铁氧化物的矿物组成、光学特征与环境意义研究获进展

　　20世纪以来，全球多数山地冰川出现退缩，且近期呈现加剧趋势，尤其在我国青藏高原更为明显。山地冰川特别是其消融区表面往往存在大量暗色吸光杂质（图1），即冰尘（Cryoconite）。冰尘组成相对复杂，包括矿物沙尘颗粒、黑碳、有机质及微生物等。冰尘能够降低冰川表面反照率，吸收更多太阳辐射，从而成为影响冰川物质平衡的重要因素之一。目前关于冰川反照率影响因素的研究主要集中在黑碳等，对冰尘的矿物组分研究尚鲜见报道。估算冰川表面黑碳、有机碳和沙尘的吸光贡献具有很大挑战性。

　　在广泛应用的雪冰辐射模拟软件（如SNICAR）中，输入参数主要为沙尘质量浓度，而对沙尘的组成特征缺乏考虑。沙尘的吸光能力依赖于其中的铁氧化物，如针铁矿、赤铁矿等。因此研究青藏高原冰川表面冰尘中铁氧化物的矿物形态、光学特征能够为完善、改进雪冰辐射效应模拟提供关键输入参数。目前常规方法如XRD、化学方法和Mossbauer谱难以准确测定复杂冰尘样品中赤铁矿和针铁矿的含量。本研究针对野外采集的5处青藏高原冰川（图2）冰尘样品，利用漫反射光谱DRS准确测量了冰尘中针铁矿和赤铁矿含量，发现铁氧化物占总铁的31%-70%，其中针铁矿含量显著高于赤铁矿，占铁氧化物的81%-98%。同时对冰尘样品的黑碳含量进行了热光法测定。在此基础上，利用积分光谱仪（ISSW），获得了冰尘整体样品、针铁矿和赤铁矿的吸光特征 （MAC和AAE值），并进一步计算了冰尘样品中针铁矿、赤铁矿、黑碳和有机质等吸光组分对冰尘总吸光的相对贡献。结果显示，在600nm波段有机质和黑碳是最为主要的吸光组分，而在450nm波段铁氧化物的贡献迅速增加，在多数冰川冰尘中针铁矿的吸光已高于黑碳（图3）。该研究为准确评估吸光性杂质对冰川消融的影响奠定了基础。

　　该研究成果以Iron oxides in the cryoconite of glaciers on the Tibetan Plateau: abundance, speciation and implications为题，发表于冰冻圈领域著名期刊The Cryosphere上。中国科学院大学博士生导师，冰冻圈科学国家重点实验室康世昌研究员为通讯作者，中国科学院大学硕士生导师，青藏高原研究所丛志远研究员为第一作者，共同作者有兰州大学王鑫教授、南京大学季俊峰教授、赵万苍博士等。该研究得到国家自然科学基金委多个项目资助。

图1 山地冰川表面存在大量的冰尘

图2 冰尘采样点空间分布

图3 冰尘中黑碳、赤铁矿、针铁矿和有机质在450nm和600nm波段的吸光贡献