成表现出高87Sr/86Sr–低εNd(0)的特点，其Sr–Nd信号与北部沙源一致（如古尔班通古特沙漠）；青藏高原南部的样品Sr–Nd同位素组成表现为低87Sr/86Sr–高εNd(0)，其Sr–Nd信号与青藏高原和喜马拉雅山地区的局地/区域沙源结果一致；天山冰川和青藏高原北部的采样点87Sr/86Sr–εNd(0)数值较为居中，其Sr–Nd同位素组成与青藏高原北部沙源信号一致（如塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地）。这些结果表明中国西部冰冻圈雪冰中粉尘来源在各地区主要表现为以局地/区域源为主；但在喜马拉雅山脉的杰玛央宗冰川和横断山脉的玉龙冰川采样点中Sr–Nd同位素表现出青藏高原北部沙漠的信号，表明可能存在长距离和跨越青藏高原的粉尘传输路径； （4）通过13条冰川中雪坑样品不溶性微粒中Pb稳定同位素特征研究了人为来源颗粒物对中国西部不同区域的影响程度。不溶性微粒Pb各稳定同位素比率之间变化幅度总体较小，其变化范围为206Pb/204Pb：18.1399?18.9199；207Pb/204Pb：15.5979?15.8743；208Pb/204Pb：38.2272?39.9453；206Pb/207Pb：1.1605?1.2009；208Pb/207Pb：2.4433?2.5182。Pb各稳定同位素比值均表现为北部采样点偏贫化、南部采样点偏富集的地理分布特征，这一分布特征与Sr–Nd同位素和自然源粉尘Pb同位素的地理分布趋势一致，佐证微粒主要来自于自然源的粉尘。但与自然源结果相比，微粒中Pb同位素比值与其差异明显，表现为偏贫化；与周边地区南、北两支长时间序列的冰芯（南部珠峰东绒布冰芯和北部阿尔泰山Belukha冰芯）Pb同位素记录相比，部分样品Pb同位素结果与受人为因素影响较大的冰芯记录结果是比较相似的，如木斯岛冰川的Pb同位素组成与Belukha冰芯1935年之后同位素结果一致；并且在青藏高原周边的采样点如玉龙冰川、天山冰川、老虎沟12号冰川等采样点的同位素组成与某些人为源Pb同位素结果类似，这些结果说明微粒中Pb受自然和人为来源Pb的双重影响。利用简单的二元混合模型，计算的人为源Pb贡献约为10?59%，在青藏高原的周边的采样点，如玉龙冰川、杰玛央宗冰川、天山冰川、木斯岛冰川等地区，由于海拔相对较低，而且靠近主要人口聚集区，人为源Pb影响要更大。
英文摘要Dust in snow/ice play an important role in the biogeochemical cycle of the cryosphere. Assessment of climatic and environmental impact of dust in snow/ice is required for better understanding of its sources. The insoluble microparticles (IP) in snow/ice are a direct indicator of dust. Between 2008 and 2010, 15 snowpits samples were collected from 13 typical mountain glaciers in the western China. This study took the IP as the research object, and IP sources were investigated using the Sr–Nd isotopic results. Stable Pb isotopic fingerprints have been studied to characterize the anthropogenic aerosol source on this region. In addition, this study also presented the micro-deposition process of IP and its relations with inorganic ions in Laohugou No.12 glacier (LHG), north margin of Qinghai–Xizang (Tibetan) Plateau (QXP). Chemical and mineral composition of IP samples with different size were carried out using particle–induced X–ray emission (PIXE) and X–ray diffraction analysis (XRD) for snowpits from Zhadang (ZD), southern QXP. Moreover, the source of IP from ZD has investigated using enrichment factor analysis and back air mass trajectory methods.
中文关键词中国西部地区 ; 冰川 ; 粉尘(微粒) ; 来源 ; Sr-Nd-Pb同位素
英文关键词Western China Glaciers Sources Dust (insoluble microparticles) Sr-Nd-Pb isotopes
语种中文
国家中国
来源学科分类自然地理学
来源机构中国科学院西北生态环境资源研究院
资源类型学位论文
条目标识符http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287235
推荐引用方式
GB/T 7714		 余光明. 中国西部典型冰川中粉尘来源研究.[D]. 中国科学院大学,2013.
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