冰川演化过程及影响因素研究

由前述研究可得，Mg2+和不溶微粒浓度峰值都与污化层有较好的对应关系，且Mg2+在雪坑中的变化相对较小。因此，我们利用2003年12月至2006年8月的Mg2+雪层浓度数据，跟踪其浓度峰值在雪坑中的演化至被保存成冰的过程，探讨乌鲁木齐河源1号冰川冰芯记录分辨率的形成及其影响因素。

一般来讲，雪坑中会出现三个浓度峰值，分别位于雪坑上部、中部和下部。刚经过夏季消融过程的雪坑中则只有两个浓度峰值，位于雪坑中下部和冰面附近。根据该时段雪坑中Mg2+浓度峰值的变化，选定P1、P2、P3三个浓度峰值为研究对象（图6.12）。2003年12月12日为研究起始时间，该时期内的雪坑经历过2003年夏季的消融过程，雪坑厚度为190 cm。剖面显示的浓度峰值有两个，分别用P1和P2表示，其距离冰面的位置分别是45 cm和85 cm。2004年4月3日，P3在雪坑上部出现，其初始位置距离冰面153 cm。经历过2004—2006年三个夏季消融期后，P3的位置到达冰面（2006年8月10日），并在后期的连续取样中再未出现，考虑已经进入冰层。

图6.12　不同时期雪层中Mg2+浓度峰值的位置

此处所用的峰值雪深均指距冰面的距离，即假定冰面高度并未发生变化，或者变化较小可以忽略。之所以采用冰面作为雪深基准面，是因为雪坑深度变化较大，其上部由于降水、吹雪等原因，会出现大幅波动。而事实上，冰面高度也非固定不变的，下部粒雪亦会因为消融冻结，导致冰面上升。然而，比起前者，冰面位置变化较小。

图6.13显示了浓度峰值P1的演化过程。其中黑色圆点代表不同时期的P1，其直径大小和浓度值成正比。由图可知，2003年12月至2004年4月，P1的位置变化较小，同期的降水和气温变化显示，该变化与这段时间气温较低、降水稀少有关。P1浓度值在2003年冬季有减小的趋势，进入2004年3月，其值开始增大。这是因为，初春是天山地区沙尘天气频发的时段，在西风环流的影响下，Mg2+经过长距离传输成为该时段内雪坑Mg2+的主要来源。5月下旬至8月，随着气温的进一步上升，Mg2+浓度值和距离冰面的位置均快速减小，并在8月初没入冰层。在这一过程中，Mg2+浓度由最初的388.2 μg/L变为112.7 μg/L，并以该浓度值进入冰层保存下来。根据前一小节的研究结果，浓度峰值P1应该形成于2002年春季，经过2002—2004年的夏季消融后，进入冰层。

图6.13　浓度峰值P1的演化过程及其与气温、降水的关系(www.xing528.com)

图6.14显示了浓度峰值P2的演化过程。其中，白色方框代表不同时期的P2，其面积大小和浓度值成正比。2003年12月—2004年6月间，P2的变化与P1相似，始终在距离冰面80 cm左右的位置波动，浓度值由最初的248.4 μg/L增加至459.8 μg/L。进入6月后，P2距离冰面的位置迅速降低，由80 cm减小至20 cm左右。在这一过程中，P2的浓度值变化较为剧烈，在459.8～140.6 μg/L之间波动。说明因温度升高产生的融水导致同期离子浓度不断发生迁移。不仅Mg2+会从P2向下移动，上部雪层中的Mg2+亦会汇入P2。2004年10月以后，P2距离冰面的位置稳定在20 cm左右，且浓度减小。2005年3月后，P2浓度再次经历升高→减小的变化规律，并于2005年8月初以132.6 μg/L的浓度值进入冰层。同理，P2应形成于2003年春季，经历了2003—2005年的夏季消融后被保存下来。

图6.14　浓度峰值P2的演化过程及其与气温降水的关系

图6.15显示了浓度峰值P3的演化过程。其中白色圆圈代表不同时期的P3，其直径大小和浓度值成正比。由于时间序列较长，P3的变化可基本反映一个年层信息演化并被保存的过程。2004年春季，P3形成于雪坑上部，初始浓度值为134.3 μg/L。同期正值表层雪Mg2+浓度变化剧烈的时期，雪坑上部经常出现浓度峰值。经过2004年消融期后，在2004年8月形成了较为稳定的浓度峰值。此时，P3距离冰面90 cm左右，浓度值增加至381.9 μg/L。该状态一直保持至2005年4月，随着春季频繁的沙尘和降水事件的发生，P3浓度值一度达到502.6 μg/L。随着夏季增温，消融期到来，P3的浓度值和距冰面的距离开始减小。至2005年8月底，稳定在距冰面40 cm处，此刻浓度值减小至263.1 μg/L。此后至2006年4月的时段内，同P1和P2一样，Mg2+浓度呈减小再增大的趋势。经过2006年消融期，P3最终在8月10日以176.7 μg/L的浓度值进入冰层。

图6.15　浓度峰值P3的演化过程及其与气温降水的关系

综上所述，尽管受到消融的影响，乌鲁木齐河源1号冰川Mg2+依然能以1年为分辨率形成冰芯记录，即每年有一个浓度峰值保存至冰层。然而，因受到淋溶作用的影响，其浓度峰值在保存至冰层的过程中，经历了较大程度的削弱。以P1、P2、P3为例，三个浓度峰值平均减少了近70%。该过程受气温影响十分显著，高温条件明显导致浓度值减少。无论是哪个浓度峰值，均会受到春季化学离子来源的影响而产生峰值，即在春季降水频发期出现浓度的升高。然而这部分来源在经历了夏季消融后，大部分均被淋溶消失，仅有30%保留至冰芯记录中。

后续的研究将从雪坑扩展至冰芯，期望在定性分析的基础上获得定量的研究结果。形成每单位℃气温变化与冰芯记录分辨率的关系，并期望解释在当前全球变暖背景下，在何种程度内的气温和降水变化将导致冰芯记录断层，不适合冰芯钻取和记录恢复；在何种程度内的气温和降水变化可以通过冰芯恢复气候（如气温、降水）环境（如沉积通量）信息，以期对部分研究结果进行校正。