DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-03064-9
تاريخ النشر: 2026-02-28
المؤلف: Shipika Sundriyal وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات وملاحظات الكريوسفير
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تحريك المعادن النادرة (TMs) من الأنهار الجليدية في سياق تغير المناخ، مع التركيز على كيفية تأثير أنواع الأنهار الجليدية المختلفة—الأنهار الجليدية الجبلية وكتل الجليد القطبية—على إطلاق هذه المعادن. تحلل الدراسة بيانات المعادن النادرة المذابة من 14 نهرًا جليديًا جبليًا و2 من أنظمة مخرجات كتل الجليد القطبية، كاشفة أن كلا النوعين من الأنهار الجليدية يطلقان مياه ذائبة بتركيزات من المعادن النادرة أعلى بكثير من المتوسطات العالمية في الأنهار والمحيطات. ومن الجدير بالذكر أن الأنهار الجليدية الجبلية تظهر مستويات مرتفعة من العناصر الغذائية الدقيقة الأساسية مثل الزنك (Zn) والكوبالت (Co) والنيكل (Ni) والكادميوم (Cd) والنحاس (Cu) مقارنةً بكتل الجليد، ويعزى ذلك إلى عوامل مثل زيادة التجوية وتنوع الصخور في البيئات الجبلية.
تؤكد النتائج أن العمليات الهيدرولوجية والجيوكيميائية المتباينة بين الأنهار الجليدية الجبلية وكتل الجليد تؤدي إلى توقيعات كيميائية مميزة في المياه الذائبة. تعمل الأنهار الجليدية الجبلية كمكبرات لإطلاق المعادن النادرة بسبب أنظمتها الديناميكية للصرف، بينما تعمل كتل الجليد كأجهزة تفاعل تحت ظروف نقص الأكسجين. تسلط هذه الدراسة الضوء على الدور الحاسم لنوع النهر الجليدي في تحديد التأثيرات البيئية لتحريك المعادن النادرة، مشيرة إلى أنه مع تراجع الأنهار الجليدية، ستشهد أحواض الجبال تغييرات كيميائية كبيرة قد تؤثر على توصيل العناصر الغذائية ومستويات التلوث في النظم البيئية downstream. تؤكد البحث على الحاجة إلى مراعاة الضوابط الخاصة بالأنهار الجليدية في نماذج البيوجيوكيمياء والمناخ المستقبلية للتنبؤ بشكل أفضل بالنتائج البيئية في عالم دافئ.
الطرق
في هذه الدراسة، قمنا بفحص المعادن النادرة المذابة (TMs) في المياه الذائبة من 16 حوضًا جليديًا على مستوى العالم، بما في ذلك 14 نهرًا جليديًا جبليًا و2 من أنظمة مخرجات كتل الجليد. تمثل المواقع المختارة مجموعة متنوعة من السياقات الجيولوجية والمناخية، ممتدة عبر مناطق مثل جبال الهيمالايا، وهضبة التبت، والجبال الأوروبية، وروكيز الأمريكية، والأنديز، بالإضافة إلى المناطق القطبية مثل غرينلاند والقارة القطبية الجنوبية. حدثت عمليات أخذ العينات خلال مواسم ذوبان الصيف، باستخدام تقنيات فائقة النظافة لضمان سلامة البيانات. تم تصفية العينات إلى <0.45 ميكرومتر، وتم تحميضها باستخدام HNO₃ فائقة النقاء، وتعرضت لبروتوكولات صارمة للتلوث، بما في ذلك الفراغات الميدانية والإجرائية. تم تخزين العينات المجمعة عند 4 درجات مئوية حتى التحليل، مع توفير منهجيات مفصلة في المواد التكميلية. لأغراض التحليل، تم قياس تركيزات المعادن المذابة باستخدام مطيافية الكتلة البلازمية المقترنة بالتحريض (ICP-MS) عالية الدقة. شملت المعايرة حلول معيارية متعددة العناصر، وتم استخدام معايير داخلية لتصحيح الانحرافات التحليلية المحتملة. تم الحفاظ على ضمان الجودة من خلال تحليل المياه المرجعية المعتمدة، مما أسفر عن استرداد بين 90-110% لجميع العناصر. اختلفت حدود الكشف، حيث كانت بعض العناصر النادرة مثل الكادميوم (Cd) والكوبالت (Co) في نطاقات عشرات نانوغرام لكل لتر، بينما كانت المعادن الأكثر وفرة مثل الحديد (Fe) والألمنيوم (Al) لها حدود حول 0.1-1 ميكروغرام لكل لتر. لتمثيل كيمياء المياه الذائبة النموذجية، تم حساب القيم المتوسطة أو الوسيطة للمواقع التي تحتوي على بيانات متعددة السنوات، مما يقلل من التحيزات الناتجة عن التقلبات قصيرة الأجل ويسهل التحليلات المقارنة عبر مواقع الأنهار الجليدية المختلفة.
