雪-冰界面化学离子的迁移研究

雪-冰界面化学离子的迁移研究，可帮助我们理解雪-冰演化中离子浓度的保存过程。根据1号冰川采样区降水的年内变化特征，可以将全年分为干季（11月1日至次年3月31日）与湿季（4月1日—10月31日）。选取每组雪坑中雪层最底部和冰层最顶部相邻的2个样品作为雪-冰界面的不同介质，从而得到8种主要化学离子浓度自2005年3月至2006年11月不同季节的波动变化曲线（图6.16、图6.17）。参照5点滑动距平值可以发现，雪-冰界面不同的化学离子均存在明显的季节变化特征。

干季和湿季雪层底部、冰层顶部8种离子浓度平均值见表6.5、表6.6。从表中可以看出，雪层中8种主要化学离子平均浓度干季大于湿季，冰层中8种主要化学离子平均浓度湿季大于干季；雪层底部和冰层顶部两个不同的界面上，无论干季还是湿季，离子浓度最大的是Ca2+，最小的是K+，与这两种离子的来源有关。雪坑中的K+被认为是局地源，主要来自当地的矿物岩石和冰碛沉积，而Ca2+的来源比较广泛，除当地的矿物岩石外，还包括春季的强风沙尘、冬季的低风速和煤的燃烧。

雪层底部的8种主要化学离子进入干季后一直保持相对较高的浓度，极端峰值均出现在干季，其中Cl-、、Na+的波动变化具有相似性，但峰值的个数和峰值出现的时间略有差异。从Cl-浓度的变化图中可以看出，进入湿季后的7个月中出现明显波动变化，形成5月中旬（最高值150 μg/L）、6月中旬（最高值131 μg/L）和9月上旬（最高值161 μg/L）3个峰值时段；10月中旬以来，离子浓度在波动中迅速上升，在11月下旬达到了2005年的最大值254 μg/L。雪层底部在进入湿季后的3个月中出现明显的波动，形成4月中旬（最高值155 μg/L）与5月下旬（最高值163 μg/L）2个峰值时段，5月下旬以后，雪层中的浓度变化幅度很小，浓度值处于较低的水平；10月以来，浓度值在波动中上升，10月10日出现峰值204 μg/L，随后进入干季，2006年3月初达到最大值。雪层底部在进入湿季后的4个月中出现明显的波动，形成4月中旬的最高值165 μg/L和5月中旬的最高值119 μg/L 2个峰值时段；5月下旬以后，雪层中的波动减小，到7月下旬出现最小值17 μg/L，随后又开始波动回升，到11月下旬达到一年中的最大值188 μg/L。雪层底部K+和Ca2+的浓度波动变化曲线具有相似性。K+在进入湿季的6个月中峰值出现的频率与强度相对于Cl-、等则大大增强。4月下旬出现峰值53 μg/L，在随后的5个月中，频繁波动，到10月下旬出现峰值46 μg/L，进入干季后，波动回升，11月下旬达到一年中的最大值79 μg/L。陆源离子Mg2+浓度的波动变化频率与强度相对K+和Ca2+更大，可能与物质来源、风速等有关。

图6.16　雪层底部8种主要离子浓度变化曲线

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图6.17　冰层顶部8种主要离子浓度变化曲线

表6.5　雪层底部各化学离子浓度平均值

表6.6　冰层顶部各化学离子浓度平均值

比较图6.16和图6.17可以看出，8种主要离子在雪坑下部和冰层顶部的变化并不存在同步性，两者的变化过程有明显不同，这暗示着不断有离子从雪坑下部进入冰层顶部，即雪-冰界面持续发生着离子的迁移。冰层顶部的8种主要化学离子浓度进入湿季后一直保持相对较高，极端峰值均出现在湿季，其中Cl-、、Na+的波动变化和波动幅度均具有相似性，但峰值出现的时间略有差异。从Cl-浓度的变化图中可以看出，在进入湿季后的7个月中出现明显的波动，形成了4月中旬（414 μg/L）、5月中旬（728 μg/L）、6月上旬（672 μg/L）、8月上旬（719 μg/L）与10月初（599 μg/L）5个峰值时段，之后迅速下降。进入干季后，Cl-浓度变化幅度很小，处于相对较低水平。冰层顶部浓度在进入湿季初期保持相对较低，进入5月后迅速增加，从5月初的97 μg/L迅速增加到5月中旬的1271 μg/L，之后在6月中旬（584 μg/L）、7月中旬（344 μg/L）、10月初（524 μg/L）出现了3个峰值时段，10月中旬以后，浓度变化幅度很小，处于相对较低水平。冰层顶部浓度在进入湿季后波动上升，于6月初出现峰值288 μg/L，之后的2个月间，离子浓度始终处于波动下降的态势，但波动较为和缓，未见明显浓度高值。冰层顶部陆源离子K+、Mg2+浓度的波动变化频率和幅度在冰层底部更剧烈。冰层顶部Ca2+的浓度在进入湿季之前基本稳定，在进入湿季的前3个月明显波动，出现5月中旬（2296 μg/L）、6月中旬（3012 μg/L）和7月中旬（2285 μg/L）3个峰值时段，7月中旬后迅速下降，8月初达到最低值257 μg/L，之后在波动中上升，于9月30日升至最高3024 μg/L，10月中旬到下一个干季，变化幅度很小，一直处于较低的水平。总体而言，冰层顶部的8种主要离子，在湿季保持较高的水平，极端峰值均出现在湿季；在干季离子浓度维持较低水平，干季的变化幅度除外，其他离子浓度变化幅度均比雪层底部小。