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冰川融水的水质变化可作为调查冰下水文系统构造及其动力学特征的工具,其水化学研究可帮助人们了解冰冻圈对过去和现在的化学剥蚀和元素循环以及冰川生态系统的影响。融水中的主要可溶性离子可用来研究冰川流域的化学剥蚀率,生物地球化学侵蚀过程和冰下排水系统的演变和构造,且微量和痕量成分在研究溶质来源时也具有非常大的潜力。本文对中国西部典型冰川区天山的科其喀尔巴西冰川、科其喀尔东沟冰川、博格达北坡冰川和黑沟8号冰川,公格尔山的5Y663D9、5Y663D4和5Y663C5冰川,昆仑山东部的煤矿冰川和玉珠峰冰川,唐古拉山的冬克玛底冰川,喜马拉雅山中段的绒布冰川,贡嘎山东坡的海螺沟冰川和海螺沟2号冰川,祁连山的水管河2号、3号、4号冰川和老虎沟12号冰川以及羊龙河1.号冰川融水的水文化学特征进行了研究。研究结果发现,水管河2号、3号和4号冰川,老虎沟12号冰川,公格尔5Y663D9、5Y663D4和5Y663C5冰川,黑沟8号冰川,玉珠峰冰川的冰下水文通道和融水来源可能比较单一,博格达北坡冰川、科其喀尔巴西冰川、科其喀尔东沟冰川、羊龙河1号冰川、煤矿冰川、冬克玛底冰川、绒布冰川、海螺沟冰川、海螺沟2号冰川的冰下水文通道和融水来源可能比较复杂。另外,水管河2号、3号和4号冰川,老虎沟12号冰川,冬克玛底冰川,海螺沟冰川,海螺沟2号冰川,公格尔5Y663D9、5Y663D4和5Y663C5冰川,博格达北坡冰川,黑沟8号冰川,科其喀尔巴西冰川,科其喀尔东沟冰川融水中的阳离子可能以地壳源物质的风化作用为主,地壳源以外的其它来源可能对羊龙河1号冰川、煤矿冰川、玉珠峰冰川、绒布冰川融水中阳离子的贡献较大。此外,水岩的相互作用和源自土壤的溶解盐控制着中国西部冰川融水化学的主要组成。水管河2号和3号冰川的溶质源可能以黄铁矿和白云石的化学风化作用为主,水管河4号冰川、羊龙河1号冰川、老虎沟12号冰川、煤矿冰川、冬克玛底冰川、海螺沟冰川、海螺沟2号冰川、公格尔5Y663D4冰川、博格达北坡冰川、黑沟8号冰川、科其喀尔巴西冰川可能以黄铁矿和方解石的化学风化作用为主,玉珠峰冰川可能以黄铁矿、方解石和阳起石/透闪石的化学风化作用为主,绒布冰川和科其喀尔东沟冰川可能以黄铁矿、方解石和黑云母的化学风化作用为主,公格尔5Y663D9和5Y663C5冰川可能以黄铁矿、方解石和碱性长石的化学风化作用为主。另外,水管河2号、3号和4号冰川以及老虎沟12号冰川的融水为SO42--(Ca2++Mg2+)型,羊龙河1号冰川、冬克玛底冰川、绒布冰川、海螺沟冰川、海螺沟2号冰川和公格尔5Y663D9、5Y663D4和5Y663C5冰川以及博格达北坡冰川、黑沟8号冰川、科其喀尔巴西冰川为SO42--Ca2+型,煤矿冰川和玉珠峰冰川分别为SO42--(Na++Mg2+)和(SO42-+Cl-)-(Na++Mg2+)型,科其喀尔东沟冰川为(SO42-+Cl-)-Ca2+型。而且,祁连山的冰川融水以SO42--(Ca++Mg2+)型为主,昆仑山东部以SO42--(Ca2++Mg2+)和(SO42-+Cl-)-(Na++Mg2+)型为主,唐古拉山、喜马拉雅山中段、贡嘎山东坡、公格尔山和天山以SO42--Ca2+型为主(见表A)。