النتائج
تكشف نتائج هذه الدراسة أن المياه الذائبة الجليدية هي مصادر مهمة للمعادن النادرة المذابة (TMs) إلى النظم المائية downstream، وغالبًا ما تتجاوز المساهمات من كتل الجليد القطبية والأنهار غير الجليدية من حيث التركيز والتنوع. من خلال تحليل ستة عشر حوضًا مائيًا يغذيه الجليد، وجدت الدراسة أن تركيزات المعادن النادرة، وخاصة الزنك (Zn)، يمكن أن تتفاوت بشكل كبير—تتراوح من أقل من 1 ميكروغرام لكل لتر في هضبة التبت إلى أكثر من 1000 ميكروغرام لكل لتر في وسط الأنديز. تتأثر هذه التفاوتات بالجيولوجيا المحلية، والترسيب الجوي، وديناميات الذوبان الموسمية، مع أنماط مميزة لوحظت عبر السلاسل الجبلية الكبرى مثل الهيمالايا، والجبال الأوروبية، والأنديز.
تسلط الأبحاث الضوء على أن تركيزات المعادن النادرة في الأنهار الجليدية في الهيمالايا، على سبيل المثال، أعلى بكثير من المتوسطات العالمية، حيث تكون مستويات الزنك في الأنهار الجليدية المغطاة بالحطام (DG) والأنهار الجليدية النظيفة (GG) تقريبًا 129× و95× أكبر من المتوسط العالمي للأنهار، على التوالي. تشير الدراسة أيضًا إلى أن العوامل الجيولوجية، مثل وجود الصخور الغنية بالكربونات والكبريتيدات، تلعب دورًا حاسمًا في التحكم في تدفقات المعادن النادرة، خاصة من خلال عمليات مثل أكسدة الكبريتيد التي تعزز ذوبانية المعادن. علاوة على ذلك، يساهم الترسيب الجوي من الغبار والهباء الجوي في ارتفاع مستويات المعادن النادرة، خاصة في المناطق التي تتعرض لرياح جافة. تؤكد النتائج على التفاعل المعقد بين العوامل الجيولوجية والجوية في تشكيل المشهد الجيوكيميائي للمياه الذائبة الجليدية وتأثيراتها على جودة المياه الإقليمية وصحة النظم البيئية.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الفروق الكبيرة في أنماط إثراء المعادن النادرة (TM) بين الأنهار الجليدية الجبلية وكتل الجليد القطبية. يكشف أن المياه الذائبة من الأنهار الجليدية الجبلية تظهر باستمرار تركيزات أعلى من المعادن المحبة للكبريت، وخاصة الزنك (Zn) والكوبالت (Co) والنيكل (Ni) والرصاص (Pb)، مقارنةً بتلك القادمة من كتل الجليد. على سبيل المثال، يمكن أن تتجاوز تركيزات الزنك في مياه ذوبان الأنهار الجليدية الجبلية قيم كتل الجليد بمقدار واحد إلى اثنين من أوامر الحجم، ويعزى ذلك إلى زيادة التجوية التأكسدية والتهوية تحت الجليد. تؤكد الدراسة على دور الكيمياء الجيولوجية للصخور في التأثير على تصدير المعادن النادرة، مع إظهار عناصر معينة سلوكيات متنوعة بناءً على السياقات الجيولوجية المحلية. من الجدير بالذكر أنه بينما يتم استنفاد بعض المعادن مثل الباريوم (Ba) والسترونتيوم (Sr) بشكل عام، تظهر أخرى مثل الكادميوم (Cd) والمنغنيز (Mn) استجابات مختلطة، مما يشير إلى تفاعلات معقدة بين عمليات التجوية والمعادن المحلية.
