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     

青藏高原冰川表层雪中低分子有机酸的化学特征及来源分析

偏远地区雪冰中的化学组成在一定程度上可以反映当地的大气环境状况。为揭示青藏高原冰川表层雪中低分子有机酸的特征、探讨其可能来源及对降水酸度的贡献,进一步理解偏远地区酸沉降的形成机制,本研究基于2021年5至6月在青藏高原的五条冰川：阿尔金、扎子沟、七一、煤矿和玉珠峰采集的28个表层新雪样,分析了雪样中低分子有机酸的含量和组成特征。结果表明：研究区表层雪中的甲酸、乙酸和草酸的浓度范围分别为90.2～225.2 ng·mL^-1、54.6～277.8 ng·mL^-1和46.1～474.0 ng·mL^-1,除煤矿冰川外,雪样中有机酸总浓度相对较高。根据亨利定律和理想气体方程对有机酸的来源进行分析,表明阿尔金、扎子沟和煤矿冰川地区表层雪中的有机酸均主要来源于大气中不饱和碳氢化物的氧化反应等间接来源,而玉珠峰和七一冰川地区表层雪中的有机酸则主要来源于植物、土壤、生物质和化石燃料燃烧以及人类活动直接排放。在本研究中,甲酸、乙酸和草酸之间高度相关(相关系数介于0.73～0.97之间),表明它们可能均来自生物质燃烧。在有机酸的降水酸度贡献分...     

超纯水中甲酸、乙酸污染的实验研究及其对雪冰有机酸测定的意义

塑料容器是降水中生物有机酸研究的常用样品储集器,极地冰芯和粒雪样品钻取中也常用聚乙烯塑料袋盛装,且常常采用双封口方式保存。这种样品保存方式和样品暴露于大气一样,都会造成样品中有机酸含量的污染。定量研究一述污染是准确分析降水中有机酸含量的前提和基础。以超水为主要实验样品,对聚乙烯塑料顺和空气的甲酸,乙酸污染的研究表明,甲酸、乙酸的污染主要来自聚乙烯塑料代的热塑封口过程,而聚乙烯塑料桶的影响不明显。塑     

生物有机酸的来源及其测试分析方法

对目前生物有机酸的来源及其测试分析方法研究现状进行了评述,目前已知的生物有机酸的来源有植物生代过程中的直接释放,有机物质的燃烧,机动车辆燃油的尾气排放、稀烃等不饱和有机物的大气氧化,人类生产和生活对大气环境的污染以及及甲酸蚁社会活动过程中的释放等等,有机酸来源的一个判别指标是甲酸／乙酸比值的大小,与人类活动有关的来源中,甲酸／乙酸比值〈１。而自然源的两者比值〉１。要准确地测定降水中生物有机酸的含量     

古里雅冰芯中生物有机酸的初步分析

甲酸、乙酸是全球对流层中普遍存在的化学成分,它们对偏远地区降水中的酸度有很大影响,降水中存在的甲酸、乙酸必然会在冰川和冰盖中保存下来．然而,目前很少有文章报道山地冰川中甲酸、乙酸的测定结果及环境意义．我们用离子色谱法测定了古里雅上部５ｍ冰芯中甲酸、乙酸的浓度,结果显示,甲酸、乙酸具有明显的季节变化,峰值一般对应于夏季层位,说明甲酸、乙酸的来源不同于阳离子,粉尘不是其主要来源．将甲酸、乙酸的记录与冰芯中δ１８Ｏ和阳离子的记录对比,得出甲酸具有较敏感的气候指示意义．     

天山乌鲁木齐河源1号冰川大气气溶胶的微观形貌及元素组成分析

为研究冰川区大气气溶胶单颗粒物的物理化学特征,使用带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)对2007年在天山乌鲁木齐河源1号冰川东支积累区海拔4 130m(86°49′E,43°06′N)处采集的38个气溶胶样品中的38 861个单颗粒物进行了微观形貌和元素组成的分析.结果表明:天山乌鲁木齐河源1号冰川区大气气溶胶主要以粒径在0.6～2.5μm之间的不规则的非圆形矿物颗粒为主,其中以富含Si、Ca的粘土矿物颗粒为主,与人类活动密切相关的含S颗粒物及烟尘飞灰等含量较少.这与其它沙尘源区的气溶胶特征相似,其中含Ca颗粒多于其它沙尘源区,主要受西风带的影响.气团轨迹显示,来自于西面中亚地区的高空气流影响了1号冰川区的大气环境,表明天山乌鲁木齐河源1号冰川区的气溶胶主要代表了中亚沙尘源区对流层中上部大气的本底状况.     

