主要成分浓度变化：乌鲁木齐河源1号冰川的演化

降雪成冰是个渐变的过程，后沉积过程尤其是夏季积雪消融对雪层中离子浓度峰值变化具有相当大的影响。因此，在利用冰芯记录进行古环境恢复时，必须弄清楚有关记录在多大程度上反映了降雪沉积时大气环境状况。消融前后雪层中各浓度峰通量变化是雪层消融强度的直接反映，也是冰芯记录解释过程中必须考虑的重要因素。

首先，把雪坑中每两个浓度峰之间划分为一层，这样就可以将2006年的雪层分为Bp1-2、Bp2-3、Bp3-4和Bp4-6共四个小层；然后再按稳定性将这四个小层分成上下两部分：B1层和B2层（图6.8）。其中B1层包括演化过程中全年均较稳定的层位Bp1-2、Bp2-3和Bp3-4，而B2则只包括演化过程中消融季节雪层上部变化最强烈的层位Bp4-6。

彩图11为1号冰川典型离子雪坑剖面与冰芯剖面的比较（330 cm以上为雪坑，330 cm以下为冰芯）。由对比可见，冰芯中离子浓度与雪坑下部B1层位（图6.8）浓度数量级一致，即冰芯记录的是雪坑下部的信息。容易看出雪坑下部离子浓度比上部要小得多，而且是经过淋溶改造过的结果（Yosida et al，1955）。为搞清楚1号冰川冰芯对大气信息的保留程度，下面对雪层演化过程进行详细的定量分析。

图6.8　层位划分示意图

图6.9为2003年8月30日—2007年3月28日期间各层位Mg2+通量变化。从图中可见，处于雪坑上部B2层的Mg2+通量变化幅度很大，而处于雪坑下部的B1层则相对比较稳定，总离子通量变化情况与Mg2+相似。

为定量研究1号冰川夏季雪层中化学成分的积累量和损失率，采用通量计算的方法（公式6-1）得出了Mg2+在雪坑中各层的通量和夏季淋溶损失率，并以Mg2+为线索，对总离子通量损失率以及离子之间的损失差异进行了定量计算和详细分析，为1号冰川冰芯记录的解释提供了重要依据。

图6.9　采样期间雪坑中各层Mg2+离子的通量比较

式中，Ci为离子浓度；ρi为雪层密度；δhi为雪层厚度；m为元素摩尔质量。层位划分过程中，每一层为一年的时间，即通量的时间单位为年。(www.xing528.com)

依据层位划分标准，以2005年11月26日—2006年12月27日不溶微粒的平均粒径和Mg2+演变过程为例，对Mg2+各层的通量数值做了详细计算，结果如表6.1所示。总体上看，2005年11月26日—2006年12月27日期间，雪坑下部B2层Mg2+的通量大约相当于雪坑上部B1层的59.1%。

表6.1　2006年雪坑中各层Mg2+的通量

结合连续4年的观测资料及层位划分标准，对不同年份雪坑上下部离子通量进行计算，结果显示：2003年8月30日—2007年3月28日期间，雪坑下部B1层Mg2+的通量大约相当于雪坑上部B2层的45.8%，B1层总离子通量大约相当于B2层的31.4%（表6.2）。

表6.2　2003年8月30日—2007年3月28日雪坑中上下两层Mg2+和总离子通量比较

2006年6月28日—9月5日期间，平均气温达到2.1℃，整个雪坑消融强烈，处于雪坑上部B2层的可溶性Mg2+大量下渗流失，而雪坑下部的B1层Mg2+通量则相对于上部稳定得多（图6.10）。图6.10中虚线分别表示雪坑上部B2层消融前和消融后Mg2+和总离子通量平均值。B2层消融前Mg2+通量平均值为173.76×10-9 mol/cm2，消融后为97.07×10-9 mol/cm2，计算得出消融前后雪坑上部B2层Mg2+通量损失率约为44%；B2层消融前总离子通量平均值为3071.37×10-9 mol/cm2，消融后为1371.43×10-9 mol/cm2，计算得出消融前后雪坑上部B2层总离子通量损失约为55%。总离子通量损失与Mg2+的相比略有增大，其主要原因是部分离子具有较高的损失率。

图6.10　雪坑上部消融前后Mg2+和总离子通量比较

彩图12为2005年9月13日—2007年3月28日期间不同离子通量变化的对比图和2003年8月30日—2007年3月28日期间Bp1-2层在2004年夏季各种离子通量损失情况。通过计算可以得到消融前后不同离子的损失率，结果表明：Ca2+的损失率约为50%，Cl-的损失率约为66%，等的损失率次之，Mg2+的损失率相对小些。2003年8月30日—2007年3月28日期间消融前后离子之间也呈现明显的不同，Mg2+的损失率一直较小。因此，结合前面的定量计算结果得出：1号冰川冰芯记录的是雪层上部峰间距及通量损失45%～50%、55%～69%之后的信息，是经过淋溶改造后的比较稳定的化学成分。