علاوة على ذلك، تؤكد الأبحاث على الآثار المترتبة على هذه النتائج بالنسبة للنظم البيئية downstream. يتم تحديد الأنهار الجليدية الجبلية كمصادر مهمة للعناصر الغذائية الدقيقة الأساسية، مثل الحديد (Fe)، الذي يمكن أن يحفز نمو العوالق النباتية في المياه الفقيرة بالعناصر الغذائية. ومع ذلك، فإن إطلاق المعادن النادرة مثل الكادميوم (Cd) والرصاص (Pb) يشكل مخاطر سامة، خاصة خلال ذروة ذوبان الموسم. تحدد الدراسة أن الأنهار الجليدية الجبلية تطلق بشكل كبير المزيد من المعادن النادرة لكل وحدة مساحة مقارنةً بكتل الجليد، مع عواقب محتملة على الحياة المائية وجودة المياه. مع تسارع تغير المناخ في تراجع الأنهار الجليدية، تدعو الورقة إلى مراقبة متكاملة لكل من تدفقات المعادن المفيدة والضارة لفهم وإدارة التأثيرات البيئية لمياه ذوبان الأنهار الجليدية على البيئات downstream بشكل أفضل.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-03064-9
Publication Date: 2026-02-28
Author(s): Shipika Sundriyal et al.
Primary Topic: Cryospheric studies and observations
Overview
This research investigates the mobilization of trace metals (TMs) from glaciers in the context of climate change, focusing on how different glacier types—mountain glaciers and polar ice sheets—affect the release of these metals. The study analyzes dissolved trace metal data from 14 mountain glaciers and 2 polar ice sheets, revealing that both glacier types release meltwaters with trace metal concentrations significantly higher than global riverine and oceanic averages. Notably, mountain glaciers exhibit elevated levels of essential micronutrients such as zinc (Zn), cobalt (Co), nickel (Ni), cadmium (Cd), and copper (Cu) compared to ice sheets, attributed to factors like enhanced weathering and lithological diversity in alpine environments.
The findings emphasize that the contrasting hydrological and geochemical processes between mountain glaciers and ice sheets lead to distinct chemical signatures in meltwaters. Mountain glaciers act as amplifiers of TM release due to their dynamic drainage systems, while ice sheets function as redox reactors under suboxic conditions. This study highlights the critical role of glacier type in determining the ecological impacts of TM mobilization, suggesting that as glaciers retreat, mountain catchments will experience significant chemical changes that could influence nutrient delivery and pollution levels in downstream ecosystems. The research underscores the need to consider glacier-specific controls in future biogeochemical and climate models to better predict ecological outcomes in a warming world.
