冰芯不溶微粒中痕量元素的测试方法及其在格陵兰NEEM冰芯中的应用

Trace elements such as Al，Fe，Sc，Ti，Mn，Sr，Ba etc, in insoluble particle are alternative indicators of dust records in ice core. They can help us to interpret questions related with sources、transport and deposition of dust in ice core. .The object of NEEM ice core is to reconstruct the features of climatic environment of the last inter-glacial period and help to make knowledge of present climate of which similar feature to the last inter-glacier period. .In order to obtain concentrations of trace elements such as Al、Fe、Mn、Ti、Sc、Sr、Ba、Cu、Zn、Pb etc., in insoluble dust in NEEM ice core from Greenland, the objective of the project is at first focusing on establishing methods on treating samples for determining soluble and total concentrations of trace elements in ice core.Based on the established method, both concentrations of these trace elements from about 500 ice core samples from north Greenland 2537.36 m NEEM ice core will be determined by inductively coupled plasma sector field mass spectrometry(ICP-SFMS) .The concentrations of these trace elements in insoluble particle calculated then based on both concentrations..The preliminary established method for treating samples for total concentrations of trace elements selected through preceding experiments is sub-boiling evaporation and followed by acid-digestion. The accurate of the method for acid-digestion samples can be evaluated through treating standard reference material of soil using the same method as that for ice core samples..The key problems for determining outra-low concentrations of trace elements in ice core are how to reduce blanks of trace elements during procedures related with treating ice core samples and how to concentrate total insoluble particle.. The reliable data obtained from the established method of the project will be used to reconstruct the past geochemical cycles of trace elements at the last inter-glacial and afterwards,as well as the past several typical climatic cycles.

冰芯不溶微粒中一些痕量元素是定量揭示冰芯中粉尘记录的代用指标，通过对不溶微粒中这些痕量元素记录的信息的提取，可帮助我们定量解释与冰芯中粉尘的起源、传输和沉降等方面的一些问题。格陵兰NEEM计划的目标在于详细地反演末次间冰期及其以来气候环境的变化规律。.本项目利用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(Element ICP-MS),针对NEEM冰芯不溶微粒中痕量元素Al、Fe、Ti、Mn、Sc、Rb、Sr、Ba、Cu、Zn、Pb等的浓度，建立这些痕量元素的可溶性浓度和总浓度的样品前处理以及测试方法。降低过程空白值以及完全富集不溶微粒的方法是两个关键问题。在建立可靠方法的基础上开展2537.36mNEEM冰芯中两种痕量元素浓度的测试，通过计算获得不溶微粒中痕量元素浓度的可靠数据. 这些数据为重建末次间冰期及其以来、过去几个气候旋回期间痕量元素自然地球化学循环提供可靠基础。

针对NEEM冰芯不溶微粒中痕量元素Al、Fe、Ti、Mn、Sc、Rb、Sr、Ba、Cu、Zn、Pb等的浓度，利用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(Element ICP-MS)，建立这些痕量元素的酸溶浓度和总浓度的样品前处理以及测试方法。在此基础上开展格陵兰NEEM 2537.36m冰芯中两种痕量元素浓度的测试，为重建末次间冰期及其以来、过去几个气候旋回期间痕量元素自然地球化学循环提供可靠基础。. 由于项目组成员未按时得到NEEM冰芯样品，故本项目实际上测试了NEEM雪坑样品以及青藏高原5个冰川中的雪坑样品中痕量元素并开展了本项目的研究内容。建立的样品前处理方法能准确测试NEEM雪坑样品中部分痕量元素。通过对比青藏高原5个冰川表雪中常规酸化样品和消解样品中18个痕量元素和14种稀土元素，发现两种样品处理方法得到的痕量元素浓度差别明显。元素之间的质量分数差别较大，Mo, Ti, Al, Rb and V的质量分数（酸溶浓度与总浓度之比）在0.06-0.5之间。其余痕量元素的质量分数在0.6 到大于0.9之间。稀土元素，Y 和Th则在0.3 至0.5之间。粉尘含量高的样品中稀土元素质量分数低，而粉尘含量低的样品中稀土的质量分数高。酸溶性样品中痕量元素和稀土元素较低的质量分数将导致对这些元素大气沉降通量的低估，如果以Al,Fe,Ti 等作为粉尘的代用指标，则将导致对粉尘沉降通量的低估。两种样品处理方法得到不同的稀土分布模式和稀土参数，通过不同稀土模式和稀土参数将导致不同的粉尘来源示踪结果。与酸化样品相比，消解样品中稀土元素在示踪粉尘来源结果更可靠。酸化方法和消解方法中痕量元素和稀土元素在质量分数，稀土分布模式，稀土参数以及对粉尘的示踪结果等方面均存在明显的差别。这一特点同样适用于有格陵兰雪冰样品。另外也开展了天山庙儿沟冰芯可溶性和不溶微粒中Pb-Sr同位素示踪研究。. 重要的科学意义在于，过去对雪冰样品的酸化方法得到的痕量元素低估研究地区冰川中痕量元素的大气通量，以及以痕量元素作为代用指标的粉尘的大气通量，从而低估气候变化的强度。而且，对粉尘来源示踪结果不可靠。而消解样品中痕量元素能比较准确揭示痕量元素以及粉尘的大气通量，气候和环境变化信息，以及粉尘来源。对天山庙儿沟冰芯中Pb-Sr 同位素研究指出，可溶性微粒中的Pb-Sr包含了更多的人为污染信息。