冰川冻土 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (2): 390-404.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0135
刘莎1(
), 李向应2,3(), 杨船洋1, 韩添丁4, 井哲帆4, 朱永华1
收稿日期:2020-11-18
修回日期:2021-03-19
出版日期:2021-04-30
发布日期:2022-08-11
通讯作者:
李向应
E-mail:liusha@hhu.edu.cn;shaanxilxy@163.com
作者简介:刘莎，硕士研究生，主要从事冰川水化学研究. E-mail： liusha@hhu.edu.cn
基金资助:
Sha LIU1(), Xiangying LI2,3(), Chuanyang YANG1, Tianding HAN4, Zhefan JING4, Yonghua ZHU1
Received:2020-11-18
Revised:2021-03-19
Online:2021-04-30
Published:2022-08-11
Contact:
Xiangying LI
E-mail:liusha@hhu.edu.cn;shaanxilxy@163.com
摘要：
硅（Si）是硅藻等海洋生物必需的营养元素，在海洋生态系统和碳循环方面扮演着重要角色。在全球变暖背景下，冰川加速消融，融水径流量快速增加，流域硅酸盐风化作用逐渐增强，导致大量Si元素随着融水释放出来并进入下游，很可能影响陆地与海洋生态系统生产力、碳循环并反馈气候变化。当前与冰川消融有关的Si释放及其影响研究已成为国际热点科学问题之一。通过回顾冰川径流中Si浓度及其δ30Si的最新研究成果，分析了Si浓度的空间变化特征，发现冰川径流的Si浓度受采样方法、径流量、基岩特征等因子的共同影响。在总结该领域现存问题的基础上，认为未来急需加强冰川径流Si的野外监测，综合利用多种同位素手段来厘清冰川径流Si的迁移转化过程和输移规律，评估因冰川消融而进入下游生态系统的Si通量，进而为冰川Si的生态及气候影响评估提供科学指导。
中图分类号:
刘莎, 李向应, 杨船洋, 韩添丁, 井哲帆, 朱永华. 全球冰川径流中硅的研究进展[J]. 冰川冻土, 2021, 43(2): 390-404.
Sha LIU, Xiangying LI, Chuanyang YANG, Tianding HAN, Zhefan JING, Yonghua ZHU. A review of bioavailable silica from glacial runoff globally[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(2): 390-404.
图1
冰川消融与生态系统和碳循环的关系"
图2
全球冰川Si监测点的空间分布以及径流中DSi（a）和ASi（b）浓度的空间变化（DSi资料来源见附表1，ASi资料引自Hawkings等［19，23，66］）"
附表1
全球冰川径流中DSi和ASi的平均浓度（标准偏差）和通量及其变化范围 (注：N/A指没有数据；1 Mmol=106 mol；a选自C组数据，b选自附件资料，c取“N”冰川末端的资料，d指平均浓度与年径流量的乘积获得的通量，e指流量加权平均浓度，f选自Sveeja位置的资料，g选自表4中主要融水的资料，h选自USS（上游采样点）的资料，i取自采样点E的资料，j指Si的产量与流域面积的乘积获得的通量，k指Q1和Q2采样点资料的平均值，l选取表1中冰下径流资料，m选取表1中冰下径流2和冰下径流4的资料，n选取R10和R11采样点资料，o选取G1站点的资料；GP指格陵兰冰盖，IC指冰岛，SJ指斯瓦尔巴德，SC指斯堪的纳维亚，AL指阿拉斯加，CE指欧洲中部，AN指南极/亚南极，AC指加拿大北极，WCU指加拿大西部/美国，AS指亚洲；NC指硝酸纤维素膜，CA指醋酸纤维素膜，PVDF指聚偏氟乙烯膜，PC指聚碳酸酯膜，NF指尼龙膜，CE指纤维素酯膜，MC指纤维素膜，GF指玻璃纤维素膜。)"
| 冰川名称 | 面积/km2 | 流量/（km3∙a-1） | 采样时间 （年/月） | 滤膜 类型 | 孔径/μm | 样品数/个 | DSi浓度（SD）/（μmol∙L-1） | 变化范围/（μmol∙L-1） | DSi通量（SD）/（Mmol∙a-1） | 变化范围/（Mmol∙a-1） | 文献 来源 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kangerdlugssuaq冰山（GP） | N/A | 15 | N/A | N/A | 0.40 | N/A | 9.14 （N/A） | N/A | 137 （N/A） | N/A | ［ |
| Godthåbs冰山（GP） | N/A | 10 | 2013/8 | NC | 0.45 | 1 | 4.7 （N/A） | 0.1~18 | 47 （N/A） | 1~180 | ［ |
| Sermilik冰山（GP） | N/A | N/A | 2014/7 | PC | 0.40 | 5 | 10 （N/A） | 0~20 | N/A | N/A | ［ |
| Kuannersuit冰川（GP） | 258 | 0.65 | 2001/7 | NC | 0.45 | 9 | 114a （N/A） | 71~164a | 70.7a （N/A） | N/A | ［ |
| Kuannersuit冰川（GP） | 258 | N/A | 2015/8 | NC | 0.45 | 1 | 33.8b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Watson河（GP） | 9743 | 3.67 | 2007/7 | NC | 0.45 | 23 | 35.7 （N/A） | N/A | 140 （N/A） | N/A | ［ |
