青藏高原典型山地冰川中痕量元素的空间分布和来源分析

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0082

冰川冻土 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (5): 1277-1289.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0082

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青藏高原典型山地冰川中痕量元素的空间分布和来源分析

李若晨^1,²(),申保收^1,²(),武小波³,杨方社^1,²,郭忠明^1,²

^1.陕西省地表系统与环境承载力重点实验室，陕西西安 710127
^2.西北大学城市与环境学院/地表系统与灾害研究院，陕西西安 710127
^3.中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃兰州 730000

收稿日期:2021-07-08 修回日期:2021-10-02 出版日期:2021-10-31 发布日期:2021-12-09
通讯作者: 申保收 E-mail:liruochen@stumail.nwu.edu.cn;bsshen@nwu.edu.cn
作者简介:李若晨，硕士研究生，主要从事环境水化学研究. E-mail： liruochen@stumail.nwu.edu.cn
基金资助:
第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK020102);陕西省自然科学基础研究计划一般项目(2021JQ-451)

Spatial distribution and source analysis of trace elements in typical mountain glaciers on the Qinghai-Tibet Plateau

Ruochen LI^1,²(),Baoshou SHEN^1,²(),Xiaobo WU³,Fangshe YANG^1,²,Zhongming GUO^1,²

^1.Shaanxi Key Laboratory of Earth Surface System and Environmental Carrying Capacity，Xi’an 710127，China
^2.College of Urban and Environmental Sciences/Institute of Earth Surface System and Hazards，Northwest University，Xi’an 710127，China
^3.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

Received:2021-07-08 Revised:2021-10-02 Online:2021-10-31 Published:2021-12-09
Contact: Baoshou SHEN E-mail:liruochen@stumail.nwu.edu.cn;bsshen@nwu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为了探究青藏高原雪冰中痕量元素的空间分布与主要来源，对2019年7—9月在青藏高原七一冰川、八一冰川、岗什卡雪峰、煤矿冰川、玉珠峰冰川、古仁河口冰川以及玉龙雪山白水河1号冰川采集的表雪样酸化后，利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测试了常量元素Al、Fe与痕量元素As、Ba、Co、Cr、Cu、Li、Mn、Mo、Pb、Sr、Tl、Zn、Cd共15种元素的含量，通过Jonckheere-Terpstra非参数检验分析痕量元素空间分布趋势。结果表明：中部煤矿冰川和玉珠峰冰川浓度最高，南部古仁河口冰川和玉龙雪山最低，东北部3条冰川居中；本研究与其他研究区关于冰川As、Cu、Pb、Zn、Cd浓度对比的结果显示，青藏高原冰川中元素含量的空间分布总体趋势为：中部＞北部＞南部。富集因子分析表明，Co、Cr、Cu、Tl、Fe、Li、Mn、Mo、Sr元素主要受粉尘输入影响，Pb、Cd、Zn元素受人为源影响较大（例如有色金属冶炼、交通排放、化石燃料燃烧等）。后向轨迹结果表明，东北部3条冰川主要受东北和西北部地区影响；中部冰川元素来源复杂，以青藏高原西部和北部的粉尘输入为主，且受西部临近煤矿和交通运输影响；南部冰川主要受南亚和青藏高原西南部地区影响。研究成果将进一步丰富青藏高原雪冰痕量元素数据库，为评估人类活动对青藏高原大气环境的污染和水源区的潜在环境风险提供科学依据。

关键词: 青藏高原, 痕量元素, 空间分布, 大气传输

Abstract:

In order to explore the spatial distribution and main sources of trace elements in the snow and ice of the Qinghai-Tibet Plateau， the surface snow samples at a depth of 0~5 cm collected from the Qiyi Glacier， Bayi Glacier， Gangshika Glacier， Meikuang Glacier， Yuzhufeng Glacier， Gurenhekou Glacier， and Baishuihe Glacier No.1 of Yulong Snow Mountain on the Qinghai-Tibet Plateau from July to September 2019 were analyzed to determine the concentrations of fifteen elements （Al， As， Ba， Co， Cr， Cu， Fe， Li， Mn， Mo， Pb， Sr， Tl， Zn， Cd）. The spatial distribution trend of these trace elements was presented by Jonckheere-Terpstra non-parametric test. The results showed that the Meikuang Glacier and the Yuzhufeng Glacier in the central region had the highest concentration of trace elements， while the lowest concentrations were identified in the Gurenhekou Glacier and the Baishuihe Glacier No.1 of Yulong Snow Mountain in the southern region. We compared the concentrations of As， Cu， Pb， Zn and Cd with other glaciers in the study area， and the elemental distribution generally showed the decrease trend of Central>Northern>Southern regions on Qinghai-Tibet Plateau. Enrichment factor analysis showed that Co， Cr， Cu， Tl， Fe， Li， Mn， Mo and Sr were mainly affected by dust input， while Pb， Cd and Zn were more affected by anthropogenic sources （i.e. non-ferrous metal smelting， traffic emissions and fossil fuel combustion）. The backward trajectory indicated that the three glaciers in the northeastern region were mainly affected by the air mass originated from northeastern and northwestern regions. The air mass source of the central glaciers was mainly from the dust input from the western and northern Qinghai-Tibet Plateau， which was influenced by the nearby coal mines. The two southern glaciers were mainly influenced by South Asia and the southwestern part of the Qinghai-Tibet Plateau. This research could expand the trace element database of snow and ice on the Qinghai-Tibet Plateau， providing scientific understanding for assessing the pollution of the Qinghai-Tibet Plateau’s atmospheric environment derived from human activities and the potential environmental risks of water source areas.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, trace elements, spatial distribution, atmospheric transport

中图分类号:

X142

李若晨,申保收,武小波,杨方社,郭忠明. 青藏高原典型山地冰川中痕量元素的空间分布和来源分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1277-1289.

