乌鲁木齐河源1号冰川的深霜形成及氧稳定同位素影响

深霜（depth hoar）是一种棱柱体、棱锥体或中空六角形杯状的晶体，平均晶粒直径为2～5 mm不等。但是，有些深霜晶体可能要大得多。深霜层孔隙很多，密度很低（100～300 kg/m3）。深霜由升华作用而形成，并且只有在未冻结的雪中才能发育。当雪处于致密得多的物质如冰时，对形成深霜似乎特别有利。必须有强垂直温度梯度，才能产生强水汽压力梯度。这样的条件通常出现在秋季，这时雪层表面正迅速冷却，而下伏雪层仍然比较温暖。下部雪层蒸发，水汽上升，至寒冷的上部雪层，特别是在比较难渗透的地方，便凝结而成深霜晶体。有些水汽也可以从雪面逸出。雪堆中空气的对流加速了深霜的形成。深霜晶体的生长表示系统的内能增加，这是由温度梯度补给的。在极地冰川中，每年秋季均发育一层通常仅数十毫米厚的深霜。这层深霜，在竖坑壁上很容易辨认，它为测量雪的年积累量提供了标志。在草原上，则是冬春季节在地-雪界面处形成深霜。在阿拉斯加中部，5rabant等（1972）发现，几乎整个积雪场（0.5～0.7 m厚）都发育成深霜。这个地区的温度和温度梯度均高于极地区，适合于深霜形成的条件持续整个冬季。深霜层对山地地区尤有利害关系，可成为雪崩的断裂面和滑动面。

深霜在世界山岳冰川及极地冰川广泛发育，是雪层的主要组成部分。在深霜形成过程中，水汽的迁移造成内部物质和能量发生转变，由此会对δ18O产生一定影响。目前主要从融水、蒸发、风吹雪等因素上对雪冰中δ18O进行研究，对深霜因素的研究几乎没有涉及，而PGPI项目为研究深霜的形成过程及对氧同位素的影响创造了良好的机会。

在冰雪同位素分析中，主要有以下五个方面因素干扰着过去气候变化信息的提取：

（1）降水的区域不均衡性：由于降雪或降水的区域分布是不均匀的，局地区域内一次降水在有的地点可能达几十毫米，而在有的地点可能只有几毫米甚至没有，这就造成相邻冰芯的同位素记录相关性较差。但这种干扰可以通过附近多支冰芯的比较和用较长时间尺度的滑动平均法消除，从而提取出有用的气候环境信息。

（2）逆温层的影响：因为冰川的高反射率，一般冰雪区地表以上1 km内会形成逆温层，从而使地表温度和降水云层温度之间的关系变得复杂。通常情况下，降水的同位素比值所反映的温度更接近降水云层温度，而雾凇沉积的同位素反映的温度则更接近于逆温层以下的地表温度，这就对冰雪沉积同位素记录形成不稳定的干扰。目前对这种干扰的排除主要通过和冰芯的钻孔温度记录比较来解决，因为钻孔温度记录被认为是地表温度的反映。(www.xing528.com)

（3）年际降水分布的不均衡性：由于划分年层的标志层并不一定出现在每年的同一时期，比如在南极，有的年份冰盖同位素峰值可以出现在11月份，而有的年份出现在2月份，这就使得用δ值划分的年层对应的时间不尽一致，产生了年层的界线干扰，它一般可以通过与附近站点资料的比较和进行多年平均等方法消除。在年积累率高的地区，3～5年沉积记录的平均处理，就可使这种干扰的程度减少到0.2℃以内。

（4）冰川流动作用的影响：冰川内部流动作用对同位素记录的影响，随着深冰芯研究的深入，也变得越来越重要了。由于冰川活动使其内部的冰层发生形变或叠置，从而使冰芯剖面变得更为复杂。对格陵兰GISP2和GRIP冰芯记录进行比较发现，GISP2在2200 m深处出现波状扰动，在2678 m深处出现了8°的倾斜层，GRIP在2847 m深处出现倒转折叠层，因此造成这两支冰芯的δ18O记录在2200 m以下差别很大。在东南极Law Dome顶上的DSS冰芯底部接近基岩的δ18O值也由于冰流作用而无法确定其为末次间冰期时的记录还是更老年代的记录（Morgan et al，1997）。

（5）雪层中同位素的再迁移过程：积雪沉降后一般要经过粒雪化过程和成冰过程，在此过程中积雪中的同位素会通过粒雪空隙及积雪和空气间的再蒸发冻结作用而迁移，平滑了原始的分布。在这个过程中如果积雪向空气蒸发掉的水汽比较多，那么表面积雪的同位素值将会因为分馏作用而增加（Shuman et al，1995；Waddington et al，1994）。通常水汽向大气丢失的量是很少的，而冰雪内部的平滑化在积雪上层的表现却十分明显（Grootes et al，1997）。对格陵兰GISP2点附近几个样点1989—1991年间的同位素数据分析，发现在粒雪表层以下2 m内δ18O值平滑得相当快，例如，1990年表面δ18O值变化幅度达28.5‰，但在离表面2 m处便减少了一半（Grootes et al，1997）。温性冰川中夏季表层融化浸渗作用也能造成同位素记录的迁移。另外，温性冰川夏季融化发生的时期和程度可能导致不同的迁移结果，夏季积累为主的少量融化可能产生年层中较薄的δ高值（即夏季峰值变窄），夏初融化可能使积雪层中的δ值偏低，而夏末融化则可能使积雪层的δ值偏高（Koerner et al，1973；Koerner，1997）。

PGPI确定的定点观测雪坑位于1号冰川东支海拔4130 m处的粒雪盆后壁。样品的测试是在中国科学院冰冻圈与环境联合重点实验室Delta-Plus气体质谱仪上进行的。氧稳定同位素的比率用相对于Vienna“标准平均海洋水”（VSMOW）的千分差来表示，测得的δ18O的精度在±0.2‰之内。