根据格陵兰岛东南部SE-Dome冰芯中的金属浓度推断出的气溶胶成分变化

《Polar Science》：Variations in aerosol composition inferred from metal concentrations in the SE-Dome ice core, southeastern Greenland

格陵兰东南部冰芯（1957-2014）中Al、nssCa、Fe等 crustal 元素浓度呈三阶段变化：1957-1975年高浓度（Period 1），1976-1999年低浓度（Period 2），2000年后回升（Period 3）。Period 3进一步分为2000-2007（nssCa增加，海盐/本地风化影响增强）和2008-2014（本地格陵兰土壤主导，亚洲粉尘贡献减少）两个阶段。Fe浓度升高可能与冰岛火山土壤输入相关。研究通过溶/不溶分金属分析，揭示了不同时期大气粉尘源（亚洲矿物粉尘、北美/欧洲人为排放、本地风化）和风化过程（碳酸钙→石膏转化）的变化机制。

　　在地球科学和环境研究领域，冰芯数据是理解过去气候和环境变化的重要工具。通过对冰芯中不同元素的分析，科学家能够追踪大气中气溶胶的来源及其随时间的变化趋势。这一研究聚焦于格陵兰东南部穹顶（SE-Dome）地区的一根冰芯，深度达到90.45米，涵盖了1957年至2014年的历史数据。研究团队包括来自名古屋大学环境研究研究生院的Nao Esashi、Chiaki Sasaki、Toshitaka Suzuki、Motohiro Hirabayashi、Yoshinori Iizuka、Sumito Matoba和Koji Fujita，他们通过分析冰芯中金属元素的总浓度，揭示了气溶胶成分的时空变化特征。

冰芯中的气溶胶通常分为可溶性部分和不可溶性部分。可溶性部分通常以离子浓度的形式进行测量，例如钠离子（Na?）、氯离子（Cl?）、硫酸根离子（SO?2?）等，而不可溶性部分则以尘埃浓度来表示。然而，不可溶性部分的元素组成往往缺乏详细的分析，这限制了我们对气溶胶来源和其变化因素的全面理解。在本研究中，科学家们尝试填补这一空白，通过测量和重建冰芯中四种主要金属元素（钠、铝、钙和铁）的总浓度，包括它们的可溶性和不可溶性部分，以期获得更准确的气溶胶来源信息。

研究发现，格陵兰东南部冰芯中的地壳元素（铝、非海盐钙和铁）在1957年至1975年间表现出较高的浓度，这一时期被称为Period 1。而在1976年至1999年间，这些元素的浓度显著降低，这一阶段称为Period 2。从2000年开始，这些元素的浓度再次上升，进入Period 3。这种显著的变化表明，不同时间段内气溶胶的来源和驱动因素存在差异。Period 1和Period 2的高浓度主要归因于远距离传输的亚洲矿物尘埃以及北美和欧洲的人类活动排放。而在Period 3，当地格陵兰的尘埃来源开始占据主导地位，减少了亚洲尘埃的影响。

进一步分析表明，Period 3可以细分为两个阶段：Period 3a（2000年至2007年）和Period 3b（2008年至2014年）。这两个阶段的元素组成表现出不同的特征。在Period 3a期间，非海盐钙（nssCa）的富集可能反映了来自沿海融水径流的可溶性钙输入增加，以及新暴露的碳酸盐岩石风化所产生的额外贡献。而在Period 3b期间，格陵兰本地土壤成为主要的钙来源，这表明在这一阶段，当地土壤的风化作用显著增强，而亚洲尘埃的输入则相对减少。铁含量的升高则暗示了来自冰岛火山土壤的额外输入，这可能是由于火山活动的增加或火山土壤的风化释放了更多的铁元素。

