科学家探明山地冰川消融汞输出规律,青藏高原

来源:http://www.020tL.com 作者:云顶集团简介 人气:109 发布时间:2019-09-22
摘要:该研究得到了国家自然科学基金、中科院战略科技先导专项B类项目以及中科院青年创新促进会基金的资助。成果发表于《环境污染》( EnvironmentalPollution )期刊。 探明山地冰川消融输

该研究得到了国家自然科学基金、中科院战略科技先导专项B类项目以及中科院青年创新促进会基金的资助。成果发表于《环境污染》(Environmental Pollution)期刊。

探明山地冰川消融输出汞的过程和规律,是理解以青藏高原为代表的高海拔山区汞的生物地球化学循环的关键环节。专家认为,山地冰川对气候响应更加敏感,距离人类居住区更近,可直接影响水资源和水质安全等问题。气候变化加剧背景下,山地冰川消融造成的直接或间接汞输出及其对下游生态系统的影响有待进一步研究。

这项研究由中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冰冻圈科学实验室组成的研究小组进行。研究人员研究了新疆1800条冰川,发现在过去26年到44年间,这些冰川总面积缩小了11.7%,平均每条冰川缩小0.243平方公里,末端退缩速率为每年5.8米。

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图2. 冰川径流汞传输过程

全球暖化背景下,中低纬度山地冰川加速消融,促进了径流量的增加,可能引起汞的释放并参与到下游生态系统生物地球化学循环。日前,中科院青藏高原地球科学卓越创新中心、中科院青藏所张强弓等对青藏高原念青唐古拉山脉扎当冰川区“冰川—融水—径流”开展协同采样观测,取得重要进展。相关成果发布于《环境污染》。

东疆盆地水系中的冰川数量少,并处在加速消融状态,河川径流对冰川的依赖性强,冰川的变化已经对水资源量及年内分配产生影响,水资源已经处在不断恶化之中。对于伊犁河与额尔齐斯河流域,未来冰川变化对水资源的影响在数量上可能有限,但会大大削弱冰川融水径流的调节功能,而气候变化对积雪水资源的影响和可能造成的后果应该予以特别关注。

青藏高原南部的喜马拉雅山脉发育有雅江、印度河、甘达基河及柯西河等多条河流,这些河流河源区的水资源对于维持区域人民生计和保持区域生态平衡至关重要,因而开展河源区河流水化学特征研究和水质评估十分必要。

图3. 曲嘎切河汞输出总量以及通量与北极地区河流的比较(Yukon地区较高的汞输出通量主要系流域内冰湖溃决)

科研人员发现不同环境介质中总汞含量依次为:雪坑>冰面河>下游断面河水>冰川末端>上游断面河水。不同环境介质中均以颗粒汞为主,是影响汞分布的主要因素。冰川补给径流量具有显著的日变化特征,受其影响,融水中总汞含量也具有显著的日变化。从冰川末端融水到下游河水,水体中总汞含量峰值依次出现,并与冰川径流流量峰值相对应,体现了冰川消融对流域汞输出的控制和影响。

研究认为,由于新疆各流域中冰川的分布、变化特征以及融水所占河川径流的比例不同,因此,未来气候变化对新疆各个区域水资源的影响程度和表现形式是不同的。

甘达基河采样点分布、水化学主控因素Gibbs分析、水化学类型Piper分析、上下游径流-TDS-降水季节变化以及主成份分析结果图

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(原载于《中国科学报》 2017-01-10 第4版 综合)

据介绍,研究课题得到国家重点基础研究发展规划项目、中国科学院知识创新工程重要方向项目、中国工程院重大咨询项目“新疆可持续发展中有关水资源的战略研究”和国家自然科学基金重点项目共同资助。

