青藏高原冬克玛底冰川流域微量元素的运移规律研究

The chemical weathering is extremely intense at glacial basins, from which minor and trace elements play an important role in glacier hydrology, ecological environment, biogeochemical cycle, and so on. Minor and trace elements can be used as good indicators in the subglacial configuration of hydrological system and chemical weathering process, and can indicate the changes of water quality as well as the biological/abiotic transport, diffusion and accumulation of noxious elements (e.g. Hg, Cd, As, and Zn) downstream. Moreover, the dissolved fluxes of some elements with the biological control also play a particularly important role on the primary productivity and the bioavailability of nutrients in downstream freshwater and seawater supplied by glacial meltwater. However, detailed studies on minor and trace elements are extremely scarce in glacial basins, and are still absent on Tibetan Plateau so far owing to the limitation of natural condition and so on in the field. This project is going to study the spatio-temporal variations of the flux and concentration of minor and trace elements and its species distribution and saturation state in stream water as well as their relationship with glacial discharge and suspendend sediment at the Dongkemadi Glacier basin on Tibetan Plateau based on data of the water temperature, pH value, soluble- and particulate-phase minor and trace element concentration, suspended sediment concentration and glacial discharge as well as geochemically PHREEQCi model, and eventually to reveal the mobility, diffusion process and law of minor and trace elements at an Alpine glacial basin on Tibetan Plateau, which can be referenced by the utilizaton of water resources, the evaluation of water environmental quality, the assesment of ecological environmental impact, and so on downstream.

冰川流域的化学风化作用异常强烈，由此产生的微量元素对冰川水文、生态环境和生物地球化学循环等意义显著。可作为冰下化学风化过程及水文系统构造研究的指示器，可指示下游水质变化及有毒元素（如Hg、Cd、As和Zn）的生物/非生物传输、扩散和累积。而且，具有生物抑制作用的元素溶解通量对冰川融水补给的下游淡水及海水系统中营养物的生物利用和初级生产力非常重要。然而，因冰川区自然条件等因素的制约，冰川流域的微量元素研究可谓凤毛麟角且在青藏高原尚为空白。拟申请项目以冬克玛底冰川流域为研究对象，基于河水温度、酸度、元素浓度、悬移质浓度、径流量和地球化学模型"PHREEQCi"，对溶解相/颗粒相元素的浓度及通量、物种分布及饱和态的时空变化特征及其与径流量和悬移质的时空关系进行研究，揭示青藏高原典型冰川流域微量元素的迁移、扩散过程及规律，为下游水资源利用、水环境质量评价和生态环境影响评估等提供理论依据和背景参考。

项目的背景：全球变暖导致冰川消融加剧、融水量增加，水-土/岩作用增强，从而微痕量元素可能被大量释放出来。这些元素可作为冰下化学风化过程及水文系统构造研究的指示器，可指示下游河流水质变化及有毒元素的生物/非生物传输、扩散和累积。具有生物抑制作用的一些元素的通量对海岸带的初级生产力和生物地球化学循环非常重要。由于气候环境恶劣、交通运输和后勤补给等无法保障，冰川流域的微痕量元素研究很有限。.研究内容：青藏高原冬克玛底冰川流域2013年一个完整消融季节期间（6-9月）主要及微痕量元素在日和季节时间尺度上的迁移和扩散过程及时空变化规律、冬克玛底冰川流域的化学风化及水化学的主要控制作用、冬克玛底冰川流域的溶质输出量及其对下游河流和海岸带的水质变化和生态环境的指示意义。.研究结果：（1）HCO32-、Ca2+、Fe和Sr是河水中的主要离子和元素。水化学的控制作用为碳酸岩风化、黄铁矿氧化和蒸发岩溶解。（2）元素浓度和通量与流量的显著负相关关系指示了溶质浓度的水文控制作用，与流量的随机关系指示了溶质浓度的物理化学控制作用。（3）元素主要以溶解态金属、非金属配体的复合体、单价和二价离子的形态存在。一些元素（如Cr、Cu、As）的浓度和通量向下游的增加趋势指示了潜在的环境问题。（4）流量标准化后的阳离子剥蚀率为372 Σ*meq+m 3，高于全球大部分冰川和冰盖流域，说明青藏高原的碳酸岩风化强于山地和极地地区。（5）溶质通量为110吨，可溶性Fe的通量为103千克。尽管Fe的输出量仅占总Fe输出量的一小部分，但其对局地的Fe循环和下游海岸的初级生产力可能有显著影响。（6）Fe的最大浓度超出了美国国家环境保护署的饮用水质标准，Al、Zn和Pb的最大浓度接近于或与世界卫生组织、中国和欧洲的水质标准的限值在一个数量级上，说明青藏高原的河流将来可能面临水质退化的问题。.关键数据：2013年冬克玛底冰川流域消融季节（6-9月），每2小时1次的河水可溶性离子浓度和稳定同位素的资料、每6小时1次的河水微痕量元素浓度的资料、每月1次的雪坑可溶性离子及微痕量元素浓度和稳定同位素的资料、逐日降水中可溶性离子和稳定同位素的资料。.研究意义：对青藏高原的溶质（如营养物质、重金属和有毒元素）迁移、输出及对下游生态环境和生物地球化学循环的影响和评估等研究具有重要意义，可为模型构建及未来预测提供基础性驱动和验证资料。