PDF《极地冰雪环境地球化学指标及其指示意义》

第14 卷第

3 期 极地研究 Vol.

14, No.

3 2002 年9月CHINESE JOURNAL OF POLAR RESEARCH September

2002 研究动态 极地冰雪环境地球化学指标及其指示意义 张小伟 1,

2 康建成 2,

1 周尚哲

1 ( 1. 兰州大学资源环境学院, 兰州 730000, 中国;

2. 中国极地研究所, 上海 200129, 中国) 提要 极地冰雪中可以反映气候环境的环境地球化学指标主要是可溶性杂质和不可溶性微粒. 可溶性杂质主要包括H+ 、 Na+ 、 Mg2+ 、 Ca2+ 、 NH4 + 、 Cl- 、 NO3 - 、 SO4 2- 、 CH3 SO3 - 等.本文在概 述冰雪中的这些化学杂质的来源影响因素和时空分布特征的基础上, 概述了冰雪中 NO3 - 沉积 的主要来源( 即闪电作用和高层大气光化学作用产生的含氮化合物等) 及其影响因素( 包括太阳 活动、 火山活动、 超新星活动、 核爆炸试验和沉积后的蒸发及迁移作用等) , SO4 2- 的主要来源( 即 海洋生物释放和火山喷发等) 、 影响因素( 包括源区温度、 ENSO 事件及海冰面积等) 和它们的时 空变化特点;

讨论了南、 北极地区冰雪中微粒沉积的主要源区和变化特征. . 关键词 极地 冰雪 地球化学指标 气候

1 前言 极地冰雪中蕴藏着丰富的、 未受干扰的、 反映气候环境的地球化学信息, 这是因为它 具有有利的自然地理位置和气候条件: 1) 远离人类和生物活动频繁的大陆, 2) 极低的大气 温度、 干燥的空气和漫长的极夜, 使携带着大气化学成分和气候环境信息的化学物质, 通 过干、 湿沉积沉降到地面, 能在冰雪地层中长久完整的保存下来( Legrand and M ayewski, 1997) , 为极地冰雪化学分析及重建过去几十万年来的气候环境状况提供了基础( Stauf fer, 1999) .

40 多年来, 通过对南北极地区钻取出来的数支深冰芯、 大量的中、 浅层冰芯及雪坑、 表面雪样的分析研究, 对冰雪沉积中一些主要化学元素的分布及与气候环境的关系有了 较清楚的认识, 已可用来解释过去大气环境的一些特征.例如, 火山喷发会在极地冰雪中 [ 收稿日期]

2002 年2月收到来稿. [基金项 目] 科技部南极地区地球环境监测与关键过程研究和中国南极考察科学研究计划(2001DIA50040- 3) , 南极冰雪圈特征及气候环境研究 资助项目. [ 作者简介] 张小伟, 男,

1977 年生.现为兰州大学和中国极地研究所 在读研究生, 主要 从事冰雪圈气候 与环 境的研究. 留下酸性层和微粒层记录, 通过冰芯研究能够重建过去火山事件的历史并评估喷发量的 大小( Hammer, 1977;

Legrand and Delmas, 1987;

Stuiver et al . , 1995;

White et al. , 1997) ;

甲基磺酸( M SA) 的变化与海洋生物活动有关, 可以用于恢复过去海洋生物地球化 学作用的特征( O Dw yer et al. , 2000;

Legrand et al . , 1997) ;

工业革命后硝酸根与硫酸 根等离子在极地冰雪中的沉积量大幅度增涨反映了人类活动对大气环境的污染程度 ( Fischer et al. , 1998;

Goto- Azuma et al. , 2001;

Laj et al. , 1992) ;

NH4 + 主要来自陆 地的土壤释放( Fuhrer et al. , 1996) , 它在格陵兰冰芯中的记录可用来重建北半球高纬林 地的火灾事件( Sommer et al. , 2000b) .但是, 冰雪化学成分和各种环境因子的关系错综 复杂以及冰雪沉积后其内部的各种动力、 热力作用过程对冰雪化学记录的影响, 阻碍了这 项研究对气候环境解释的精细化. 本文试图对各种冰雪化学指标( 特别是 NO3 - 和SO4 2- ) 的可能来源, 影响因子及变 化规律等方面进行分析, 综述近十几年来这方面的研究成果, 以便为以后的冰雪化学与气 候环境研究精细化提供线索.