Ruochen LI,Baoshou SHEN,Xiaobo WU,Fangshe YANG,Zhongming GUO. Spatial distribution and source analysis of trace elements in typical mountain glaciers on the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(5): 1277-1289.

图/表 9

表1

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表2

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表3

表4

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图4

图5

参考文献 49

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冰川	采样日期	样品数目/个	坐标	海拔/（m a.s.l.）	样品类型
七一冰川	2019-08-28	5	39°14.165′~39°14.374′ N； 97°45.374′~97°45.398′ E	4 623~4 668	表层雪样
（QY）	2019-08-28	5	39°14.165′~39°14.374′ N； 97°45.374′~97°45.398′ E	4 623~4 668	表层雪样
八一冰川	2019-08-27	9	39°0.664′~39°1.249′ N； 98°52.982′~98°54.146′ E	4 592~4 818	表层雪样
（BY）	2019-08-27	9	39°0.664′~39°1.249′ N； 98°52.982′~98°54.146′ E	4 592~4 818	表层雪样
岗什卡雪峰	2019-08-24	6	37°41.832′~37°42.032′ N； 101°29.244′~101°29.520′ E	4 548~4 649	表层雪样
（GSK）	2019-08-24	6	37°41.832′~37°42.032′ N； 101°29.244′~101°29.520′ E	4 548~4 649	表层雪样
煤矿冰川	2019-09-04	7	35°40.180′~35°40.215′ N； 94°11.123′~94°11.252′ E	5 067~5 085	表层雪样
（MK）	2019-09-04	7	35°40.180′~35°40.215′ N； 94°11.123′~94°11.252′ E	5 067~5 085	表层雪样
玉珠峰冰川	2019-09-05	7	35°38.715′~35°39.032′ N； 94°13.588′~94°13.854′ E	5 345~5 442	表层雪样
（YZF）	2019-09-05	7	35°38.715′~35°39.032′ N； 94°13.588′~94°13.854′ E	5 345~5 442	表层雪样
古仁河口冰川	2019-09-10	7	30°11.323′~30°11.438′ N； 90°27.084′~90°27.292′ E	5 617~5 707	表层雪样
（GRHK）	2019-09-10	7	30°11.323′~30°11.438′ N； 90°27.084′~90°27.292′ E	5 617~5 707	表层雪样
玉龙雪山	2019-07-25—27	13	27°5.864′~27°6.182′ N； 100°11.400′~100°11.688′ E	4 628~4 787	表层雪样
（YL）	2019-07-25—27	13	27°5.864′~27°6.182′ N； 100°11.400′~100°11.688′ E	4 628~4 787	表层雪样

元素	检出限/（ng·g^-1）	SLRS-5
元素	检出限/（ng·g^-1）	参考值/（ng·g^-1）	测量值/（ng·g^-1）	相对标准偏差/%
Al	0.0663	49.5±5.0	48.792±0.893	1.83
As	0.0023	0.413±0.039	0.435±0.012	2.83
Ba	0.0022	14.0±0.5	14.091±0.385	2.73
Co	0.0018	0.05	0.062±0.001	1.85
Cr	0.1485	0.208	0.227±0.005	2.30
Cu	0.0092	17.4±1.3	17.108±0.292	1.71
Fe	2.6869	91.2±5.8	115.38±2.093	1.81
Li	0.0015	—	—	—
Mn	0.0085	4.33±0.18	4.089±0.077	1.88
Mo	0.0013	0.5	0.236±0.007	3.13
Pb	0.0014	0.081±0.006	0.111±0.003	2.52
Sr	0.0005	53.6±1.3	51.268±1.238	2.42
Tl	0.0000	—	—	—
Zn	0.0697	0.845±0.095	0.986±0.316	3.21
Cd	0.0006	0.0060±0.0014	0.0092±0.0008	8.60

