玉龙雪山冰川区冰尘理化特征及微观形貌研究

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2025.033

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (5): 540 -550. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.033

研究论文上一篇

玉龙雪山冰川区冰尘理化特征及微观形貌研究

张炜忠¹(

), 牛贺文²^,³(

), 卜爱军²^,³

^1.兰州大学资源环境学院，甘肃兰州 730000
^2.中国科学院西北生态环境资源研究院，冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室，玉龙雪山冰冻圈与可持续发展野外观测研究站，甘肃兰州 730000
^3.中国科学院大学北京 100049

收稿日期:2025-01-29 修回日期:2025-04-15 出版日期:2025-05-10
通讯作者: 牛贺文 E-mail:zhangwzh21@lzu.edu.cn;niuhw@lzb.ac.cn
基金资助:
第二次青藏高原科学考察计划项目(2019QZKK0605);中国科学院青年创新促进会(2021429)

Micromorphology of Ice Dust in the Glacier Area of Yulong Snow Mountain

Weizhong ZHANG¹(), Hewen NIU²^,³(), Aijun BU²^,³

^1.College of Resources and Environment, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
^2.National Key Laboratory of Cryosphere Science and Frozen Soil Engineering, Field Observatory for Cryosphere and Sustainable Development of Yulong Xueshan, Northwest Institute of Ecology and Environmental Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
^3.University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2025-01-29 Revised:2025-04-15 Online:2025-05-10 Published:2025-07-10
Contact: Hewen NIU E-mail:zhangwzh21@lzu.edu.cn;niuhw@lzb.ac.cn
About author:ZHANG Weizhong, research areas include environmental engineering. E-mail: zhangwzh21@lzu.edu.cn
Supported by:
the Second Qinghai Tibet Plateau Scientific Investigation Program(2019QZKK0605);The Youth Innovation Promotion Association of the Chinese Academy of Sciences(2021429)

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研究玉龙雪山冰尘的理化特征及其微观形貌，不仅可以揭示区域内冰尘的形成机理、来源和影响因素等，更为进一步理解影响冰川消融的机制提供了科学依据。以2023年8~9月在玉龙雪山冰川区消融冰表面采集的冰尘样品为研究载体，分析了冰尘的理化特征和形成机制，讨论了冰尘对冰川融化和冰川区碳循环的潜在影响。通过对冰尘样品进行粒度测试，对总有机碳和微观形貌进行分析，发现冰尘中矿物颗粒体积粒径分布众数介于2~28 μm，分布结构较为单一，主要源于粉尘沉降和局地岩石风化；雪冰样品中冰尘的总有机碳含量相对较高，且冰尘总有机碳含量随海拔降低而增加（采样点海拔范围在4 500~4 700 m），表明夏季冰川强烈消融对溶解性有机物质的输送和空间分布存在显著影响；冰尘微观形貌主要表现为致密泥质结构，无机物质和有机物质外观特征明显，内部存在不均匀且形态复杂的孔隙，分形维数较高，介于1.600 8~1.845 6，同时冰尘能谱分析检出了丰富的C、Si、O和Al等元素，表明冰尘中富含碳酸盐、硅酸盐和有机质等物质，这与冰川消融密切相关。研究结果有利于与其他冰川相关研究进行对比分析，对研究其他冰川冰尘理化特征及微观形貌具有指导意义。

关键词: 冰川冰尘, 玉龙雪山, 理化特征, 微观形貌

The study of the physical, chemical, and micromorphological characteristics of ice dust in the Yulong Snow Mountain glacier area reveals the formation mechanisms, sources, and influencing factors of ice dust in the region, providing a scientific basis for understanding glacier melting processes. Using ice dust samples collected from the melting ice surface in the glacier area between August and September 2023, the physical and chemical properties and formation mechanisms of ice dust were analyzed, and the potential effects of ice dust on glacier melting and the carbon cycle were discussed. Particle size analysis, total organic carbon measurement, and micromorphological examination of the samples revealed that the mode of mineral particle size distribution in ice dust ranged from 2 to 28 μm. The distribution structure was relatively simple, primarily due to dust deposition and local rock weathering. The total organic carbon content in ice dust from snow and ice samples was relatively high and increased with decreasing altitude (sampling point elevations ranged from 4 700 to 4 500 m). This suggests that strong glacier melting in summer substantially influences transport and spatial distribution of dissolved organic matter. Microscopic morphology of the ice dust was mainly a dense argillaceous structure, with distinct appearances of both inorganic and organic substances. The internal structure exhibited uneven and complex pores, with a high fractal dimension ranging from 1.600 8 to 1.845 6. Energy-dispersive spectroscopy detected abundant elements such as C, Si, O, and Al, indicating that the ice dust contains carbonates, silicates, organic matter, and other substances closely related to glacier melting. This study supports comparative analysis with other glacier-related research and provides guidance for future investigations into the physical and chemical characteristics and micromorphology of ice dust from other glaciers. Future in-depth studies will focus on determining mineral types and conducting quantitative elemental analysis of ice dust in the Yulong Snow Mountain glacier area, with an expanded sampling range and quantity.