| Watson河（GP） | 9743 | 2.86 | 2008/7-8 | NC | 0.45 | 28 | 21.4 （N/A） | N/A | 68 （N/A） | N/A | ［ |
| Watson河（GP） | 9743 | 2.57 | 2009/7 | NC | 0.45 | 13 | 42.9 （N/A） | N/A | 108 （N/A） | N/A | ［ |
| Watson河（GP） | 9743 | N/A | 2017/9 | NC | 0.45 | 1 | 33.2 （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| “N”冰川（GP） | 5 | 0.0064 | 2008/5-7 | CA | 0.22 | 22 | 14.3c （N/A） | 3.7~45.4c | 0.09d | 0.02~0.3d | ［ |
| Leverett冰川（GP） | 600 | 2.03 | 2012/5-9 | NC | 0.45 | 25 | 9.6e （N/A） | 0.8~41.4e | 19.5d （N/A） | 1.6~84d | ［ |
| Leverett冰川（GP） | 600 | 1.45 | 2015/5-7 | NC | 0.45 | 130 | 20.8e （N/A） | 9.2~56.9e | 30d （N/A） | 13~83d | ［ |
| Russell冰川GP） | N/A | N/A | 2013/8 | NC | 0.45 | 4 | 5.5 （N/A） | 4.7~7 | N/A | N/A | ［ |
| “Disko 6”冰川（GP） | 1.5 | N/A | 2015/8 | NC | 0.45 | 1 | 15.8b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| “Disko 10”冰川（GP） | 7 | N/A | 2015/8 | NC | 0.45 | 1 | 23.3b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| “Disko 11”冰川（GP） | 9.7 | N/A | 2015/8 | NC | 0.45 | 1 | 7.9b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| “Disko 13”冰川（GP） | 18 | N/A | 2015/8 | NC | 0.45 | 1 | 34.8b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Kiattuut Sermiat冰川（GP） | 36 | 0.22 | 2013/4-8 | NC | 0.45 | 38 | 22.2e （N/A） | 14.8~41.8e | 4.9d （N/A） | 3.2~9.2d | ［ |
| Qoorqup Sermia冰川（GP） | N/A | N/A | 2013/7 | PVDF | 0.20 | 4 | 26.6 （N/A） | 19.8~36 | N/A | N/A | ［ |
| Godthåbs峡湾（GP） | 2013 | 20 | 2013/8 | NC | 0.45 | N/A | 33 （N/A） | N/A | 660 （N/A） | N/A | ［ |
| Kangaarsarsuup冰川（GP） | N/A | N/A | 2013/8 | PVDF | 0.20 | 3 | 18.3 （N/A） | 17.6~19.3 | N/A | N/A | ［ |
| “G”冰川（GP） | N/A | N/A | 2013/8 | PVDF | 0.20 | 5 | 6.8 （N/A） | 5.5~8.9 | N/A | N/A | ［ |
| Young Sound峡湾（GP） | 390 | 1.5 | 2013/8 | NC | 0.45 | N/A | 30 （N/A） | 11~61 | 45 （N/A） | 16.5~91.5 | ［ |
| Drangajokull冰川（IC） | 41.9 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 13.6b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Langjokull冰川（IC） | 131 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 49.4b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Solheimajokull冰川（IC） | 55.1 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 94.8b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Skaftrafelljokull冰川（IC） | 90.5 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 39.3b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Eyjabakkajokull冰川（IC） | 130 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 16.5b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Vatnajökull冰川（IC） | 8100 | 3.15 | 2011/7 | CA | 0.20 | 1 | 68f （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Nansenbreen冰川（SJ） | 38.1 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 4.56b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Sefstrombreen冰川（SJ） | 133 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 3.31b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Ebbabreen冰川（SJ） | 1.68 | N/A | 2016/8 | NC | 0.45 | 1 | 3.03b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Scott Turnerbreen冰川（SJ） | 12.8 | 0.0066 | 1993/6-7 | NC | 0.45 | 72 | 3.9g （1.5） | 2.3~8.5g | 0.03d （0.01） | 0.02~0.06d | ［ |
| Rieperbreen冰川（SJ） | 4.05 | N/A | 2007/6-9 | NC | 0.45 | 16 | 19.3h （9.6） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Austerdalsbreen冰川（SC） | 20.9 | N/A | 2016/9 | NC | 0.45 | 1 | 26.6b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Styggedalsbreen冰川（SC） | 2.06 | N/A | 2016/9 | NC | 0.45 | 1 | 10.7b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Boverbreen冰川（SC） | 9.58 | N/A | 2016/9 | NC | 0.45 | 1 | 4.95b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Eagle冰川（AL） | 40.5 | N/A | 2017/6 | NC | 0.45 | 1 | 18.4b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Herbert冰川（AL） | 61.2 | N/A | 2017/6 | NC | 0.45 | 1 | 13.5b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Mendenhall冰川（AL） | 109 | N/A | 2017/6 | NC | 0.45 | 1 | 17.4b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Lemon冰川（AL） | 9.35 | N/A | 2017/6 | NC | 0.45 | 1 | 24.6b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Bench冰川（AL） | N/A | N/A | 1996/6 | N/A | 0.45 | N/A | 22 （2） | N/A | N/A | N/A | ［ |
附表2
全球不同冰川区DSi的平均浓度（标准偏差）及平均产量（数据来源见附表1）"
| 地区 | DSi浓度/（μmol∙L-1） | DSi产量/（kg∙km-2∙a-1） |
|---|---|---|
| 亚洲 | 31.55（20.3） | 2 351 |
| 冰岛 | 46.9（31.1） | N/A |
| 斯瓦尔巴 | 6.8（7.0） | 57 |
| 斯堪的纳维亚 | 14.1（11.2） | N/A |
| 阿拉斯加 | 21.5 6.8） | 2 224 |
| 欧洲中部 | 15.0（N/A） | 916 |
| 加拿大北极 | 4.3（N/A） | N/A |
| 加拿大西部/美国 | 4.3（1.3） | 1 177 |
| 格陵兰 | 26.7（22.8） | 980［ |
| 南极/亚南极 | 6.7（N/A） | N/A |
| 全球（冰川） | 26.5（21.7） | 1 722 |
| 全球（冰盖） | 27.7（22.5） | 980［ |
| 全球（冰山） | 8.0（2.8） | N/A |
图3
全球冰川径流中δD30Si和δA30Si的空间变化。a指阿拉斯加，b指格陵兰冰盖，c指冰岛，d指斯瓦尔巴，e指斯堪的纳维亚（数据来源见附表3）"
附表3
全球冰川径流中δD30Si和δA30Si平均值（标准偏差）及变化范围"
| 冰川 | 面积/km2 | 采样时间/ （年/月） | 样品数/个 | δD30Si/‰ | 变化范围/‰ | δA30Si/‰ | 变化范围/‰ | 文献来源 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kiattuut Sermiat冰川（GP） | 36 | 2013/4-8 | 18 | 0.41a （0.10） | 0.16~1.01 | -0.44a （0.06） | -0.56~-0.38 | ［ |
| Leverett冰川（GP） | 600 | 2015/5-7 | 20 | -0.25a （0.12） | -0.55~0.87a | -0.22a （0.06） | -0.32~0.21 | ［ |