Methods
In this study, we examined dissolved trace metals (TMs) in meltwater from 16 glacierized catchments globally, including 14 mountain glaciers and 2 ice-sheet outlet systems. The selected sites represent a variety of geological and climatic contexts, spanning regions such as the Himalayas, Tibetan Plateau, European Alps, American Rockies, and the Andes, as well as polar regions like Greenland and Antarctica. Sampling occurred during summer melt seasons, utilizing ultra-clean techniques to ensure data integrity. Samples were filtered to <0.45 μm, acidified with ultrapure HNO₃, and subjected to strict contamination protocols, including field and procedural blanks. The collected samples were stored at 4 °C until analysis, with detailed methodologies provided in supplementary materials. For analytical purposes, dissolved metal concentrations were measured using high-resolution inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Calibration involved multi-element standard solutions, and internal standards were employed to correct for potential analytical drift. Quality assurance was maintained through the analysis of certified reference waters, yielding recoveries between 90-110% for all elements. Detection limits varied, with more trace elements like cadmium (Cd) and cobalt (Co) in the tens of ng L⁻¹ range, while more abundant metals like iron (Fe) and aluminum (Al) had limits around 0.1-1 μg L⁻¹. To represent typical meltwater chemistry, mean or median values were calculated for sites with multi-year data, thereby minimizing biases from short-term fluctuations and facilitating comparative analyses across different glacier sites.
Results
The results of this study reveal that glacial meltwaters are significant sources of dissolved trace metals (TMs) to downstream aquatic systems, often surpassing contributions from polar ice sheets and non-glacial rivers in both concentration and variability. Analyzing sixteen glacier-fed catchments, the study found that TM concentrations, particularly for zinc (Zn), can vary dramatically—ranging from less than 1 μg L⁻¹ in the Tibetan Plateau to over 1000 μg L⁻¹ in the central Andes. This variability is influenced by local lithology, atmospheric deposition, and seasonal melt dynamics, with distinct patterns observed across major mountain ranges such as the Himalayas, Alps, and Andes.
The research highlights that the concentrations of TMs in Himalayan glaciers, for instance, are significantly higher than global averages, with Zn levels in debris-covered glaciers (DG) and clean-ice glaciers (GG) being approximately 129× and 95× greater than the global riverine mean, respectively. The study also indicates that lithological factors, such as the presence of carbonate and sulfide-rich bedrock, play a crucial role in controlling TM fluxes, particularly through processes like sulfide oxidation that enhance metal solubility. Furthermore, atmospheric deposition from dust and aerosols contributes to elevated TM levels, particularly in regions downwind of arid basins. The findings underscore the complex interplay of geological and atmospheric factors in shaping the geochemical landscape of glacial meltwaters and their implications for regional water quality and ecosystem health.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights significant differences in trace metal (TM) enrichment patterns between mountain glaciers and polar ice sheets. It reveals that meltwaters from mountain glaciers consistently exhibit higher concentrations of chalcophile metals, particularly zinc (Zn), cobalt (Co), nickel (Ni), and lead (Pb), compared to those from ice sheets. For instance, Zn concentrations in mountain glacier meltwaters can exceed ice sheet values by one to two orders of magnitude, attributed to enhanced oxidative weathering and subglacial ventilation. The study emphasizes the role of bedrock geochemistry in influencing TM export, with specific elements showing varied behaviors based on local geological contexts. Notably, while some metals like barium (Ba) and strontium (Sr) are generally depleted, others like cadmium (Cd) and manganese (Mn) display mixed responses, indicating complex interactions between weathering processes and local mineralogy.
Moreover, the research underscores the implications of these findings for downstream ecosystems. Mountain glaciers are identified as significant sources of essential micronutrients, such as iron (Fe), which can stimulate phytoplankton growth in nutrient-poor waters. However, the release of TMs like Cd and Pb poses risks of toxicity, particularly during seasonal melt peaks. The study quantifies that mountain glaciers release significantly more TMs per unit area than ice sheets, with potential consequences for aquatic life and water quality. As climate change accelerates glacier retreat, the paper calls for integrated monitoring of both beneficial and harmful metal fluxes to better understand and manage the ecological impacts of glacial meltwater on downstream environments.