雪冰中生物有机酸研究的历史与现状

生物有机酸的研究有助于认识C、H、O等生源元素的生物地球化学循环 ,有助于认识大气酸雨的形成及其防治 .雪冰是记录大气中生物有机酸过去信息的良好载体 ,对其中生物有机酸记录的研究是认识过去大气中相应化合物的含量及其变化 ,认识有机酸的生物地球化学循环 ,进而恢复过去区域生态、环境乃至气候变化的有效途径 ,也是雪冰化学研究的前沿课题之一 .雪冰中常见的有机酸有甲酸、乙酸、丙酸、丙酮酸、草酸和羟基乙酸等 ,其中甲酸和乙酸是最主要的两种有机酸类 .过去十多年来 ,雪冰中生物有机酸的研究多集中在格陵兰地区 ,其次是南极 ,最近两年开始向中低纬度的山地冰川转移 .格陵兰冰芯中甲酸、乙酸的平均含量均不足 10ng·g-1,草酸含量则更低 .其有机酸主要来自北半球的森林大火和植物生长过程中的释放 ;南极洲雪冰中的甲酸平均含量不足 2ng·g-1,乙酸含量在 0 .15ng·g-1以下 ,它们主要源于不饱和有机物的大气氧化 ;格陵兰冰芯中MSA平均在 5ng·g-1以下 ,而南极洲的MSA平均不低于 7ng·g-1.它们的来源都与海洋浮游生物释放的不饱和有机物有关 .气候的变化影响两极地区生物有机酸的来源 ,进而影响冰芯中有机酸的记录 .我国天山乌鲁木齐河源 1号冰川为中纬度的山地冰川 ,其冰芯中的甲酸、乙酸分别是格陵     

雪冰中碳质气溶胶含量的测试方法

碳质气溶胶是大气气溶胶的一种, 主要由有机碳(OC)和碳黑(BC)或元素碳(EC)组成. 大气中的碳黑因其独特的光学性质和比表面积, 在大气辐射、气候学、云物理学、环境学以及毒物学等研究领域中具有重要的意义. 碳黑的化学性质十分稳定, 可作为一种示踪剂. 雪冰中碳黑记录的研究可以追溯历史时期生物量燃烧的信息, 以及为人类活动污染物的排放研究提供线索. 但是, 目前还没有找到一种十分有效的、统一的方法来测试不同介质中碳质气溶胶的含量. 根据雪冰介质的特点, 设计了一整套碳质气溶胶分析流程及相关的装置. 将雪冰样品融化并通过事先加热处理过的石英膜过滤, 利用供氧两步加热的方法使沉淀在石英膜上的碳质气溶胶中的有机碳和碳黑分离, 两步加热的温度分别为340℃和650℃. 采用分子筛富集CO₂, 用FID检测器检测 CO₂ 含量, 然后换算成有机碳和碳黑的含量. 上述方法测试有机碳和碳黑的空白值分别为6.05μgC和7.12μgC, 相对于国外的空白本底值较高, 主要是由于氧气流中CO₂的含量较高所致.     

基于AVIM的中国陆地生态系统净初级生产力模拟

利用AVIM（植被与大气相互作用模式）模拟了现代中国陆地生态系统NPP的分布并计算了全国NPP的碳总量。研究结果表明我国现代陆地生态系统的年NPP变化范围在0~1 389 gC/m2之间,年平均值为355 gC/m2,年吸收3.33 Pg的大气碳。中国陆地植被NPP呈现自东向西逐渐减小的趋势,NPP的最大值出现在云南西双版纳地区,最小值分布于青藏高原以及新疆地区。中国现代陆地植被NPP主要分布于小于100 gC/(m2·a)、300~500 gC/(m2·a)以及500~700 gC/(m2·a)3个区间,其占总计算值的比例都超过了20%以上;大于1 000 gC/(m2·a)的NPP最少,只占总数的2.15%。对中国陆地植被NPP与气候的相关性分析表明,降水是影响我国陆地生态系统NPP的主要原因。     