痕量元素	冰川							J-T^a标准统计值与P^a值	J-T^b标准统计值与P^b值	J-T^c标准统计值与P^c值	J-T^d标准统计值与P^d值
痕量元素	岗什卡雪峰	七一冰川	八一冰川	煤矿冰川	玉珠峰冰川	古仁河口冰川	玉龙雪山	J-T^a标准统计值与P^a值	J-T^b标准统计值与P^b值	J-T^c标准统计值与P^c值	J-T^d标准统计值与P^d值
Al*	2 047.824	1 758.858	410.856	3 370.741	2 864.005	200.386	384.256	-2.77； 0.006	-1.60； 0.110	-1.55； 0.122	-4.74； <0.001
As	1.345	1.028	0.324	3.400	2.201	0.175	0.866	-3.05； 0.002	-1.73； 0.085	-2.97； 0.003	-3.46； 0.001
Ba	23.022	87.587	16.055	43.443	40.696	1.629	4.531	-0.737；0.461	-1.47； 0.142	-1.78； 0.075	-6.41； <0.001
Co	1.893	1.437	0.336	3.199	2.490	0.134	0.349	-2.77； 0.006	-1.73； 0.085	-1.86； 0.063	-5.09；<0.001
Cr	4.026	3.781	0.910	6.687	5.770	0.515	0.933	-2.63； 0.009	-1.60； 0.110	-1.47； 0.143	-4.83；<0.001
Cu	4.767	4.780	1.337	7.321	6.053	0.562	1.163	-2.63； 0.009	-1.73； 0.085	-1.70； 0.088	-4.74；<0.001
Fe*	3 339.000	2 722.490	599.941	6 039.311	5 094.016	288.475	595.523	-2.70； 0.007	-1.60； 0.110	-1.70； 0.088	-4.82； <0.001
Li	3.554	3.017	0.768	7.539	6.118	0.356	0.455	-2.77； 0.006	-1.73； 0.085	-1.15； 0.251	-5.61；<0.001
Mn	105.195	77.705	19.117	273.247	138.019	7.288	23.829	-2.70； 0.007	-2.11； 0.035	-1.94； 0.052	-5.26；<0.001
Mo	0.020	0.031	0.018	0.050	0.028	0.010	0.010	-0.59； 0.551	-2.36； 0.018	-0.119； 0.905	-6.11；<0.001
Pb	6.729	6.224	1.409	11.782	8.322	0.561	15.801	-3.40； 0.001	-1.85； 0.064	-3.61；<0.001	-1.85； 0.066
Sr	6.067	7.335	3.607	19.191	14.058	0.598	4.511	-1.79； 0.074	-1.98； 0.048	-3.05； 0.002	-5.56；<0.001
Tl	0.040	0.040	0.011	0.066	0.058	0.005	0.016	-2.91； 0.004	-1.60； 0.110	-2.02； 0.043	-4.09；<0.001
Zn	16.380	30.741	9.719	24.686	27.294	6.296	18.435	-1.72； 0.086	-0.575； 0.565	-2.42； 0.016	-2.00； 0.046
Cd	0.122	0.081	0.021	0.232	0.160	0.005	0.209	-3.68；<0.001	-1.73； 0.085	-3.61； <0.001	-2.66； 0.008

冰川/地区	年份	海拔高度 /（m a.s.l.）	样品类型	浓度/（ng·g^-1）					数据来源
冰川/地区	年份	海拔高度 /（m a.s.l.）	样品类型	As	Cu	Pb	Zn	Cd	数据来源
七一冰川	2019年	4 623~4 668	表层雪	1.028	4.78	6.224	30.741	0.081	本文
八一冰川	2019年	4 592~4 818	表层雪	0.324	1.337	1.409	9.713	0.021	本文
岗什卡雪峰	2019年	4 548~4 649	表层雪	1.345	4.767	6.729	16.380	0.122	本文
煤矿冰川	2019年	5 067~5 085	表层雪	3.400	7.321	11.782	24.686	0.232	本文
玉珠峰冰川	2019年	5 345~5 442	表层雪	2.201	6.053	8.322	27.294	0.160	本文
古仁河口冰川	2019年	5 617~5 707	表层雪	0.175	0.562	0.561	6.300	0.005	本文
玉龙雪山	2019年	4 628~4 787	表层雪	0.866	1.163	15.801	18.435	0.209	本文
老虎沟12号冰川	2018年	4 260~5 483	表层雪	0.390	0.350	0.018	0.940	0.005	［17］
庙尔沟冰川（天山）	2018年	3 840~4 512	表层雪	2.250	1.400	0.004	0.087	0.015	［17］
求勉雷克冰川	2013年	5 228~5 423	表层雪	1.873	12.145	6.088	—	—	［18］
小冬克玛底冰川	2013年	5 714	表层雪	0.317	0.682	0.034	—	—	［18］
德木拉冰川	2015年	5 002~5 111	表层雪	—	0.290	0.066	7.433	0.002	［41］
仁龙巴冰川	2015年	4 818~4 847	表层雪	—	0.060	0.092	0.160	0.002	［41］
东嘎冰川	2015年	4 570~4 650	表层雪	—	0.100	0.221	6.705	0.004	［41］
枪勇冰川	2008—2009年	6 100	雪坑	—	1.604	1.502	4.576	0.002	［24］
珠穆拉玛峰北坡	2005年	6 500~8 844	表层雪	0.183	0.343	0.005	2.032	—	［42］

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青藏高原典型山地冰川中痕量元素的空间分布和来源分析

Spatial distribution and source analysis of trace elements in typical mountain glaciers on the Qinghai-Tibet Plateau

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