当冬雪堆在地上时，化学反应正在晶体中进行。一旦积雪最终融化，能释放出酸液，威胁湖泊和河流中的生物。

春季解冻，是生态系统循环中的一件大事。如果从积雪中流出来的液体是酸性的话，则将会对河流、湖泊中的生物造成严重的后果。进入河道的酸液最主要来自土壤；冬季里，水在土壤中很少移动，酸液就在那里聚集起来。春季里，水开始渗过逐渐热起来的土壤，从而把积聚的酸液冲洗出来。而积雪本身则是更为隐蔽的酸液来源。积雪堆在地上时，它就像一个储存器，能从大气中摄取各种污染物储存起来，看上去清洁纯净的积雪甚至可能含有各种各样的污染物。一旦积雪开始融化，酸液流就会满地流淌，流经土壤进入水道。

进入仲冬，北半球有40%左右的大地——与最近一次冰河期冰雪永久覆盖的面积相同——覆盖着白雪。皑皑白雪，一年里要持续120天左右，到春天临近融化时积雪最深。各地积雪深浅不一，平均深半米多一些。例如苏格兰高地部分地区，“季节性雪罩”可终年覆盖大地，深达15公尺。每年定时降雪，生态系统已演变得能够适应水分的循环：冬旱——水被封闭在冰雪里一到春季融雪时的飞瀑。

积雪正好是在一年里大气中污染物浓度最高的时期堆积起来的。在云层中形成水滴和冰晶时，会混进酸性气体和气溶胶——酸液和粉尘分散在空气中的很小粒子。当雪花形成并降落时，会清除掉其余被污染的水滴和冰晶，并与污染物的气溶胶和大颗粒相碰撞，从而把这些污染物带到地面上。积雪的作用恰似一个把污染物储存数月的临时储存器。春天融雪时，雪融水把积雪里的化学物质移到积雪下的土壤、植被、河道和湖泊中——这些都不过发生在几天的时间里。

近来的研究着重在积雪的组成和化学性质变化的途径，以及能干扰敏感的生态系统的雪融水的组成。许多科学家认为，由于现在已达到较远冰雪覆盖地区的大气污染日益严重（例如，北极的雾就是由来自东欧和苏联的污染物形成的），春天从融雪中释放出来的污染物脉动——“酸液泛流”正日趋严重。

斯堪的纳维亚、东欧和北美的科学家充分认识到春季酸液泛施的重要意义。与如有关的其他事件中最引人注目的明显例证是斯堪的纳维亚的“鱼类杀伤”，即春暖以后河流、湖泊中短时间内会立即出现大量死鱼。当积雪融化时，河水、湖水的pH会骤然降低。同时，游离铝的浓度上升。实验室中对鱼的检验表明，游离铝浓度很高，同时pH和钙的浓度很低，所以鱼类呼吸器官被破坏。一般情况下铝在土壤中的浓度较高：当酸液流过土壤和河床时，铝就成为活动的了。

在英国和北美很少直接看到春季融雪期间鱼类被杀伤。但鉴于上述结果和融雪时河水中的化学变化，一些研究者认为，在英国高原和北美部分地区，鱼群可能被毁，甚至可能大批死亡◆但难于取得直接证据。这一方面是因为酸液泛流的时间很短，另一方面是因为鱼类幼期最易受伤害，但却很难取样和观察。其他不太明显的效应则更难于测定。酸液的突然流入水体，可完全损坏鱼类的活力，从而使鱼类更易死于疫病。

评估发生鱼类杀伤的原因和影响，实际上即试图把积雪的组成和化学性质与河水的组成和化学性质联系起来，还存在着另一个根本的困难。在许多水域中，融雪时排放到河流里去的大部分多余的水，是由“新”的雪融水从土壤底层和蓄水层中替换出来的“老”水。通常老水通过地面水道排出时，pH即降低，而游离铝浓度即升高。因此，可能直接引起鱼类被杀伤的河水中的化学变化，不一定直接与积雪融化出来的水的组成和化学性质有关。然而在某些场合和某些地方，排放到河流里去的水主要确系雪融水。如地下水位很高，则雪融水可在数小时内进入河流；当土壤被水饱和并冻结时，雪融水直接在冻土上流过进入最近的河流；河流沿岸和湖泊沿岸积雪融化时也直接流入水体；……等等，均会出现这种情况。

除了杀害鱼类外，污染的雪融水还可通过若干途径破坏生态系统。积雪下面的土壤处于第一线：土壤中的微生物群特别脆弱，可为酸液泛流所严重破坏。东英格兰大学的I · 汤普森（I. Jhompson）发现，酸性的雪融水可降低一些高山土壤上层的细菌数至通常数目的三十分之一 · 而在土壤下层，可能由于养分在土壤中向下迁移的结果而使细菌数增加约十倍，因此雪融水引起的细菌数的减少可部分被抵消。菌落的结构也会发生变化；例如球状细菌数骤降，而假单胞菌数则增高。