西藏申扎巨型冰川终碛垅的发现及意义

青藏高原是否存在大冰盖 ?中外科学家争论了近百年 ,目前尚无定论。最近在对申扎县幅 1∶2 5万地质大调查中 ,发现申扎巨型冰川终碛垅。通过研究表明 ,该冰川终碛垅并非山谷冰川的产物 ,而属于高原冰盖或冰幅的产物。青藏高原在第四纪大冰期是否存在大冰盖的问题早在2 0世纪初出现分歧。斯文赫丁 (1899,190 2 )罗来兴等 (196 3)、崔之久 (196 4)、郑本兴等 (1976 ,1979)认为在青藏高原没有形成过大冰盖。但Ｅ·涂宁志等 (1930 ) ,Ｂ·Ｍ·西瓦村 (195 8)等认为在大冰期整个青藏高原被大冰盖覆盖着。自 1985年以来 ,德国地貌学家Ｍ·库勒多次…     

我国冰川的雪冰化学研究

冰川的主要补给来源是大气固态降水(或雪)。雪或冰不是绝对纯粹的物质,在其晶体内或晶体与晶体之间含有各种不同的矿物质和有机质,统称化学物质。这些物质主 要来自海洋水或地壳风化尘埃。研究冰川的雪冰化学元素和氢氧同位素含量及分布规律,可揭示冰川形成的气候环境。在我国,章申等最早对珠穆朗玛峰绒布冰川和希夏邦马峰野博康加勒冰川进行了雪冰化学的研究。之后,王平等在阿尔泰山友谊峰地区的哈拉斯冰川、天山托木尔峰西琼台兰冰川,骆鸿珍在乌鲁木齐河源1号冰川,王平(1984)在哈密八大石冰川、祁连山敦德冰川和冷龙岭冰川、横断山脉的贡     

青藏高原东南部冰川雪冰重金属元素特征

雪冰可以很好地记录大气重金属元素的含量水平。基于2015年6月在青藏高原东南部（藏东南）地区采集的4条冰川的雪坑和表层雪冰样品,分析并讨论了雪冰重金属元素特征。结果显示,Pb、Cd等重金属元素含量与高原其他地区雪冰中一致,含量总体较低,显著低于天山和阿尔卑斯山雪冰中Pb和Cd含量,与格陵兰地区雪冰Pb和Cd含量大致相当,但显著高于南极地区雪冰中Pb和Cd含量,这表明藏东南雪冰中元素含量仍代表全球背景地区大气环境状况。元素富集因子结果显示,Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Mo、Sn等发生强烈富集（EFs>10）,而以地壳源为主的元素如Fe、Ti、Mn、Th等则富集较弱。主成分分析表明,不同重金属元素的污染来源存在差异;结合后向气团轨迹分析,推断藏东南地区雪冰元素含量不可避免地受到南亚地区人类活动排放污染物的显著影响。目前,藏东南地区冰川呈显著退缩状态,强烈的冰川消融可释放大量的重金属元素进入河流,可能对下游地区的人类生产生活以及生态系统产生重要影响。     

雪冰中的黑碳记录研究的历史回顾

黑碳(Blackcarbon)是一类大气气溶胶,也是重要的气候驱动因子之一,它与人类活动密切相关.迄今发现,雪冰是保存和记录历史时期黑碳变化的最好介质.根据前人对南极冰芯、格陵兰冰芯、中低纬度山地冰川冰芯以及雪坑样品中的黑碳记录的研究成果,讨论了不同研究地区雪冰中黑碳含量的变化,黑碳对气候环境突变、大气环流变化的响应,总结了人类活动与雪冰黑碳记录之间的关系.雪冰黑碳记录还可以获得如森林大火这样的特殊事件的信息.     

