污化层变化及其对中国山地冰川雪冰演化的影响

在许多山岳冰川中，污化层是颇为显著的标志，利用污化层进行年代确定是雪层乃至冰芯常用的定年方法之一。因此对污化层的形成及演化规律的研究具有重要的实际意义。前人按污化层形成季节将其分为冬春季污化和夏季污化。冬春季污化是由于冬季降雪很少，冰雪面长期暴露于空气中，在风力作用下，周围山体表面的风化碎屑物质迁移沉降于冰雪表面而形成，尤其是春季的沙尘天气将亚洲中部干旱-半干旱粉尘输送到冰川上来。夏季污化是融水搬运污化物聚集于下部某一层位形成的，特别是在各特征层的交界面，例如细粒雪和粗粒雪之间。研究发现，冬春季污化层由于污化程度很弱，有时并不能用肉眼观测到，如果有，也只会在春末甚至夏初的时候在雪层中有显现。2003年该污化层被观测到的时间为4月初，2004年为6月初，这明显受到融水的加强。夏季污化层的形成时间一般为7、8月份，污化程度重，颜色深。

图4.6是2002年9月—2004年11月的污化层变化情况。从中可以看出，污化层具有明显的季节变化特征。冬季稳定期污化层在位置和强度上相对稳定，春季波动期，随着气温的波动污化层也相应出现波动，夏季剧变期是一年中污化层变化最剧烈的时期，所有污化层急剧下移，既有新污化层形成，也有老污化层消失。秋季波动期污化层继续下移后又趋于稳定。影响污化层变化的因素很复杂，涉及气温、降水、大气环流、冰川运动、太阳辐射及雪层自身压力等，在不同时段内各影响因素所起的作用不同。冬季稳定期，整个雪层相对稳定，影响污化层变化的因素主要是雪层自身的压力及冰川的运动。春季波动期，影响污化层的因素主要有两点：一是大气环流的强弱。它决定着污化层的物质来源。二是气温的高低。夏季剧变期时，气温是影响污化层变化的最主要因素。高温产生的大量融水，不仅造成了污化层的剧烈下移，同时也增加了下部污化层的强度。在气温极高的年份，甚至会造成多条污化层的叠加。秋季波动期，气温仍是影响污化层变化的主要因素。

2002年是一个罕见的高温年，雪层大幅度消融，最薄时仅为30～40 cm。雪层处于积累的最初阶段，这为我们研究污化层的演变提供了很好的机会。通过图4.6对污化层的演化进行一个具体的示例说明。

如图4.6所示，2002年9月中旬，雪层中只有一个污化层W1，该污化层是雪层强烈消融的产物，可能是2002年或2001年的多个污化层经消融后叠加形成的。9月份后，雪层仍有部分消融，物质经融水搬运后在10月底形成一个新的污化层W2，进入冬季稳定期后，整个雪层处于稳定的负温状态下，W1与W2稳定。2003年4月时，冬春季污化层W3在雪层中已明显地表现出来。6月份后雪层开始大量消融，新形成的污化层W3与下部污化层W2叠加在一起，并逐渐下移，8月中旬2003年的夏季污化层W4也已形成。9月中旬后，雪层中的污化层稳定在3条，即W1、W2，3、W4。此时观测雪坑的位置稍做调整，返回到2002年9月14日时的最初位置，因此这3个污化层在雪层中的位置也相应地发生了变化。自2003年10月到2004年4月这段时间，这3个污化层十分稳定。2004年冬春季污化层因污化程度较弱，4、5月份时在雪层中未被观测到，到6月中旬该污化层W5才在雪层中显现，显然经过了夏季剧变期融水作用的改造，W5与其他污化层一样在融水的作用下急剧下移，8月初夏季污化层W6形成，此后雪层急剧消融，8月底污化层W5叠加到W6之上。10月中旬后，雪层中的污化层稳定在4条，即W1、W2，3、W4、W5，6。

(www.xing528.com)

图4.6　2002—2004年污化层演变图（0 cm处为粒雪冰面）

综上，我们不难看出，在一般状态下，每年冬春季和夏季会有新污化层形成。经过夏季的强烈消融，冬春季污化层一般会与下部的污化层相叠加，所以每年最终保存下来的污化层只有一个，即一个污化层代表一个年层。这种情况下，可以利用污化层对雪层乃至冰芯进行定年。

从现有的污化层资料可以看出，2002年雪层强烈消融，污化层正常的演变规律明显被打乱，夏末时雪层中只存在一个冰面污化层W1。2003、2004年污化层遵循正常的演变规律，这两年最终保存下来的污化层分别为W4与W5，6。结合2002—2004年的污化层资料，可以对当前的雪层年限进行确定。在2004年11月初时，雪层中共有四个污化层（W1、W2，3、W4、W5，6），根据W1的形成时间为2002年或2001年，由此可以确定出雪层年限为3～4年。

从上面的分析可以看出，污化层的形成和演变受多种因素的影响，其中气温的影响最大，因夏季（6—8月）是一年中雪层消融最强烈的时期，故夏季平均气温在一定程度上能反映雪层消融的程度。从大西沟气象站1959年以来的气温资料看，2002年的夏季平均气温（5.8℃）为近45年来的最高值，2003与2004年的夏季平均气温（分别为4.4、5.0℃）属于正常波动范围。所以在气温极高的年份（如2002年），污化层的数量和分布会受到强烈的干扰。因此，利用污化层对雪层及冰芯定年具有一定的误差。若能解决气温-污化层变化模式，将会使该方法更具有科学性，这一模式的解决有待于进一步的观测研究。