中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、中科院青藏高原研究所研究员张凡课题组尼泊尔籍博士生Ramesh Raj Pant及其合作者,分别于2016年季风前期、季风期和季风后期,在喜马拉雅山中部尼泊尔甘达基河流域的55个采样点采集165份河水水样。现场测定pH、EC和TDS浓度,在实验室分析主要离子(Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Cl-, SO42-, NO3-)和Si的浓度,并依据电荷平衡法计算HCO3-的浓度。分析结果显示,该流域河水呈弱碱性,主要离子平均浓度大小排序为:阳离子Ca2+”Mg2+” Na+” K+和阴离子HCO3-”SO42-”Cl-”NO3-。流域岩性以碳酸盐为主,河水水化学类型以Ca-HCO3为主,碳酸盐风化对水化学特征具有主导作用。由于气候、地理和人为因素,特别是上下游径流量及其季节变化的影响,河水地球化学性质表现出明显的时空异质性。饮用水和灌溉用水的适用性分析表明,大部分河段水质保持自然状态,但在少数地方存在水安全隐患。硝酸根离子在下游的变化显示了人类聚居区对河水的污染。该研究建立了喜马拉雅山地区独特气候和岩性条件下冰川补给河流水质数据库,为区域水资源可持续利用与水质管理提供了科学参考。

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据介绍,新疆的冰川水资源居全国第一,在当地水资源构成和河川径流调节方面占有重要地位。

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汞是一种毒性很强的重金属元素,是一种全球污染物。全球变化背景下中低纬度山地冰川加速消融,促进了径流量的增加,可能引起汞的释放并参与到下游生态系统生物地球化学循环。探明山地冰川消融输出汞的过程和规律,是理解以青藏高原为代表的高海拔山区汞的生物地球化学循环的关键环节。

分析表明,在塔里木河流域,冰川水资源具有举足轻重的作用,冰川消融会给该地区带来灾难性影响。目前该区冰川消融正盛,估计在今后30到50年,升温条件不变,冰川融水量仍会维持。未来20年到40年,天山北麓水系中,1平方公里左右的小冰川趋于消失,大于5平方公里冰川消融强烈。因此,以小冰川居多的河流受冰川变化的影响较大。

研究工作得到了中科院国际合作计划、国家自然科学基金项目的支持。相关研究成果近期发表在Science of the Total Environment上。

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我国科研人员对近30年来新疆冰川变化及其对水资源的影响研究取得进展。研究发现,随着气温升高,新疆冰川出现剧烈的消融退缩,冰川融水径流量普遍增加,并对气温的依赖性增强。

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山地冰川对气候响应更加敏感,距离人类居住区更近,可直接影响水资源和水质安全等问题。气候变化加剧背景下,山地冰川消融造成的直接或间接汞输出及其对下游生态系统的影响有待进一步调查和研究。

基于此,中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心、中国科学院青藏高原研究所副研究员张强弓和硕士研究生孙学军对青藏高原念青唐古拉山脉扎当冰川区“冰川-融水-径流”开展协同采样观测。研究发现不同环境介质中总汞含量依次为:雪坑>冰面河>下游断面河水>冰川末端>上游断面河水。不同环境介质中均以颗粒汞为主,是影响汞分布的主要因素。冰川补给径流量具有显著的日变化特征,受其影响,融水中总汞含量也具有显著的日变化。从冰川末端融水到下游河水,水体中总汞含量峰值依次出现,并与冰川径流流量峰值相对应,体现了冰川消融对流域汞输出的控制和影响。基于冰川物质平衡、冰川融水径流量以及总汞含量,估算了扎当冰川潜在释汞量(8.76 g yr-1)以及冰川补给径流曲嘎切的年总汞输出量(157.85 g yr-1),该结果远小于北极及亚北极地区冰川作用区河流汞传输量,主要是曲嘎切流域面积很小;但特别需要注意的是,曲嘎切流域径流汞输出通量(2.74 μg . m-2 . yr-1)高于北极地区,表明山地冰川对区域汞输出和循环的影响更为突出。

图1. 不同环境介质中总汞浓度

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