我国高山冰川的雪冰化学研究

冰川化学又称雪冰化学,主要研究降落在冰川积累区的大气固态降水。广义的冰川化学研究,包括海冰、河冰、积雪、冻土地下埋藏冰等。冰或雪不是绝对纯净的物质,在其晶粒间含有各种不同的化学物质,研究冰川冰雪中化学元素和氢氧同位素含量、分布规律及特征,又可提供环境污染信息及冰川形成时的某些气候特征。我国的高山冰川化学,有些单位在60年代开展过一些研究,但仅限于喜马拉雅山脉的希夏邦马峰(章申等,1982)和珠穆朗玛峰两地区的冰川(章申,1979;章申等,1973,1975,1980),分析误差较大。1979年随着野外高山冰川考察事业迅速开展,冰川化学研究在阿尔泰山喀纳斯冰川(王平等,1982,1983;王平,1983)、天山托木尔峰西琼台兰冰     

季风的发展与冰川的消失——从台湾高山末次冰期冰川发育特征说起

台湾高山有无第四纪冰川之争,经历60a后终于得到澄清．此次查明台湾雪山主峰区有3套 不同时期的冰川遗迹．如冰斗湖、冰坎、大型磨光面和擦痕以及冰碛垄等,分别命名为山庄冰阶(末 次冰期早期．44.25±3.72ka BP)、黑森林冰阶(末次冰期最盛,18.26±1.52 ka BP)、雪山冰阶(末次冰 期晚期,10.68±0.84 ka BP)尤其以早期冰川规模大为特征．澄清了地学界近65a来的怀疑,将为 全球变化研究增添新内容．     

阜平群下部太古代变质岩石的REE、Rb-Sr和Sm-Nd年龄及其意义

对采自阜平群下部16个变质岩石样品进行了Sm-Nd年龄测定,部分样品还进行了Rb-Sr年龄测定和REE分析。Sm-Nd同位素结果形成两条等时线。一条等时线具有年龄为:2790±171(2σ)Ma,I_(Nd)=0.50917±16(2σ),ε_(Nd)(t)=±1.6;另一条等时线,t=1949±84(2σ)Ma,I_(Nd)=0.50986±5(2σ),ε_(Nd)(t)=-5.0±1.0。Rb-Sr同位素数据分散,参考等时线年龄为2070Ma。     

喜马拉雅珠峰地区冬季大气气溶胶化学组分及光学特征

为了研究喜马拉雅山北坡冬季大气气溶胶化学组分、光学特征及来源,2017年11—12月在珠穆朗玛峰站（QOMS）共采集22个PM_2.5样品。结果显示：PM_2.5中包括水溶性离子（WSIs）、有机质（OM）、元素碳（EC）在内的所有检测成分,总质量浓度为（3.36±1.06） μg?m^-3;有机碳（OC）、元素碳（EC）和水溶性有机碳（WSOC）的浓度分别为（1.10±0.38）、（0.13±0.12）和（0.84±0.24） μg?m^-3,浓度水平与偏远地区相当,低于季风前。碳质成分（OM+EC）占所有测试成分比例为73.6%,与之前珠峰站报道的研究结果相近。用PM_2.5水溶性组分在365 nm处的光吸收效率（Abs₃₆₅）来表征水溶性棕色碳（WS-BrC）,它与WSOC、K⁺存在较好的相关性（R²=0.63、0.50）,而与EC相关性弱（R²=0.01）,说明水溶性棕色碳可能源于生物质燃烧和二次反应。MODIS火点信息和气团后向轨迹分析进一步表明,尼泊尔地区的燃烧活动是珠峰站冬季碳质气溶胶的重要来源。同时,喜马拉雅山脉独特的局地风场是污染物跨境传输至珠峰地区的重要原因。     