玉珠峰冰川的海洋源溶质的输入通量最大,海螺沟2号冰川最小。煤矿冰川的溶质输出量和地壳源溶质的输入通量最大,博格达北坡冰川和南坡黑沟8号冰川分别最小。老虎沟12号冰川的Na+和Ca2+,煤矿冰川的K+,科其喀尔巴西冰川的Mg2+,羊龙河1号冰川的SO42-和绒布冰川的NO3-的来源比较复杂且受外界环境的扰动最大;公格尔5Y663C5冰川的Na+、K+、Mg2+和SO42-,绒布冰川的Ca2+和水管河2号冰川的NO3-的来源比较单一且受外界环境的扰动最小。昆仑山东部的海洋源、地壳源溶质的输入通量以及溶质的输出量最大,喜马拉雅山中部的海洋源溶质、天山的地壳源溶质的输入通量以及天山的溶质输出量分别最小。天山的Na+、K+、Mg2+和祁连山的Ca2+、SO42-的来源以及天山的地壳源比较复杂且受外界环境的扰动最大,喜马拉雅山中段的Na+、K+、Ca2+和唐古拉山的Mg2+、SO42-的来源以及唐古拉山的地壳源比较单一且受外界环境的扰动最小(见表A)。
海螺沟冰川的消融季节可分为消融初期(3月10日-5月22日)、洪峰期(5月23日-10月7日)和消融末期(10月8日-11月10日)。2008年海螺沟冰川的年径流量为8.17×107m3,消融季节的径流量为7.41×107m3,分布在消融初期、洪峰期和消融末期的径流量分别为8.2%、83.6%和8.2%,2008年3月10日至10月31日的降水量为1749.1 mm。
在海螺沟冰川消融初期末的5月1日-5月22日,水体来源相对比较稳定,可能以冰前活动层和冰川冰的融化为主。随着气温升高和降水量增加,融水量增大且其对溶质浓度的稀释作用增强。在洪峰期的5月23日-6月6日,水体来源没有发生太大变化,气温连续6天的快速降低可能是引起冰川冰消融和融水稀释作用减弱的主要原因。在6月7日-7月20日,水体来源可能发生了较大变化,气温的快速升高并达到最大值(>10℃)导致了冰川冰消融及其融水比例的急剧增加且对溶质浓度的稀释作用增强。在7月21日-9月6日,水体来源可能继续发生变化,气温快速降低但大部分仍保持在10℃以上且可能伴随着冰内高溶质浓度贮藏水的释放导致了径流量达到整个消融季节的最大值和溶质浓度的升高。在9与7日-9月30日,水体来源没有发生太大变化,气温快速升高并达到最大值导致了冰川融水对溶质浓度的稀释作用增强。消融末期的溶质浓度通常比洪峰期的更高且与径流量的关系更强,从而日的稀释效应更加显著。
海螺沟冰川融水中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+和SO42-的通量随径流量的增加线性增大,说明主要溶质通量的时间变化特征可以明显反映冰川融水量的时间变化。融水中的SO42-的输出量最大,NO3-的输出量最小。大约1.3%的溶质来自海洋源,13.6%来自气溶胶源,85.1%来自地壳/有机源,地壳/有机源的溶质比例稍高于28-83%的全球平均范围。假如没有发生大气CO2的没收,那么消融季节的地壳/有机源的溶质产量为1392t。
海螺沟冰川的融水化学主要受水岩的相互作用和源自土壤的溶解盐控制,干湿沉积作用对海螺沟冰川融水化学的贡献可能较大。海螺沟冰川区的矿物以黄铁矿、方解石、白云石和碱性长石等为主,氧化条件下结合着白云石和碱性长石溶解的硫化物氧化或者碱性长石溶解到次一级的固相中(如高岭石)是海螺沟冰川区的主要化学风化作用。