中国山地冰川雪冰季节变化及乌鲁木齐河源1号冰川

图5.1为表层雪中主要可溶性离子和不溶微粒的季节变化情况。45个雪坑的离子平衡ΔC值为36.1 μeq/L，占所有阴离子总和的60%。基于所有样品的线形回归方程表明，Ca2+与ΔC的线形关系非常好，R2=0.97（N=45，P＜0.01），表明ΔC主要为碳酸盐和重碳酸盐。表层雪中各种元素的季节变化反映大气沉降的季节变化。Cl-、Na+、K+、和Ca2+呈现出类似的季节变化规律，因此将其归为1组，称为组1。组1中的元素在2003年9月至2004年3月间浓度较低，4月之后直到夏季浓度较高。此外，组1中的元素几个较高的浓度峰值与降水对应的比较好，其间，离子浓度的基线呈增加趋势，表明这部分增量是来源于降水时间而不是来自大气中的干沉降。样品微粒中，粒径小于1.5 μm的占主导地位。从表5.1可见，微粒和Mg2+浓度的相关系数为R=0.74（N=45，P＜0.01），7月底前，微粒和组1的元素呈现相同的变化趋势。然而，8月份期间，Mg2+有几个比较显著的高值，然而微粒和组1中的其他元素却没有峰值出现。和HCOO-与其他元素的相关系数都很差，因此将其划分为组3。具体来说，2004年2—3月和6—8月期间，浓度峰值比较明显，而对浓度来说，2003年9—11月和2004年4—6月峰值比较明显。2003年冬季至2004年夏初，组3的浓度基线呈下降趋势。其间，HCOO-和趋势一致，但是2004年3月中旬至6月中旬，HCOO-呈现显著的增加趋势。此外，2003年12月HCOO-出现一个极高值，与其间增加的风速相吻合。

表层雪中各种离子和微粒的季节变化与研究区气候和局地环境特征密切相关。例如，每年春季3月底至4月初，冷空气的到来经常会导致沙尘暴的产生。沙尘暴过后，接着就是夏季的雨季（5—9月），其间的降水量占到全年降水量的90%，其他季节降水稀少，气候干燥。春季的沙尘暴和夏季的降水都能导致陆地上的物质进入到冰川表面，离子的浓度变化可以明显地反映这些特征，特别是组1和组2的元素，如春季的浓度高值和风速的对应关系较好。这表明，元素的增加原因在于强风把局地的粉尘吹到冰川的缘故。春季，组1和组2的元素，大多数峰值位置都比较吻合，表明这2组元素经历了相同的传输和沉降过程。然而，各元素浓度的变化幅度不同，特别是2004年7月的雨季期间。8月，由于离子浓度的峰值和大的降水事件吻合较好，因此，它们可能是来自降水的湿沉降且随远距离气团而来。雪层中Mg2+和粉尘的峰值变化特征也支持这一结论。

在组3元素中，的浓度变化特征与组1和组2的元素明显不同，表明沉降方式有差异，且沉降机理较复杂。和HCOO-的峰值与组1中的K+变化特征略有相似，但两者浓度变化的幅度明显不同。

图5.1　表层雪中主要离子及微粒的变化及同期降水和风速

利用相关系数和主成分分析方法，进一步研究了雪坑中不同化学离子之间的相互关系。表5.1为表层雪中不同离子的相关关系，其中相关性较高（R≥0.7，2-tailed，P=0.01，N=45）的为黑色加粗字体。为了研究其可能性来源，我们又利用主成分分析的方法进一步进行分析（表5.2）。

表5.1　表层雪中不同离子相关系数

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注：*表示相关性较高（R≥0.7，P＝0.01，2-tailed）。

主成分分析表明，组1中除外，Cl-、Ca2+、Na+和K+在第一主成分中所占贡献率较高，因此，第一主成分可能反映的是局地源的物质。春季风力较强时，亚洲沙尘暴会携带这些局地源的物质沉降到冰川表面。前人的研究也表明，冰川周围裸露的岩石是组1物质的主要来源。

第二主成分中，和HCOO-贡献率较高。从表5.1可见，除之外，组3中其他几种元素的相关性较好。第二主成分可以解释为人类污染源，如石油燃料的排放、有机质的燃烧、牲畜的活动及化学肥料的使用等。矿物微粒一般是这些污染物的载体。1号冰川距乌鲁木齐市仅有105 km，且距离乌鲁木齐河谷的后峡县仅50 km，同时乌-库公路距冰川仅有3 km。因此，可以推测上述这些条件可能是影响冰川的主要污染源。首先乌鲁木齐市的空气污染物随着大气环流从低海拔处吹到乌鲁木齐河谷，经过后峡的钢厂、焦化厂时又会增加许多污染物，在河谷内以山谷风的形式不断将这些污染物沉降到冰川表面。

第三主成分中Mg2+和微粒所占的贡献率较高，它们之间的相关性也很高，达到R=0.74（2-tailed，P=0.01，N=45）。第三主成分可以解释为远距离源，主要来自湿沉降。气团经过沙漠及盐湖地区时，下垫面的性质会影响到物质的来源。

表5.2　表层雪中各元素主成分分析

明显可见，与其他元素相比，Ca2+和的来源比较广泛，因此很难将它们划归为某个特定的组。Ca2+除在第一主成分中所占贡献率较高，在第三主成分中的贡献率也很高（0.623），表明Ca2+除局地源之外，长距离输送也是主要的来源。天山周围被大范围的戈壁和沙漠所包围，其中的含钙石灰岩为Ca2+提供了充足的来源。离子除了来自人类污染源外，还来自很多陆源，如岩石的黄铁矿、盐湖的蒸发等。根据以前对冰芯中离子的研究，发现周围的矿物是主要来源，人类污染也同样是重要来源。