人类巨量碳排放后果分析: 来自青藏高原综合调查的启示

人类巨量碳排放究竟导致什么后果,争议颇大,只有深入研究始新世以来大气CO₂浓度与环境变化,才有可能正确认识未来人类自身巨量碳排放之后果。大量研究揭示出: 从始新世到渐新世末期,大气CO₂浓度大幅下降,全球变冷,形成了大陆冰川; 中新世至今,大气CO₂浓度在低浓度背景之下长周期缓慢下降。当前尚不清楚何种机制主导了这一变化过程,也不清楚形成大陆冰川的水来自何方。为此,从青藏高原深部碳循环、表层水循环和环境变化的角度探讨这些问题,再分析未来人类巨量碳排放之后果。青藏高原在生长、隆升过程中,通过硅酸岩化学风化、植物光合作用、陆内俯冲(深埋)、水岩反应等方式,持续将巨量大气CO₂转化为富含碳元素的固、流体,封存在青藏高原新生的厚地壳之中,大幅降低了大气CO₂浓度,导致了全球变冷、大陆内陆(含青藏高原,下同)表层失水变干,形成了大陆冰川。渐新世—中新世之交,青藏高原生长到改变大气环流的规模,形成了亚洲季风,大陆内陆进一步荒漠化,捕获CO₂的量大幅下降,并与青藏高原内部所释放CO₂的量达到了准动态平衡,这是中新世以来大气CO₂浓度变化的主要机制。人类巨量碳排放彻底扭转了大气CO₂浓度长周期缓慢下降的趋势,大陆冰川因全球变暖所形成的液态水不会长期停留在海洋里,而以大气降水的方式重新回到干冷的大陆内陆,青藏高原将因此再次成为巨型水塔,缓解30多亿人的清洁饮用水问题。持续生长的高原和当前干冷荒漠化的大陆内陆通过前述多种方式固化人类排放的巨量CO₂,导致未来大气CO₂浓度在较高浓度背景下保持稳定,届时沙漠变绿洲,黄土高原变成有机质丰富的黑土高原,人居环境大幅改善; 但在盆地内部,PM2.5难以扩散,易形成雾霾。全球平均海平面因海水热膨胀而缓慢上升,上升速率约为1 mm/a。水主要在大陆冰川与内陆表层之间循环,与海平面升降之间没有因果关系。因此,人类巨量碳排放所导致的全球变暖对于人类自身的发展是利大于弊。     

民用蜂窝煤燃烧排放颗粒物的化学组成和稳定碳同位素特征

本文选用了镜质组反射率在0.77%-1.88%之间5 种不同成熟度的煤, 将其制成民用蜂窝煤球, 研究民用蜂窝煤燃烧排放颗粒物（PM）的化学组成, 包括元素（C、N、O、S）、有机碳（OC）、元素碳（EC）和水溶性无机离子（WSII）, 稳定碳同位素组成特征和质量吸收效率值（MAE）, 并讨论了它们与煤成熟度之间的关系.结果表明, 5 种原煤C、N、O、S 元素组成差别不大, 但是燃烧后排放的PM 化学组成差别比较大.无烟煤燃烧排放的PM 粒径分布呈双峰结构, 峰值分别在0.09 μm 和0.25 μm; 而烟煤PM 的峰值为0.58 μm.无烟煤排放PM 的颗粒数远小于烟煤.PM、OC 和EC 的排放受煤成熟度的影响非常大, 无烟煤排放的量最小, 分别为2.21 g/kg、0.22 g/kg 和0.004 g/kg; 成熟度最低的烟煤排放量最大, 分别为70.3 g/kg 、46.1 g/kg 和2.42 g/kg.PM、OC 和EC 的排放因子与煤的成熟度成幂指数关系.EC 的MAE 在0.17-21.9 m^2/g 之间, 与煤成熟度呈指数相关关系.燃煤WSII 的平均排放因子为801 mg/kg, WSII 当中含量最高的是NH4^＋ 和24SO4^2- , 平均分别占WSII总量的23.5%和44.4%.燃煤排放PM 的δ^13C 变化范围为–24.5‰-–22.8‰, 平均值为–23.6‰.以上研究有助于人们从原煤性质的角度去考察民用燃煤对人类健康和气候变化的影响, 并为大气污染源解析提供一些科学依据.     

碳同位素技术在碳质气溶胶源解析中应用的研究进展

概述了国内外14C和13C技术在大气碳质气溶胶源解析中应用的研究进展,指出14C在碳质气溶胶源解析研究中具有不可替代的独特优势,联合采用14C和13C技术有利于解决多种排放源的区分问题;随着碳质气溶胶组分分离技术的进步,对有机碳(0C)和黑碳(BC)等组分中14C的研究获得重要进展;除需深入研究13C的分馏机制外,建立各种排放源在不同区域的δ13C值域“特征谱”的重要性也日益突出;结合14C和13C以外的其他示踪剂、模型和分析方法将提供更多关于气溶胶来源的信息,并减小来源贡献率估算的不确定性.     

