PDF《斯表层一》

第6卷第1期 l

9 9 4年 3月 南极 研究(中文 版)ANTA RCTI C RESEARCH ( CHI N ESE EI ) I T1 0N ) Vo

1 .

6. No.1 M ar c h

19 94 韩建康(中国科学 院兰 州冰 川冻 土研究 所,兰州730000)温家洪(中国极 地研 究所 , 上海

2 0

0 1

2 9 ) A. 尤贝拉斯 F . 罗 德里 格斯 ( 乌拉 圭海军 海 洋水文 气象 中心 t 璧得 维的亚

9 8

0 ) P | 夸| 提要 柯林斯冰帽两 支冰 芯层位记录 证实了该 冰帽主冰 穹顶部(海拔约700rn)属暖渗 授带,小冰穹 顶部 ( 海拔 约250m) 属 渗浸 带 .雪 、 冰 的层 位分 布和 密度 变化 包含了一定 的 测年 信息主冰 穹顶 冰芯 密度 深度曲线 在表 层 呈现韵 律性 变化,与层 位 记录 中 的融 化冻 结觋 象 相对 应,据此 粗 略划 分年 层,断定当地 年积累雪 层厚度为3―3 .

5 m, 折 合承 当量 l

6 5

0 ―

1 9

2 5 k g / m ・a , 年平均积累 速率 约为2.0m/ a ( 冰 当量 ) . 主冰 穹顶 成冰 深度 为38―39m, 此深度以 上密 度 自上而 下缓 慢增加,但以下 由于 含水 层 的出现 , 密度迅 速 升高 , 在5―6m区间达 到900kg/m. .小 冰穹 冰芯 除表层外,密度基本 在800―9

0 0 k g / m. 之间,冰芯 中雪 冰互层,存在污化面,40m以下发 现 很厚 的火山灰沉积 物.小冰穹 l 平均 年积 累率 约为0.7m/ a ( 冰 当量 ) , 成冰 深度7―8 m, 成 冰年 限为lO年 左右.关键词 . 星生 鲤雠丝/;

j

一、引言1991年

1 0月至1992年 1月,中国和乌 拉圭的冰川工作 者在南极洲 乔治 王岛柯林 斯 冰帽海拔 约700m和250m的主 冰穹顶 和小冰穹顶 , 各钻 取了长度分 别为

4 0 ―5

0 m 和30―65m的若干支冰 ( 雪)芯( 冰 帽和钻孔 地理 位置 见:韩建康 等,1993).嗣后在 南极 长城站 温度为一

1 5 C左右 的低温室 中,对两支冰芯 ( 主、小冰穹顶各 1支)进行了雪冰 层位 描述 和 密度 观测 .本文拟展 示上述工作首批 获取的部分资料 , 并对之进 行初步 分析 .

二、冰川学 基 本参 数 和冰 芯钻 探概况位于乔 治王 岛海 岸带的南极长 城站 , 收集 有1985年 以来 的连 续气象资料 .按该站 年 平均温 度27℃, 极 地冰帽气 温递减 率为

1 ℃/

1 0

0 m( 谢 自楚 ,

1 9

8 8 ) 计算 , 柯 林斯冰 帽年 平均 气温主冰穹顶部 ( 高 程约

7 0

0 m) 约为 一9 .

3 ℃ , 小冰 穹顶 部(高程约为

2 5

0 m)

5 .

7 ℃. 位层芯冰征帽特冰般斯一林的柯化岛变王度治密乔和洲极南, J 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 韩建 康等:南极 洲 乔治 王 岛柯林 斯冰 帽冰 芯 层位 和 密度变 化 的一般 特征41根据长城 站附近降水和冰 帽若干粒雪 层位 剖面 资 料推算 , 年 降水量 小冰 穹顶部可达lO00mm , 主冰穹顶部达1500ram 以上.另据 表层粒雪层中的融化现象和测温结果,初步断定主冰穹顶位 于冰 川暖渗 浸带 , 小冰穹顶 位 于渗 浸带 , 由冰 川流动 的一 般理 论及初步观 测'

, 估计 穹顶流 动值很 小,垂向应变率 值也不会很大 . 两地

1 5 m 深表l柯林斯璩 帽 主要 钻 孔地 点位置 和冰 川 学主要 参敷 Ta b l e

1 . Lo c a t i o n a n d p r i n c i p a l g l a e i o l o g l c a l p a r a m e t e r s 主要 参数主冰穹顶小冰穹顶地理位置68S,58.38W6210'

S,

5 8 .

