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TC:冰川表面冰尘中铁氧化物的矿物组成、光学特征与环境意义
2018-10-09

  20世纪以来全球多数山地冰川出现退缩,且近期呈现加剧的趋势,尤其在我国的青藏高原更为明显。山地冰川特别是其消融区表面往往存在大量的暗色吸光杂质(图1),即冰尘(Cryoconite)。冰尘的组成相对复杂,包括矿物沙尘颗粒、黑碳、有机质以及微生物等。冰尘能够降低冰川表面的反照率,吸收更多的太阳辐射,从而成为影响冰川物质平衡的重要因素之一。目前关于冰川反照率影响因素的研究主要集中在黑碳等,对冰尘的矿物组分研究尚鲜见报道,估算冰川表面黑碳、有机碳和沙尘的吸光贡献具有很大的挑战性。

  在广泛应用的雪冰辐射模拟软件(如SNICAR)中,输入参数主要是沙尘的质量浓度,而对沙尘的组成特征缺乏考虑。实际上,沙尘的吸光能力依赖于其中的铁氧化物,如针铁矿、赤铁矿等。因此研究青藏高原冰川表面冰尘中铁氧化物的矿物形态、光学特征能够为完善、改进雪冰辐射效应模拟提供关键输入参数。然而常规方法如XRD、化学方法和Mossbauer谱难以准确测定复杂冰尘样品中赤铁矿和针铁矿的含量。本研究针对野外采集的5处青藏高原冰川(图2)冰尘样品,利用漫反射光谱DRS准确测量了冰尘中针铁矿和赤铁矿的含量,发现铁氧化物占总铁的31%-70%,其中针铁矿含量显著高于赤铁矿,占铁氧化物的81%-98%。同时对冰尘样品的黑碳含量进行了热光法测定。在此基础上,利用积分光谱仪(ISSW),获得了冰尘整体样品、针铁矿和赤铁矿的吸光特征 (MAC和AAE值),并进一步计算了冰尘样品中针铁矿、赤铁矿、黑碳和有机质等吸光组分对冰尘总吸光的相对贡献。结果显示,在600nm波段有机质和黑碳是最为主要的吸光组分,而在450nm波段铁氧化物的贡献迅速增加,在多数冰川冰尘中针铁矿的吸光已高于黑碳(图3)。该研究为准确评估吸光性杂质对冰川消融的影响奠定了基础。

  研究成果以Iron oxides in the cryoconite of glaciers on the Tibetan Plateau: abundance, speciation and implications为题,发表于冰冻圈领域著名期刊《The Cryosphere》上。金沙国际娱乐丛志远研究员为第一作者,冰冻圈科学国家重点实验室康世昌研究员为通讯作者,共同作者包括兰州大学王鑫教授、南京大学季俊峰教授、赵万苍博士等。该研究得到了国家自然科学基金委多个项目的资助。

  全文链接:http://doi.org/10.5194/tc-12-3177-2018 

图1 山地冰川表面存在大量的冰尘

图2 冰尘采样点空间分布

图3 冰尘中黑碳、赤铁矿、针铁矿和有机质在450nm和600nm波段的吸光贡献

 
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