Carbonaceous aerosol transport from the Indo-Gangetic Plain to the Himalayas: Carbon isotope evidence and light absorption characteristics

The Indo-Gangetic Plain (IGP) is a major regional and global emitter of atmospheric pollutants, which adversely affect surrounding areas such as the Himalayas. We present a comprehensive dataset on carbonaceous aerosol (CA) composition, radiocarbon (Δ¹⁴C) -based source apportionment, and light absorption of total suspended particle (TSP) samples collected over a 3-year period from high-altitude Jomsom in the central Himalayas. The 3-year mean TSP, organic carbon (OC), and elemental carbon (EC) concentrations were 92.0 ± 28.6, 9.74 ± 6.31, and 2.02 ± 1.35 μg m^?3, respectively, with the highest concentrations observed during the pre-monsoon season, followed by the post-monsoon, winter, and monsoon seasons. The Δ¹⁴C analysis revealed that the contribution of fossil fuel combustion (f_fossil) to EC was 47.9% ± 11.5%, which is consistent with observations in urban and remote regions in South Asia and attests that EC likely arrives in Jomsom from upwind IGP sources via long-range transport. In addition, the lowest f_fossil (38.7% ± 13.3%) was observed in winter, indicating large contributions in this season from local biomass burning. The mass absorption cross-section of EC (MAC_EC: 8.27 ± 1.76 m²/g) and water-soluble organic carbon (MAC_WSOC: 0.98 ± 0.45 m²/g) were slightly higher and lower than those reported in urban regions, respectively, indicating that CA undergo an aging process. Organic aerosol coating during transport and variation of biomass burning probably led to the seasonal variation in MAC of two components. Overall, WSOC contributed considerably to the light absorption (11.1% ± 4.23%) of EC. The findings suggest that to protect glaciers of the Himalayas from pollution-related melting, it is essential to mitigate emissions from the IGP.     

单颗粒黑碳光度计在青藏高原雪冰样品分析中的应用

大气中的黑碳主要由化石燃料以及生物质燃料不完全燃烧产生, 经由传输以及沉降等过程, 可到达并沉积于偏远地区的雪冰表面。相对于洁净的雪表, 较暗的黑碳可吸收更多的太阳辐射, 导致雪表反照率降低, 加速冰雪消融, 进而对区域气候环境产生重要影响。青藏高原的环境脆弱而敏感, 是全球气候变化的驱动机与放大器。根据青藏高原山地冰川雪冰样品矿物杂质多、 浓度变化大的特点, 优化了雪冰单颗粒黑碳光度计（Single Particle Soot Photometer, SP2）分析方法, 制定了规范详细的实验步骤, 评估了样品储存和分样、 进样方式、 样品稀释等过程对测量结果的影响, 并用该方法对研究区域的季节积雪及雪坑样品进行检测。结果表明： 青藏高原雪冰中黑碳浓度在0.21~47.96 ng·mL^-1之间, 平均值6.69 ng·mL^-1。测样过程中连续测定胶体石墨标样, 校正后的回收率在75%以上。因此, 优化的SP2方法能够获得青藏高原雪冰中准确可靠的黑碳含量信息, 对利用雪冰介质重建黑碳的历史变化过程, 进而准确评估其对气候环境的影响程度, 具有重要意义。     

甘孜黄土与青藏高原冰冻圈演化

逐样系统交变退磁磁性测量表明，８６ｍ的甘孜黄土剖面形成于约８１．８４×１０＾４ａ ＢＰ前。剖面中黄土石英砂类型分析揭示出至少约８１．８４×１０＾４ａ ＢＰ以前，高原已进入冰冻圈，并且很快于约７６×１０＾４ ａＢＰ前冰川规模达到最大，并持续至约５３×１０＾４ｑａ ＢＰ前，倒数第二次冰川规模次之，然后冰川规模明显减少。