乌鲁木齐河源1号冰川表层雪的化学特征——以低分子有机酸和无机阴离子为例

表层雪是联系大气成分与冰芯记录的重要纽带,是研究成冰作用过程中化学组成变化的起点.为配合天山乌鲁木齐河源1号冰川成冰作用过程中化学组成变化的研究,对1号冰川积累区(海拔4130 m)一个完整年度的表层雪样品进行了低分子有机酸和无机阴离子含量的分析.结果显示:表层雪中低分子有机酸主要有HCOO^-、CH₃COO^-、C₂H₅COO^-和(COO)₂^2-,无机阴离子主要有F^-、Cl^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-和PO₄^3-.除(COO)₂^2-外,大部分高浓度的有机酸和无机阴离子因受到周围环境和盛行风的影响呈现出明显的季节变化特征,即夏半年离子浓度变化剧烈,最大值和最小值同时出现在夏半年,冬半年的浓度则相对小而稳定;而(COO)₂^2-和低浓度的无机阴离子随季节变化的特征不明显,在全年均显示出波动性.在外界条件不变的情况下,表层雪可以长时间(至少半年时间)保存其中高含量的化学组成不被改变.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川pH和电导率记录的现代环境过程

根据天山乌鲁木齐河源地区的一个完整年周期的大气降水样品、１号冰川连续雪坑样品及浅冰芯样品的ｐＨ和电导率资料,初步探讨冰芯ｐＨ和电导率记录的形成过程和影响因素。结果表明,降水沉积后的粒雪化过程和成冰作用过程中样品的ｐＨ和电导率有较大的变化。但两者之间仍基本保持正相关关系。这说明在消融率较大和融水渗浸作用较强的内陆地区。仍可以根据冰芯的ｐＨ和电导率记录合理地区地反演沉积时的大气环境状况。     

祁连山老虎沟12号冰川浅冰芯记录的气候环境信息

2006年6月在祁连山西段大雪山的老虎沟12号冰川钻取了一支20.12m的浅冰芯,对冰芯中化学组成成分的浓度变化特征和来源分析进行了研究.结果表明,冰芯中δ18 O和可溶性离子含量变化均显示了明显的周期性变化,δ18 O与祁连山西段温度有很好的正相关关系.通过相关分析和HYS-PLIT后向轨迹分析表明,老虎沟12号冰川...     

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.     

天山冰芯细菌多样性研究

以在天山乌鲁木齐河源1号冰川钻取的5.18 m长的浅冰芯为研究对象,对冰芯不同层面的微生物总数、可培养细菌数量和种类进行分析.发现天山1号冰芯微生物总数为103～105细胞·mL-1,可培养细菌数为0～300 cfu·mL-1,冰层中的微生物数量明显多于粒雪层,可能是淋溶作用使细菌移动并保存在冰层中;分离到的细菌分属于14个属,大部分与来自海洋和其它陆地冰川的细菌具有很高的同源性,不同的气泡冰层的细菌在数量和种类组成上都有较大的差异.其中Frigoribacterium、 Flavobacterium、 Arthrobacter为天山1号冰芯中的主要优势菌,Brevundimona、 Pseudomonas和Pedobacter为次要优势菌,并且Frigoribacterium和Flavobacterium在冰芯不同深度均有分布,其数量与冰层中可培养细菌数量变化相一致;Cohnella和unclassified_Paenibacillaceae所代表的属的细菌未在其它低温环境下发现,可能为天山冰川的地方种类.     

青藏高原大气降水和气溶胶化学特征研究进展

近10 a来青藏高原大气降水和气溶胶化学研究取得了显著进展,特别是结合冰川考察和冰芯研究工作,在高海拔冰川区获得了一批降水化学资料.回顾了早期青藏高原大气降水和气溶胶化学研究的背景,从高海拔冰川区降水化学的区域分布、季节变化、全球对比以及台站降水和气溶胶化学等方面综述了近年来该领域的研究成果,并对其研究前景进行了展望.     