Key words: Glacial cryoconite, Yulong Snow Mountain, Physico-chemical characteristics, Micromorphology.

中图分类号:

P343.6

图1 玉龙雪山所在区域及冰尘样品采样点位置示意图

Fig. 1 Schematic diagram of the location of Yulong Snow Mountain and the location of cryoconite samples

表1 玉龙雪山冰川区冰尘样品采集位置信息

Table 1 Location information of cryoconite samples collected from glacier area of Yulong Snow Mountain

样品编号	采样位置	海拔高度/m
1	27°6′18″N，100°11′31″E	4 524.6
2	27°6′16″N，100°11′31″E	4 551.1
3	27°6′18″N，100°11′28″E	4 587.1
4	27°6′17″N，100°11′29″E	4 642.3
5	27°6′20″N，100°11′31″E	4 673.8

表1 玉龙雪山冰川区冰尘样品采集位置信息

Table 1 Location information of cryoconite samples collected from glacier area of Yulong Snow Mountain

样品编号	采样位置	海拔高度/m
1	27°6′18″N，100°11′31″E	4 524.6
2	27°6′16″N，100°11′31″E	4 551.1
3	27°6′18″N，100°11′28″E	4 587.1
4	27°6′17″N，100°11′29″E	4 642.3
5	27°6′20″N，100°11′31″E	4 673.8

表2 玉龙雪山不同冰川区冰尘无机颗粒粒径分布

Table 2 Particle size distribution of inorganic mineral particles in cryoconite from different glacial regions of Yulong Snow Mountain

冰川名称	粒径分布					参考文献
冰川名称	D［3，2］/μm	D［4，3］/μm	黏土<2 μm/%	粉砂2 m~63 μm/%	砂>63 μm/%	参考文献
玉龙雪山1	3.759	13.058	13.4	83.646	2.954	本文
玉龙雪山2	3.666	12.344	14.157	82.875	2.968	本文
七一冰川	—	—	4.12	86.46	9.42	［8］
玉珠峰冰川	—	—	3.27	72.97	23.76	［8］
小冬克玛底	—	—	7.40	71.90	20.70	［8］
木扎尔特	—	—	2.77	62.32	34.91	［8］

表2 玉龙雪山不同冰川区冰尘无机颗粒粒径分布

Table 2 Particle size distribution of inorganic mineral particles in cryoconite from different glacial regions of Yulong Snow Mountain

冰川名称	粒径分布					参考文献
冰川名称	D［3，2］/μm	D［4，3］/μm	黏土<2 μm/%	粉砂2 m~63 μm/%	砂>63 μm/%	参考文献
玉龙雪山1	3.759	13.058	13.4	83.646	2.954	本文
玉龙雪山2	3.666	12.344	14.157	82.875	2.968	本文
七一冰川	—	—	4.12	86.46	9.42	［8］
玉珠峰冰川	—	—	3.27	72.97	23.76	［8］
小冬克玛底	—	—	7.40	71.90	20.70	［8］
木扎尔特	—	—	2.77	62.32	34.91	［8］

