东南极冰穹A地区雪冰中硝酸根稳定同位素的研究

Being the final deposition of atmospheric nitrogen oxides (NOx), nitrate (NO3-) in polar ice cores is expected to contain information about past atmospheric concentrations of NOx. However, post-depositional processing of nitrate such as sublimation and photolysis in surface snow leads to significant mass loss, and compromises a quantitative interpretation of the ice core record. Recent studies in the Arctic and Antarctic suggested that the stable isotopic composition of nitrate in snow and ice cores is indicative of the degree of post-depositional processing and the oxidation pathways of nitrate formation. In this research, Dome A, which holds high potential for "oldest ice" cores and has attracted attention from ice-core researchers, is selected as the study area. For the first time the research on the stable isotopic composition of nitrate in snow and ice cores from Dome A is carried out. Based on the measurements of concentration and stable isotopic composition of nitrate, a quantitative relationship between the mass loss and the stable isotopic composition can be obtained. And the oxidation pathways of nitrate formation and the history of atmospheric oxidation capacity can be investigated. The results of this research will provide reference and experience for the interpretation of the deep ice core from Dome A and also the snow and ice cores from other inland regions in East Antarctica.

极地冰芯中的硝酸根（NO3-）作为大气氮氧化物（NOx）的最终沉降物包含了大气NOx含量的信息，但沉积后丢失过程能够通过挥发或光解作用改变雪层中NO3-的含量，因此，很难直接定量地解释极地冰芯中的NO3-记录。最近的研究表明，NO3-中的稳定同位素组成可以提供其沉积后丢失的比例与氧化途径等重要信息。本项目以受到国际普遍关注的可能钻取到最古老冰芯的冰穹A地区作为选定的研究区域，首次开展该地区雪冰中NO3-稳定同位素组成的研究。通过分析检测雪冰中NO3-含量及其稳定同位素的组成，研究沉积后过程中NO3-的丢失量与其稳定同位素组成之间的定量关系，探讨NO3-的氧化途径和大气氧化能力的变化历史，为解释冰穹A地区深冰芯以及东南极其它内陆地区雪冰中NO3-记录提供参考和依据。

极地冰芯中的硝酸根(NO3-)由于受到沉积后丢失过程的影响，很难直接定量地用作大气氮氧化物(NOx)的指代指标。本项目以具有极低积累率的冰穹A地区采集的浅冰芯样品为研究对象，建立其中NO3-含量及其稳定同位素组成的时间变化序列，研究NO3-在该地区雪冰中的保存和变化，并探讨了该地区NO3-的氧化途径及大气氧化能力的变化历史；同时，依托中山站-冰穹A沿途采集的雪坑样品研究了沉积后过程中NO3-丢失量与其稳定同位素组成之间的定量关系。结果表明，冰穹A浅冰芯中记录的过去2840年中的NO3-的平均含量为11.8 ± 3.0 μg kg-1，是南极冰芯中的最低值；其中δ15N-NO3具有异常高值，说明该地区NO3-经历了显著的沉积后过程，且光解是导致NO3-丢失的主要原因。NO3-稳定位素之间的相互关系表明，初始沉降至表层雪中的NO3-经历了光解丢失-再氧化-再沉降这一循环过程，直至其被埋藏至一定深度（紫外线强度足够低使得光解过程几乎无法发生）以下，O3和OH/H2O是参与NO3-再循环过程的主要氧化剂。在AD 1500-1900期间，冰芯中NO3-的含量明显低于其在过去2840年间的平均值，这一时期恰好与小冰期重叠；同时，NO3-含量在AD 1250-1900期间表现出逐渐降低的趋势。NO3-来源的改变很可能是导致上述两种现象的主要原因。此外，冰芯中NO3-在火山信号层位表现出迁移，其迁移程度受到火山信号中硫酸根含量的影响，大型火山信号导致NO3-发生显著迁移，而小型火山信号造成的NO3-迁移往往可以忽略不计。发现将NO3-沉积后丢失过程假设为瑞利分馏模式的这一做法过于简单，在将NO3-丢失量与δ15N和δ18O的定量关系应用到深冰芯NO3-记录的研究中存在着不确定性。上述研究结果为解释冰穹A地区深冰芯以及东南极其它内陆地区雪冰中NO3-记录提供了参考和依据。