现代冰川中的微粒研究与气候环境变化

现代冰川雪冰中的微粒是重建过去气候环境变化的一项重要替代性指标。根据前人对极地冰盖和山地冰川冰芯及雪坑样品中的微粒粒径、矿物特征和含量变化等研究成果,讨论了微粒粒径变化,微粒与火山活动、大气气溶胶的关系,以及冰芯测年、微粒来源等相关分析,认为微粒中的代表性矿物、火山玻璃、粗糙系数和粒径分布可作为确定微粒源区的指标;微粒含量的变化与大气环流、气温高低及干湿程度密切相关,微粒含量的高值对应冷干气候,反之为暖湿;大气环流加强时,微粒含量增加,反之减少。微粒研究还能获得如火山活动、人类影响等特殊事件的信息。     

青藏高原南部枪勇冰川雪冰中痕量元素的组成特征及其环境意义

为了认识青藏高原南部雪冰中痕量元素的组成特征、背景含量水平以及人为污染的可能影响,利用高分辨电感耦合等离子体质谱仪首次对2009年4月19日采自枪勇冰川一个40 cm 雪坑中 Al、 Fe、 Ba、 Cd、Co、Cr、Cu、Li、Ni、Zn、Pb、Sb、Sr、U 和 V 共15个痕量元素的浓度进行了测试和研究.分析表明,不同痕量元素之间浓度变化很大,从 Cd 的0.004 ng/g 变化到 Fe 的8628 ng/g;同一痕量元素的浓度变化范围也较大,最大值/最小值从13(Cd)变化到94(Sr).研究表明,不同痕量元素记录反映了人类活动与自然活动的不同影响.对痕量元素地壳富集系数分析表明,岩石和土壤粉尘是 Ba、Fe、Sr、Co、Cr、V 和 U 的主要来源;而人为污染是枪勇冰川中 Pb、Zn、Cu、Li、Ni、Cd 和 Sb 的一个重要来源.对比研究表明,无论是以粉尘源为主要来源的痕量元素,还是以人为源为主要来源的痕量元素,它们的浓度明显高于中亚有关地区冰川中痕量元素的浓度,更远远地高于格陵兰和南极雪冰中的相应浓度,揭示了该地区大气中痕量元素受到粉尘和人为源污染物带来的显著影响     

过去1 000 a大气中主要温室气体冰芯记录研究概述

对南北两极和中低纬度山地冰芯中开展的温室气体的相关研究进行了回顾.结果显示:在1000aBP到工业革命阶段,大气中CO2,CH4和N2O等温室气体的浓度及气体稳定同位素受各种自然来源影响显著,平均含量较低,浓度波动也较小;工业革命之后,随着人类工农业等活动对环境的影响的加剧,大气中3种温室气体的含量呈现出剧烈的上升趋势.2007年IPCC第四次评估报告显示,目前CO2、CH4和N2O气体浓度的全球大气平均含量分别达到379mL·m-3、1774μL·m-3和319μL·m-3.对影响工业革命前南极、格陵兰及青藏高原冰芯中温室气体的含量的因素总结发现,由于受不同的温度、杂质含量等条件的影响,温室气体含量区域差异较大.1800A.D.以前,格陵兰冰芯中CO2的含量较南极冰芯高出9mL·m-3,青藏高原达索普冰芯CH4平均含量较南极和格陵兰冰盖高出15%～20%,格陵兰冰芯中的N2O含量也明显高于南极冰芯.工业革命以后,冰芯中3种气体浓度表现出强烈的上升趋势,并均达到1000A.D.以来的最高值.     

沙尘暴对天山托木尔峰青冰滩72号冰川环境的影响

基于沙尘暴发生前后在天山托木尔峰青冰滩72号冰川末端采集的7个大气气溶胶样品和在水文断面采集的9个融水径流样品,探讨了沙尘暴事件对天山冰川区大气环境和水环境的影响。结果表明,Ca²⁺和SO₄^2-是青冰滩72号冰川大气和融水径流的主要离子,当沙尘暴发生时,这两种介质中的离子浓度显著升高,而且升高存在同时性。由于影响因素不同,浓度随时间变化的趋势不同,大气环境对沙尘事件的响应能力强,水环境则对温度变化的响应能力更强。通过相关性分析和主成分分析认为,青冰滩72号冰川大气中Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、Cl^-和SO₄^2-主要以自然源为主;NO₃^-和NH₄⁺则以人为源为主。轨迹分析发现,由源于东欧、西伯利亚经中亚南下的冷气团引发的大风降温天气以及区域沙尘暴对冰川区环境有显著影响。     

青藏高原冰芯定年方法回顾及新技术展望

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史,而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法,提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年,以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法,但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约,冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年,但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求,随着测量技术与手段的突破,新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术（如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术）大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度,有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部;基于“原子阱痕量分析”（Atom Trap Trace Analysis,ATTA）的惰性气体（⁸⁵Kr、⁸¹Kr、³⁹Ar）放射性测年技术是一项革命性的技术,由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的¹⁴C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段,而且用冰量低,有望解决冰芯中碳含量低,定年困难的窘迫状况。此外,人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯³H低本底测量技术结合数据处理方法,有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号,将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。     