5 3 W 海拔高度成冰作 用带 暖渗 浸带 渗浸带 年降水量≥1500ram ≥

1 0

0 0 r am 年 均温 度一9

3 ℃

1 5 m 探咪温一O

2 ℃ 一1_2℃ 处(活动层下界)的干孔实测温度分别为一0.2℃和一1.2℃.钻 孔点的上述基本特征列在表1中 . 柯林 斯冰帽 冰芯 , 均使 用 中国科学 院兰 州冰 川冻土研 究所研制 的BEXI型冰 芯机 械 钻机 ( 朱 国才等 ,

1 9

9 1 ) 钻取 .钻探 和收集冰芯过 程中 , 采取 了严 格的防污、 防融措 施,以尽 最大可能达到冰芯物理 和化学分析 的要求. 机械钻提 取冰 芯后留下的钻孔为干 孔,使冰 芯 中直 观可辨特征层位(如强污化面、液态水 出现部位等)必要时能得以双重测量(冰芯累积测长及测尺钻孔测深 ) , 以求深度上 的较小误差 在钻孔 中还设置探头进 行 了测温工 作

三、冰芯层位 特征 图 1为柯林斯冰 帽小冰穹 和主冰穹顶 部的冰芯层位柱 状图 .其 中小冰穹冰 芯长

3 3 .

1 m, 主冰穹冰芯长

5 0 m. 冰芯观测 和绘制 该图时 , 基本采用 了中国冰 川学 的传统标准 和方 法(谢自楚 ,

1 9

8 8 ) , 但对 含气 泡较多和基 本不 含气 泡 的冰 作 了区分 , 分 别称 之为多气 泡渗 浸冰和 少气 泡渗 浸冰 , 二者在透光性 能上表现 出相当差异 ( 后者较强 ) , 可作 为判断时 的辅 助标准 .应 用此 法有时难以找 出它们 的准确界 限,但对定性 认识渗 浸作用强弱 、 推测冰层 在表面 时的水热状况 , 似 乎必要而且 已经足够 ( 韩建康等 ,

1 9

8 8 a ,

1 9

8 8 b ) . 图1(a)表现出以下层位特征:(1)除表 层有若 干厚 度有 限的粒 雪夹层 外,7m以下均 为渗 浸冰 , 由此 推断 小冰穹 成冰深度不超过8m. (

2 ) 近表 面部分粒雪 夹层 的深 度分布具有某种规律性 . 根据 密度将冰芯实测深度转化 为冰 当量深度 , 两 两相 邻粒 雪 夹层 ( 间隔 小于

1 0 e r a 的作 为一层 中的次层对 待)相距约 为70cm或70cm的倍 数 .这种现象 可能是 由于 冰帽表 面在较冷夏季渗 浸 作用 有限 , 渗浸冰 层 间能保 留下一定 数量的粒雪 , 而 在温暖夏季前冬积 累的粒 雪全部被渗浸 , 当年便可 冻结 成冰 . 因此它们能提供划分年 层和确定物质积累率 的信 息,是具 有年代学意义 的重要 参考 层位 . 由此推 断,小冰穹顶年积累率 约为

0 .