为了更准确地识别气溶胶的来源，研究团队还结合了其他数据，如雪坑样品中的水同位素比值和主要离子浓度，以及对颗粒物数量、质量及粒径分布的分析。这些数据的综合应用有助于揭示气溶胶的时空变化模式。例如，在雪坑样品中，钙离子（Ca2?）的浓度主要来自陆源尘埃，并在春季达到峰值，而冰芯中的尘埃质量通量则在2000年之后的秋季达到高峰。这种季节性差异可能与尘埃来源的地理分布和传输路径有关。此外，通过对比钙在冰芯中的存在形式（如碳酸钙或硫酸钙），研究团队发现钙的来源在不同时期发生了变化，这可能与大气中二氧化硫（SO?）的化学反应有关，尤其是在1970年代至1980年代，钙主要以碳酸钙形式存在，而在1990年代至2000年代，钙则更多以硫酸钙形式出现。这种变化可能表明，亚洲来源的尘埃在1970年代至1980年代期间对格陵兰的钙输入有重要影响，但随着时间推移，这种影响逐渐减弱。

此外，研究团队还指出，通过同时分析可溶性和不可溶性气溶胶的组成，可以更全面地理解气溶胶的来源和变化机制。例如，虽然钙在冰芯中的存在形式在不同时期有所变化，但其来源仍可能受到多种因素的影响，包括气候条件、地表风化作用、大气传输路径以及人类活动。在Period 3期间，格陵兰本地的尘埃输入显著增加，这可能与全球变暖导致的沿海地区雪线退缩有关。随着气候变暖，格陵兰的沿海地区出现了更多的裸露土壤，这些土壤可能成为新的尘埃来源。同时，冰岛火山活动的增加也可能对铁的输入产生影响。

该研究的意义在于，它提供了关于格陵兰地区气溶胶来源的详细历史记录，填补了现有研究在不可溶性气溶胶组成方面的空白。通过分析不同时间段内金属元素的浓度变化，科学家能够更准确地识别出气溶胶的主要来源，并理解其变化的驱动因素。例如，Period 1和Period 2的高浓度可能与亚洲矿物尘埃的远距离传输有关，而Period 3的增加则更多地反映了本地环境变化的影响。这种变化可能与全球气候变暖、冰川融化以及人类活动的演变密切相关。

研究还指出，冰芯中的金属元素浓度变化不仅受到气候因素的影响，还可能受到人类活动的显著影响。例如，在Period 2期间，北美和欧洲的人类活动排放可能是导致金属元素浓度下降的原因之一。而在Period 3，随着全球变暖的加剧，格陵兰本地的尘埃输入增加，这表明气候变化对气溶胶的组成和分布产生了重要影响。此外，铁的升高可能与冰岛火山活动的增加有关，这表明火山喷发和地表风化作用在某些情况下可能成为重要的气溶胶来源。

该研究还强调了冰芯数据在环境科学研究中的重要性。由于冰芯具有高时间分辨率和良好的化学保存性，它们能够提供关于过去几十年甚至更长时间内气溶胶组成变化的详细信息。这种信息对于理解当前和未来的气候变化趋势至关重要。例如，通过分析冰芯中的金属元素浓度变化，科学家可以预测未来可能的气溶胶来源变化，并评估其对气候和生态系统的影响。

此外，研究团队还提到，目前关于格陵兰冰芯中不可溶性气溶胶组成的分析主要集中在西北沿海和东北内陆地区，而本研究覆盖了东南部地区的冰芯，这为理解整个格陵兰地区的气溶胶来源提供了新的视角。东南部地区由于其高积雪速率和相对较少的人类活动影响，可能保留了更原始的气溶胶组成信息。因此，本研究的结果对于构建更全面的格陵兰气溶胶来源模型具有重要意义。

总的来说，这项研究通过分析格陵兰东南部冰芯中金属元素的总浓度，揭示了气溶胶来源的时空变化特征。研究结果表明，不同时间段内气溶胶的来源和驱动因素存在显著差异，这可能与气候变化、人类活动以及地质过程等多种因素有关。通过综合运用多种分析方法，包括离子色谱、质谱分析以及同位素比值测定，研究团队能够更准确地识别气溶胶的来源，并为未来的环境研究提供重要的数据支持。这项研究不仅有助于理解过去几十年的环境变化，还为预测未来气溶胶的来源和变化趋势提供了科学依据。