| “Disko 6”冰川（GP） | 1.5 | 2015/8 | 1 | 0.22b （N/A） | N/A | -0.55 （N/A） | N/A | ［ |
| “Disko 11”冰川（GP） | 9.7 | 2015/8 | 1 | -0.36b （N/A） | N/A | -0.61 （N/A） | N/A | ［ |
| “Disko 10”冰川（GP） | 7 | 2015/8 | 1 | -0.15b （N/A） | N/A | -0.48 （N/A） | N/A | ［ |
| “Disko 13”冰川（GP） | 18 | 2015/8 | 1 | 0.24b （N/A） | N/A | -0.67 （N/A） | N/A | ［ |
| Kuannersuit冰川（GP） | 103 | 2015/8 | 1 | -0.13b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Vatnajokull冰川（IC） | 111 | 2003/9， 2005/8 | 13 | 0.75b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Myrdalsjokull冰川（IC） | 122 | 2003/9， 2005/8 | 15 | 0.41b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Drangajokull冰川（IC） | 41.9 | 2016/8 | 1 | -0.14b （N/A） | N/A | -0.36 （N/A） | N/A | ［ |
| Langjokull冰川（IC） | 131 | 2016/8 | 1 | -0.58b （N/A） | N/A | -0.10 （N/A） | N/A | ［ |
| Soheimajokull冰川（IC） | 55.1 | 2016/8 | 1 | 0.78b （N/A） | N/A | -0.06 （N/A） | N/A | ［ |
| Skaftrafelljokull冰川（IC） | 90.5 | 2016/8 | 1 | -0.09b （N/A） | N/A | -0.18 （N/A） | N/A | ［ |
| Eyjabakkajokull冰川（IC） | 130 | 2016/8 | 1 | -0.51b （N/A） | N/A | -0.05 （N/A） | N/A | ［ |
| Eagle冰川（AL） | 40.5 | 2017/6 | 1 | 0.33b （N/A） | N/A | N/A | N/A | ［ |
| Herbert冰川（AL） | 61.2 | 2017/6 | 1 | 0.49b （N/A） | N/A | -0.62 （N/A） | N/A | ［ |
| Mendenhall冰川（AL） | 109 | 2017/6 | 1 | 0.59b （N/A） | N/A | -0.54 （N/A） | N/A | ［ |
| Lemon冰川（AL） | 9.53 | 2017/6 | 1 | 0.46b （N/A） | N/A | -0.86 （N/A） | N/A | ［ |
| Austerdalsbreen冰川（SC） | 20.9 | 2016/9 | 1 | 0.63b （N/A） | N/A | -0.34 （N/A） | N/A | ［ |
| Styggedalsbreen冰川（SC） | 2.06 | 2016/9 | 1 | -0.09b （N/A） | N/A | -0.31 （N/A） | N/A | ［ |
| Boverbreen冰川（SC） | 9.58 | 2016/9 | 1 | 0.53b （N/A） | N/A | -0.54 （N/A） | N/A | ［ |
| Nansenbreen冰川（SJ） | 38.1 | 2016/8 | 1 | -0.07b （N/A） | N/A | -0.66 （N/A） | N/A | ［ |
| Sefstrombreen冰川（SJ） | 133 | 2016/8 | 1 | 0.18b （N/A） | N/A | -0.27 （N/A） | N/A | ［ |
| Ebbabreen冰川（SJ） | 1.68 | 2016/8 | 1 | 0.16b （N/A） | N/A | -0.71 （N/A） | N/A | ［ |
附表4
全球不同冰川区δD30Si和δA30Si的平均值（标准偏差）及变化范围（数据来源见附表2）"
| 地区 | δD30Si/‰ | 变化范围/‰ | δA30Si/‰ | 变化范围/‰ |
|---|---|---|---|---|
| 格陵兰 | 0.036 （0.29） | -0.36~0.41 | -0.467 （0.16） | -0.67~0.467 |
| 冰岛 | 0.089 （0.56） | -0.58~0.78 | -0.150 （0.13） | -0.36~-0.05 |
| 斯瓦尔巴 | 0.090 （0.14） | -0.07~0.18 | -0.547 （0.24） | -0.71~-0.27 |
| 斯堪的纳维亚 | 0.357 （0.39） | -0.09~0.63 | -0.397 （0.13） | -0.54~-0.31 |
| 阿拉斯加 | 0.468 （0.11） | 0.33~0.59 | -0.673 （0.17） | -0.86~-0.54 |
| 全球（冰川） | 0.225 （0.42） | -0.58~0.78 | -0.400 （0.26） | -0.86~-0.05 |
| 全球（冰盖） | 0.036 （0.29） | -0.36~0.41 | -0.467 （0.16） | -0.67~-0.467 |
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