青藏高原冰川中的微塑料:特征及潜在来源

文摘   2024-09-25 10:30   中国台湾  



引言


在该研究中,选择了青藏高原的六个冰川(昂龙冰川:AL,廓琼岗日冰川:KQGR,冬克玛底冰川:DKMD,老虎沟12号冰川:LHG,德姆拉冰川:DML,玉龙雪山白水河1号冰川:YL),并分别于2022年5月至6月采集了积雪坑样品(图1)。

文章假设冰川上的微塑料(MPs)不仅通过大气传输引入,还受到当地人类活动的影响。积雪样品用于分析微塑料的空间和时间变异特征,同时测试了三项基本指标:氢氧同位素(δD和δ18O)、离子(阳离子:Ca²⁺,Na⁺和K⁺,主要阴离子:Cl⁻,NO₃⁻和SO₄²⁻)和矿物粉尘(MD)。结合这些结果使用HYbrid单粒子拉格朗日积分轨迹(HYSPLIT)模型,探讨冰川微塑料的来源及其特征差异的可能原因。这项研究是首次对青藏高原不同冰川中的微塑料进行的全面调查。

图1  研究区域概览。(a) 代表青藏高原上各冰川的位置,(b)-(g) 分别表示每个冰川上积雪坑的具体位置。AL代表昂龙冰川,DKMD代表冬克玛底冰川,LHG代表老虎沟12号冰川,KQGR代表廓琼岗日冰川,DML代表德姆拉冰川,YL代表玉龙雪山白水河1号冰川。

结果简要分析




丰度,形状,大小以及聚合物

  • 丰度:六个积雪坑的微塑料(MPs)的平均丰度为339.22 ± 51.85个/L。分别鉴定出615(YL-玉龙雪山白水河1号冰川)、2845(DML-德姆拉冰川)、2355(KQGR-廓琼岗日冰川)、745(DKMD-冬克玛底冰川)、1805(AL-昂龙冰川)和590(LHG-老虎沟12号冰川)个微塑料颗粒。微塑料的最高丰度出现在不同雪坑的不同深度,微塑料丰度的最低值为9.35个/L(YL,30-40 cm),且在80-90 cm深度的YL雪坑中没有检测到微塑料。因此,YL的微塑料丰度是最低的,而KQGR和DML的微塑料丰度较高。

  • 形状和大小:所有积雪坑中的微塑料形状顺序为碎片 > 纤维 > 颗粒。碎片占比最高为95.76%(LHG),最低为86.58%(DKMD)。微塑料纤维的最高百分比为8.08%(DML),最低为3.36%(DKMD)。

  • 聚合物:在六个积雪坑中共鉴定出21种微塑料,其中DKMD和LHG雪坑中的聚合物类型较少。主要聚合物为聚乙烯(PE,包括PE、高密度聚乙烯HDPE和氯化聚乙烯CPE),其次是聚酰胺(PA)和橡胶。

图2 研究积雪坑中微塑料的特征。(a) 微塑料丰度,(b) 微塑料聚合物组成(聚合物缩写见SI,表S2),(c) 微塑料形状,(d) 微塑料尺寸分布。(YL-玉龙雪山白水河1号冰川,DML-德姆拉冰川,KQGR-廓琼岗日冰川,AL-昂龙冰川,DKMD-冬克玛底冰川,LHG-老虎沟12号冰川)。

图3 每个积雪坑中的微塑料(MPs)平均丰度、d-过量值和矿尘(MD)。丰度指的是每个积雪坑中的微塑料平均丰度,MD表示矿尘。浅色网格带表示积雪坑内的冰层,而深色网格带则表示积雪坑内的脏层。




微塑料特征对比

通过对青藏高原六个冰川积雪坑中的微塑料特征进行分析,揭示了不同冰川微塑料丰度、形状、尺寸及多种聚合物类型的差异。研究发现微塑料的丰度受采样季节、冰川消融以及当地人类活动的影响显著,尤其是受南亚季风影响的冰川表现出较高的微塑料丰度。此外,研究表明,微塑料的丰度和质量浓度不一致,反映了微塑料在不同环境条件下的复杂变化。这些发现为进一步研究冰川环境中微塑料污染提供了新的视角,并强调了未来在检测和量化不同类型微塑料时需要改进的方法。

图4 全球范围内雪和冰中微塑料丰度的对比(相关数据见补充信息)。红色圆圈代表陆地雪和冰中的微塑料丰度,黄色圆圈代表海冰中的微塑料丰度。圆圈的大小与丰度相对应,圆圈越大表示丰度越高。小数据框涵盖了之前在青藏高原进行的研究结果。




微塑料的潜在来源

  • 微塑料与矿尘的相关性:文章统计了10至50微米之间的矿尘(MD)和微塑料(MPs)的平均丰度和质量浓度。结果表明,青藏高原不同地区的大气干湿沉降对MPs的贡献有所不同。根据MPs与MD之间的相关性推断,在青藏高原南部,干沉降是MPs沉积的主要因素;而在青藏高原中部和北部,MPs的沉积受到干湿沉降的双重影响。

  • 通过混合单颗粒拉格朗日积分轨迹模型进行模拟:文章选择了前季风期和季风期的模拟结果,以确定可能的MPs传输距离和来源(图5)。结果显示,青藏高原南部的YL和KQGR在非季风期的气团传输距离大于季风期;而在青藏高原北部的LHG冰川中,非季风期的气团传输距离小于季风期(图6)。

图5 微塑料(MPs)、矿尘(MD)和d-过剩的相关性分析。“A-”代表平均丰度,“M-”代表平均质量浓度。

图6  显示了大气后向轨迹模型。模型中的大气边界层设置为500米,MPs在大气中的扩散时间为7天。


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结论


该研究调查了青藏高原六个冰川雪坑中微塑料(MPs)的特征。KQGR冰川的MPs平均丰度最高,为871.34 ± 277.69 个/L,且该冰川靠近城市区域。鉴定出的MPs主要是大小在10至50微米之间的碎片颗粒,聚乙烯(PE)、聚酰胺(PA)和橡胶是主要的聚合物,占比高达80%。

雪坑中δ18O、δD、矿尘(MD)和MPs丰度的相关性分析表明,在青藏高原东南部,MPs在冰川上的沉积主要受干沉降控制,而在青藏高原中部和北部,湿沉降占主导地位。未来的研究将重点探讨大气干沉降和湿沉降对冰川上MPs丰度的贡献,以增强对冰川融化后MPs输出以及通过大气湿沉降清除MPs速率的理解。通过结合聚合物的使用场景和HYSPLIT模型结果,提出城市工业区、车辆交通(TMPs)、旅游业以及大气长距离传输是冰川上MPs的主要来源。对于长距离传输的MPs,其传输过程可能与矿尘的传输有关。尽管目前尚无法精确确定大气长距离传输MPs的来源,该研究能够提供大致的来源位置和传输距离。因此,建议加强来源调查和模型分析。本研究为未来关于冰芯中MPs的调查提供了重要参考。




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