有进必有出

融雪的组成和化学性质对于生态系统的稳定性的重要意义可为酸液泛流所说明。化学工作者和冰川学工作者对极地的积雪已经深入研究了数十年。极地的积雪从来没有融化过，它保留着过去数千年大气状况的记录，并且显示着目前大气中正在发生的变化。研究工作者还认为，极地的积雪中没有发生什么重要的化学反应。

季节性积雪则情况迥异。直到最近，虽然鱼类被杀伤引起了注意，但是关于积雪内发生些什么化学变化还几乎一无所知。已经进行的少量研究基本上局限于进入积雪的物质和融雪时释放出来的物质。即使是这样一些比较简单的研究工作也充满着不少困难。要获取正在降落的雪的有代表性的试样是极其困难的。近来在某些山区降落的雪，各处的化学组成差异很大。即使在同一个地方，每一场雪的组成和化学性质也会有很大区别。来自东英格兰、南安普敦大学和亚彼累斯维斯大学的一组研究工作者，连续四个月在苏格兰的凯恩贡山上取样，每天收集刚降下的雪。pH变动极大。酸性最高的雪是pH为3的高度污染的黑色雪，其酸度大约与醋相同。使雪变黑的富含碳的颗粒大多数来源于东欧的污染空气，相反，被北非沙粒污染的橙色雪，呈pH为8的碱性，与碳酸氢钠等同。阿尔卑斯山区偶尔降下的碱性粉尘（降落的是红色雪），可对从融雪中流出来的酸液起缓冲作用。

降雪能从大气中清除掉污染物，这一过程称为“湿吸收”。但一旦雪降落到地上后，能以“干吸收”过程从大气中的各种气体、气溶胶和微粒中聚集更多的污染物。由于空气中污染物的浓度往往很低，且实际的吸收量变动很大，因此该过程很难加以估量。含有少量液态水的冰冷的积雪覆盖层，与植被上的干吸收相比较，只能接受很少的二氧化硫。但是在雪融水离开积雪前数天内，雪粒开始融化，雪中的含水量逐渐上升。这种雪被说成是“成熟”的雪。在这一阶段，极易溶解的二氧化硫的干吸收将大大地增强。

想测定积雪内化学物质的总量也是困难重重，尤其是在山区。其中一个问题就是风能使积雪作重新分布并将各雪层搅和。加之，即使在融化刚开始前的迅速变化期以前，积雪中就会有化学变化发生。

一旦融化开始，积雪内化学物质的逐渐变化，就让位于在每次雪融水冲洗下溶质的迅速减少。斯堪的纳维亚的科学家首次观察到，首先离开雪堆的融雪水，较之留下来的积雪含有更高浓度的溶质。一般雪中溶质总量的50 ~ 80%是在最初20 ~ 30%的雪融水中释放出来的。这种现象称为浓集效应。通常这一部分雪融水中的可溶性杂质的浓度平均为积雪中原有浓度的2 ~ 2.5倍，而真正第一批析出的水可含有十倍于原有浓度的溶质。浓集效应是由不少因素造成的。首先，雪花在降落后几乎立即就会改变形状。在教月时间内，较小的冰晶会结合成为较大的晶体。原来分布在整个雪花内的溶质会发生转移，在各个较大的冰晶或雪粒表面上形成薄膜。在“成熟”的雪中，浓溶液会积聚在三个颗粒接触的交界处。当积雪融化时，这些窝穴处的浓溶液首先从积雪中流出进入雪融水。当雪慢慢融化时，可有更多的溶质从接界处扩散进入雪融水的沟渠，造成更高的杂质浓度。

—些雪融水之所以更浓的第二个原因是，很深的积雪覆盖层往往由不少场雪所组成，其中这几场雪可较另几场雪污染得更厉害；例如，黑雪层可能夹在相当洁净的雪层中间。污染的夹层较洁净的雪层就含有更多的溶质，因此，它们融化时就能放出更多的溶质。同样，积雪可融化后再冻结，产生含更浓杂质的夹层，假如这种夹层接近积雪的底部，则当积雪最终融化时，能把特别高浓度的溶质排放到下面的土壤中去。

在不同的时间，积雪中的化学物质以不同的速度析出进入雪融水，使问题更趋复杂。室外和实验室内的试验表明，例如，硫酸根离子和硝酸根离子就会发生这种“择优洗提”。纵横交叉、分布于积雪中的排水沟渠会排出雪融水的混合物到河道里去，所以差别往往被掩盖，因此这种效应甚难研究。在融雪的数天或数周期间，虽然不同溶质的不同洗提速度似乎对积雪的组成和化学性质起着普遍而重要的支配作用，但这种现象在接纳雪融水的河水的化学组成上很少有所反映。这可能是由于河流接纳的是积雪以不同速度融化的不同地带来的水；可能是因为水与土壤或河床的相互作用；或是因为“老”水的影响。

要了解雪融水是否对河流有巨大的、直接的影响，我们必须弄清楚融雪时是什么支配着这些浓度因素。为了这一目的，北美和英国的研究工作者不只是在考察融雪时发生的过程，而且还在考察融雪以前决定着积雪的化学组成和结构的那些过程。