7 m/ a ( 冰当量 ) , 成冰 年限为

1 o年左 右.(3)冰芯 中出现 污化面 . 尽管这些污 化面 随深 度的分布不够均 匀 ,但也表现出某种规 律性 :如在 上部与 粒雪 夹层交 替 出现 , 且基 本位于 两夹层 的 中间部位 ;

在28―3

0 m 深度 ・ 井小平 、 韩 建康 、 张万 昌:南极乔 洽王 岛柯林 斯冰 帽小冰 穹 的运 动和应 变特征 . 待 发表 . 维普资讯 http://www.cqvip.com 南 极研 究(中文版 ) 第 6卷 处,_污化面间隔约为

4 0 c m 等 .结合冰 川学基 本理 论(Patemaon,l981)与相邻冰 芯观测结果 和动力学实测 的更多资料 , 我们有可能获得

3 0 m 深度 以上冰的垂直应变速率 . 除图1(a)所示特 征外 , 小冰 穹其 它冰芯 中还 发现

4 0 m 以下有浓 度很 强 的污 化 面存 在.这些 层面一般厚

0 .

5 l c m, 呈黑褐色 .由一支

6 4 .

5 m 冰芯实测到的强 污化面深度 , 分别为40.40m,

4 4 .

6 2 m,

4 8 .

6 7 m,

4 9 .

3 4 m ,

5 6 .

8 1 m 和64m.对污化面样 品的矿物和化学成 分初步鉴定 , 认 为它们是火 山喷发后 沉积在冰 川上 的火山灰( 戴枫年 等1993).准确 断定 年代 后,它们将 有助于建立南设得兰 群岛地区近 ( 现) 代 活火 山爆 发序列 . 与小冰穹顶相 比,主冰穹顶冰 芯层位变化 很不规则 ( 图1(b)).冰芯 中分布 着大量 的 冰腺 、 冰片 .但 既见不到可 以直观辨 认的污化 面,也看不 出融化 冻结 现象 的分 布规律 . 冒禺岛.同 n图例[细轼雪 回 粒写 固 粗牧雪 巨: : 丑 少气泡藩 冲四污面目多气旭蕾寝琳 F= 习 冰透谯体和冰臃 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 韩 建康 等:南极 洲乔 治王 岛柯林 斯冰帽冰 芯层 位和 密度 变化的一般 特征43(b) 图1柯林斯冰 帽冰 芯层 位柱 状图(a)小冰 穹顶 ;

( b ) 主冰 穹顶Fig.1.Strati宴raphicdiagramoficecoresfromCollinsIceCap.(a)Sma l l d o me ;

( b ) Ma i n d o me 由于

4 5 m左 右深处冰体含水率增 加,原生层位剖 面特征遭到 了不 同程度 的破坏 .结合 温度剖面分析 ( 韩 建康 等,准备中) , 柯 林斯 冰帽主冰 穹确属 暖渗浸 带,所以尽管 此地 年积雪厚度高达

3 m 左右,夏季融水仍 有可能达 到或穿过年 层,给下伏雪 层从物 质、能量、化学 成 分构成诸方 面带来一 定程度 的影 响 .从雪晶尺寸 看,表层(

5 m 以上) 为 细粒 雪(粒径 <

l mm) ,

5 ―2

5 m 以中粒雪 ( 粒径

1 ―2 mm) 为主 ,

2 5 ―4

0 m左右 为 中粗粒 雪(粒径>

2 mm) 的・韩建康 等:南极洲乔 请 王岛柯 林斯 冰帽的 温度分 布,准备 中 维普资讯 http://www.cqvip.com 南 极研 究(中文 版)第6卷 混合体 .由密度变化 ( 见下文) 判断 , 在40m深度上下粒雪 已经成冰 .图1(b)所示

4 0 m 以下的粒 雪,实质上 是 由粒 雪转化而来的冰川冰.

四、冰芯密度特 征 柯林斯冰 帽冰芯密度 采用体积 质量法 ( 秦大河 等,1988)测得 , 但具体 工作 中对主 、 小冰穹冰 芯采 取了不同的取样原 则.主冰穹顶冰 芯密度是在进行化学分析之前 测量的,为了保持冰芯完整并 尽量减少对样品的污染,工作时利用了冰芯的自然 断口,对之进 行分段弹........