表3 玉龙雪山不同样品无机颗粒粒径主要范围

Table 3 Main range of particle size of different samples in Yulong Snow Mountain

样品类别	粒径主要范围/μm	参考文献
玉龙雪山冰尘	1~40	本文
玉龙雪山降水微粒	3~14	［14］
玉龙雪山大气粉尘	0.57~26	［15］

表3 玉龙雪山不同样品无机颗粒粒径主要范围

Table 3 Main range of particle size of different samples in Yulong Snow Mountain

样品类别	粒径主要范围/μm	参考文献
玉龙雪山冰尘	1~40	本文
玉龙雪山降水微粒	3~14	［14］
玉龙雪山大气粉尘	0.57~26	［15］

表4 玉龙雪山冰尘粒度参数特征

Table 4 Characteristics of particle size parameters of ice dust in Yulong Snow Mountain

样品序号	d（0.1）/μm	d（0.5）/μm	d（0.9）/μm	U（一致性）	S（径距）
1	1.557	8.162	29.608	1.14	3.427
2	1.512	7.934	27.885	1.09	3.324

表4 玉龙雪山冰尘粒度参数特征

Table 4 Characteristics of particle size parameters of ice dust in Yulong Snow Mountain

样品序号	d（0.1）/μm	d（0.5）/μm	d（0.9）/μm	U（一致性）	S（径距）
1	1.557	8.162	29.608	1.14	3.427
2	1.512	7.934	27.885	1.09	3.324

图2 玉龙雪山冰尘无机颗粒频率分布曲线

Fig. 2 Frequency distribution curve of inorganic particles in ice dust of Yulong Snow Mountain

表5 雪冰中冰尘总有机碳百分浓度

Table 5 Total Organic Carbon （TOC） concentration of Cryoconite in snow and ice

序号	样品	样品质量/g	百分浓度/%	测定浓度/（mg/g）	参考文献
1	1~200	0.200 3	12.16	24.36	本文
2	2（1）~200	0.199 7	12.03	24.02	本文
3	2（2）~200	0.199 9	11.62	23.23	本文
4	3~200	0.199 5	11.93	23.8	本文
5	4（1）~200	0.199 7	11.42	22.81	本文
6	4（1）~200	0.200 1	12.06	24.13	本文
7	4（2）~200	0.200 1	11.57	23.15	本文
8	5~200	0.200 3	11.57	23.17	本文
9	达古冰川	—	—	0.11~0.38	［19］
10	老虎沟12号冰川	—	—	2.00~2.61	［20］
11	呼玛河流域多年冻土	—	—	51.05	［6］

表5 雪冰中冰尘总有机碳百分浓度

Table 5 Total Organic Carbon （TOC） concentration of Cryoconite in snow and ice

序号	样品	样品质量/g	百分浓度/%	测定浓度/（mg/g）	参考文献
1	1~200	0.200 3	12.16	24.36	本文
2	2（1）~200	0.199 7	12.03	24.02	本文
3	2（2）~200	0.199 9	11.62	23.23	本文
4	3~200	0.199 5	11.93	23.8	本文
5	4（1）~200	0.199 7	11.42	22.81	本文
6	4（1）~200	0.200 1	12.06	24.13	本文
7	4（2）~200	0.200 1	11.57	23.15	本文
8	5~200	0.200 3	11.57	23.17	本文
9	达古冰川	—	—	0.11~0.38	［19］
10	老虎沟12号冰川	—	—	2.00~2.61	［20］
11	呼玛河流域多年冻土	—	—	51.05	［6］

图3 玉龙雪山冰尘中总有机碳随海拔变化趋势

Fig. 3 Variation trend of Total Organic Carbon （TOC） of ice dust in Yulong Snow Mountain with altitude

图4 部分大气颗粒物微观形貌特征图^［24］

Fig. 4 Microscopic morphology characteristics of some atmospheric particles^［24］

图5 冰尘微观形貌特征图
（a）放大100倍，致密泥状结构；（b）放大800倍，秸秆状和胶结状等颗粒；（c）放大800倍，链状聚集态物质；（d）放大800倍，块状和片状等规则颗粒

Fig. 5 Microscopic morphology characteristics of cryoconite
（a） 100 times magnification， dense muddy structure；（b） 800 times magnification， straw like， cemented and other particles；（c） 800 times magnification， chain like aggregate substance；（d） 800 times magnification， block， flake and other regular particles

图6 冰尘部分样品Image J软件分析图

Fig. 6 Image J software analysis diagram of some samples of cryoconite

图7 冰尘不同扫描区域EDX能谱分析图

Fig. 7 Energy Dispersive X-ray spectroscopy diagram of different scanning areas of cryoconite

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