包括魁北克的G · 琼斯（G. Jones）在内的化学家在考察氮化合物——如北部森林积雪中的氨和硝酸盐的演变时，首次得到了说明这些过程重要性的线索。他们发现，雪在融化时，其中的氮含量较最初降落时要低。他们推断，辄含量的降低必定是由于微生物系靠有机物残渣维持生命（即使是在低温下）的缘故。而通过积雪迁移下来的养分促进细菌、藻类和真菌的生长，所以发生了春雷融化时微生物活性的总爆发。当微生物生长时，便消耗雪中的养分——同时使pH和积雪中痕量金属的流动性发生变化。

还发现了另一个重要的效应。阿尔卑斯山积雪上空的臭氧浓度有时很高，一些研究者认为，这是雪中有不少过氧化氢发生光化学变化的结果。积雪中过氧化氢似乎有所减少，可能是由于光引起过氧化氢的分解。释放出来的氧原子与空气中的氧分子结合生成臭氧。

光还能激活积雪中其它重要的化学物质，从而引发光化学过程。例如，在紫外线照射下，硝酸根离子能诱导羟基的生成。后者高度活泼，能与许多有机化合物迅速结合。它们像过氧化氢一样，是强氧化剂，它们能夺取其它分子的电子。

作为催化剂的冰晶

现在有强有力的证据说明，积雪中某些化学物质及其母体（如硝酸盐）的含量波动很大，这可能是由于积雪与大气之间的交换，或是由于积雪内部进行的过程。借助于光，有毒微污染物的分解，如多环芳烃分解为毒性较小的小分子，可降低积雪对环境的危害。这些有毒微污染物照理被封闭在积雪里要到春天融雪前才发生分解。

我们现在还不知道冰晶在积雪内部的化学反应中所起的作用。在大气中，冰晶是把硝酰氯及氯化氢转化为氯和硝酸的光化学反应的重要催化剂。光又能使氯分子分解为高度活泼的氯原子，从而引发臭氧分解为氧。

冰晶似乎可提供能浓集氯化氢和硝酰氯的活性表面。使这两种化学物质都能理想地发生反应，产生氯气和硝酸，化学家总是把冰晶看作像用于工业反应中的多相催化剂（能促进两种气体反应的固体表面）。冰晶就好似起着能加速生成氯和氯自由基的催化剂的作用。我们仅能推测，地面上积雪中的冰晶上能发生类似的过程。

许多国家冰雪化学家间不断增长的合作，反映出上述这些过程潘在的重要性。融雪对环境影响的研究取决于对积雪中发生的过程的了解。虽然我们还不能确定我们所知的生态最大的破坏的程度和真正的原因，但春季鱼类被杀伤的可能规模却是清楚的。在近来对挪威南部湖泊的勘查中，国家污染控制管理局把60%的湖泊划归“酸化”湖泊。春季里酸液泛流灌入湖泊时，这一数字还要增加。研究工作者已经报道了加拿大地盾融雪时酸性湖泊数的增长。估计终年为酸性的为10，000个，约占地面全部湖泊数的10 ~ 15%；春暖时可增至100,000个。虽然对这些数字尚有异议，但在不少场合，酸液泛流的现象是客观存在的，且与人类活动造成的污染有关。

人类活动的另一后果——地球变暖，也会破坏冻_融循环，改变大气污染物的演变情况。最近数十年来，随着大气中温室气体的增加而全球变暖，季节性积雪覆盖的面积日见缩小。积雪时间一年短似一年。这种影响将愈来愈明显。横跨欧亚大陆的降雪程度的巨大变化是与全世界的气候变化，如印度季风的强度和时间相联系的。按照加里福尼亚斯克里普斯海洋研究所的T. 巴奈特的看法，欧亚大陆降雪量的增大必将继之以弱的季风。

没有季节性降雪，或季节性降雪的减少，也会改变污染物吸收的类型。例如，一年内通常有几个月积雪保护着植被，免于二氧化硫的干吸收。植被吸收的二氧化硫要比积雪吸收的多4 ~ 5倍；枝叶茂盛的树木则可吸收更多的二氧化硫。如果没有积雪防护层，植被将受到二氧化硫持续的袭击。

积雪与大气中的污染物的作用，较之下部的土壤与污染物的作用要小。如果积雪消失，则影响将是双重的：首先，在某些地区，由于在植被上的干吸收比在积雪上发生得快得多，因此从大气中除去这些污染物快得多，污染物移动的距离将短得多。其次，土壤表面将全年均匀地承受污染物，而不是融雪时的一次大泛滥。还没有人能预计积雪消失将带来的影响。但很明显，对北方的生态系统，特别是对针叶林有一定的危险、这种遍布在大部分覆盖着季节性积雪的土地上的树林，已适应来自积雪融化的氮的汇集。积雪覆盖层的任何大规模变化，均可能破坏这种生态系统的平衡。

积雪覆盖层在年度的地球化学循环和养分循环中的重要作用是毋庸置疑的。未来数十年内将要发生的情况是值得思考的主题，但随着今后积雪覆盖层的逐渐减少，化学家必将改变目前对积雪的组成和化学性质的无知状态。

[New Scientist，1989年4月]