过去2000 年大气甲烷含量与气候变化的冰芯记录

温室气体与气候变化的关系是当前全球变化研究中的一个核心内容。目前关于大气温室气体含量变化只有几十年的实测资料, 而冰芯包裹气体中的CH4 不仅能反映过去大气CH4 含量随时间的变化, 而且能很好地揭示陆地CH 向大气中的释放随时间及空间的分布。近年来, 极地冰芯研究表明南极和北极过去大气层中的甲烷含 量差异很大, 北极大气层中甲烷含量远大于南极大气层。科学家们推测, 中低纬度地区是全球大气层甲烷含量变 化的驱动源。而对这一可能驱动源的甲烷含量变化, 很长时间人们一无所知。达索普冰芯记录揭示了中低纬度大 气CH4 含量与极地冰芯记录相同的变化趋势, 并明确显示工业革命以来大气CH4 含量的增长。高分辨率达索普 冰芯记录的工业革命以来大气CH4 含量变化最显著的特征是20 世纪两次世界大战期间人类活动CH4 排放的减缓 使大气CH4 含量呈负增长。中低纬度大气CH4 含量的恢复使我们有机会与极地冰芯记录进行定量对比研究。 0 ～1850A. D. 中低纬度大气CH4 的平均含量为782nmol /mol, 与格陵兰和南极大气CH4 平均含量差分别达66 nmol /mol和109nmol /mol, 并且其最大自然波动幅度超过200nmol /mol, 这是极地冰芯记录从未有过的。达索普冰芯 记录表明工业革命前中低纬度为全球大气重要的CH4 源区, 但最近1000a 来, 北半球中高纬度的排放有了显著的 加强; 过去2000a 来的自然变化时期, 气候变化的纬向差异对北半球不同纬度带CH4 排放格局有重要影响。     

青藏高原冰芯定年方法回顾及新技术展望北大核心CSCD

冰芯高分辨率高保真地记录了过去不同时间尺度气候环境变化历史,而冰芯精确定年是重建过去气候环境演化的先决条件。通过回顾青藏高原冰芯定年的常用方法,提出了目前冰芯定年仍存在的挑战和机遇。通常的冰芯定年方法包括基于冰芯季节变化信号的数年层方法、放射性标志层定年、冰川流动模型、基于其他已知时间序列的对比定年,以及放射性同位素定年。最可靠的方法是数年层的方法,但受到冰川中下部年层逐渐减薄的制约,冰川流动模型主要应用于冰芯中下部定年,但存在不确定性较大而且难以验证的难题。未来冰芯学科发展对冰芯定年提出了更高要求,随着测量技术与手段的突破,新的方法与技术开始在极地冰芯与高山冰芯定年研究中展示了广泛的应用前景。冰芯连续测量技术(如冰芯同位素连续测量技术、激光剥蚀等离子体质谱技术)大幅度提高了冰芯测量结果的时间精度,有可能把数年层的定年方法延推到冰芯底部;基于“原子阱痕量分析”(Atom Trap Trace Analysis,ATTA)的惰性气体(Kr、Kr、Ar)放射性测年技术是一项革命性的技术,由于惰性气体在大气中的稳定性与均匀性使其在不同时间尺度冰川冰的绝对定年中发挥出优势。低浓度的可溶性有机碳的14C定年也从实验室探索阶段开始转入试用阶段,而且用冰量低,有望解决冰芯中碳含量低,定年困难的窘迫状况。此外,人类活动影响之前处于自然背景下的冰芯3H低本底测量技术结合数据处理方法,有望恢复过去100~200年与太阳活动周期相关的信号,将补充放射性标志层只有近代结果的不足。这些新的技术与方法在冰芯定年中的应用有望进一步推动中低纬度高山冰芯研究。     

极地冰芯不溶性微粒研究进展

极地冰芯包含了大气循环的各种信息,微粒作为其中一个重要的参数,在揭示古环境和古气候信息中起着很重要的作用。冰芯中微粒的含量变化可用于年层的划分,矿物和粒径特征可以用于源区以及大气本底值的研究。另外,微粒记录中还包含了火山、沙尘暴以及人类活动等特殊事件的信息。在过去的50年间,在几大冰芯研究的基础上,极地冰芯微粒的分析工作已取得了很大的成果。近年来,得益于测试水平的迅速提高,微粒研究工作有了长足进展。展望未来,人们将会开拓更新的研究领域。