黔中气溶胶传输的210 Pb和7 Be示踪:Ⅱ.月及年时间尺度的剖析

自2001年12月连续逐周在贵阳观风山附近对近地面空气210Pb-7Be浓度和沉降量的观测表明:区域性降水和气温制约近地面空气210Pb具高浓度"U"型年分布;降水量和平流层向下输送影响近地面空气7Be月均浓度的季节性变化;210Pb/7Be月均浓度比率受控于210Pb变化和富7Be气团下沉的影响.观风山与瓦里关山之间因纬度和海拔的关系,7Be比率急剧震荡,显示出海洋性贫7Be气团入侵对观风山地区的明显影响.2002-2008年间贵阳观风山近地面空气210Pb的年均浓度(2.8±0.6)mBq/m3,约为全球若干站点中最高平均浓度值的4倍;而7Be的年均浓度(4.8±0.6)mBq/m3,与全球高海拔站点长期观测的平均值相当,大约为北半球中纬度对流层顶部附近7Be浓度值(18.0 mBq/m3)的1/3.8,显示出低纬度、较高海拔地区的预期水平.2003年,瓦里关山和观风山近地面空气7Be的年均浓度比为3.8,与预期的大气输送和混合作用基本一致.7Be月均浓度的增大趋势反映出受太阳黑子数减少的变化关系,其影响底线大约为4 mBq/m3;7Be年均浓度波动的增大趋势反映出受太阳黑子数降低的可能影响.贵阳观风山降水中7Be和210Pb的体积加权浓度分别为0.72 Bq/L和0.27 Bq/L;年沉降通量分别为0.080 Bq/(cm2·a)和0.031 Bq/(cm2·a).数值模拟显示出全球空气210Pb高浓度区和高沉降通量环带分布,印证了洱海和红枫湖沉积物7Be和157Cs蓄积的模拟结果.     

黔中气溶胶传输的210 Pb和7 Be示踪:I.周时间尺度的解释

认识环境核素在不同地域空气中的浓度分布和沉降到地表环境的通量对气溶胶污染物全球扩散模型的建立和验证、沉积过程示踪和沉积计年、流域侵蚀示踪参比,以及生态系统受天然辐照的评价等多个领域都是关键的依据.自2001年以来在贵阳观风山等地逐周连续采样,对近地面空气和降水中210Pb和7Be浓度的观测结果表明:①因气象条件变化,近地面空气210mPb和7Be周浓度具有2～6周变幅不等的短周期波动.210Pb空气浓度在年内的总趋势呈现出受气温变化的总体影响和降水的短暂调控;而7Be空气浓度出现连续不断的峰-谷交替.②两核素在近地面空气周浓度的低值同步,210Pb/7Be比率较高(≥0.8),显示出海洋性贫210Pb-7Be气团的入侵影响;它们高的周浓度也同步耦合,比率较低(≤0.7),显示出高层大气富7Be气团的输入.③210Pb和7Be的周降水浓度及水-气分配系数在秋末春季较高,而春末-秋季明显偏低.周降水浓度随同期空气浓度呈增高趋势,其季节分界分别为0.2 Bq/L和1 Bq/L;而Kd值随同期空气浓度增大呈降低趋势.210Pb和7Be的降水沉降主要分布在每年的春夏季;周沉降量随同期降水量呈增大趋势,7Be增大的斜率约为210Pb的3倍;当近于零降水时,它们在降水中的初始比率约为2.5.它们出现高或者较高的周降水沉降都伴随当周或邻周空气浓度的急剧下降;降水中210Pb/7Be比率主要分布在≤0.5,并与空气中210Pb/7Be比率基本同步,显示出两核素被降水清洗的效率基本相近.④2008年冰冻极端天气过程中,210Pb-7Be空气浓度同步低谷并存在气溶胶低浓度与高比活度耦合.⑤观风山7Be周空气浓度显示低纬度、较高海拔地区的预期水平;短周期波动反映强下沉气流和低海拔上升气团影响分别在观风山和瓦里关山的滞后性.     

现代侵蚀作用核素示踪研究新进展

利用放射性核素示踪环境地球化学过程是国际地球科学的前缘课题。介绍了利用宇宙线成因的短寿命散落核素⁷Be示踪土壤季节性侵蚀及其与湖泊沉积耦合关系的最新研究进展;证实了利用核爆炸散落核素¹³⁷Cs示踪累计性土壤侵蚀和沉积计年的可靠性;阐述了²²⁶Ra和²²⁸Ra在土壤中比活度的形态变化分异具有很好的侵蚀－堆积示踪价值;揭示了在不同生物化学条件下,²¹⁰Pb的行为特征和影响因素,并将²¹⁰Pb_ex示踪碳酸盐岩区域土壤侵蚀速率结果与湖泊沉积速率相耦合,证明了利用²¹⁰Pb示踪土壤侵蚀的可行性。     

瓦里关山与观风山近地面空气7Be浓度季节性变化对比

7Be广泛应用于大气物质传输、表土季节性迁移和微粒混合作用的示踪。它在不同地域空气中的浓度分布构成了多领域研究的基础。7Be在对流层空气中的浓度随地表海拔高度而增加。基于瓦里关山和观风山的位置差异和海拔高差,对比观测其近地面空气7Be浓度变化不仅有益于区域尺度的大气和地表环境过程的示踪,而且对全球尺度的研究也将具重要意义。2002-10-09～2004-01-21,利用美国环境测量实验室的低水平核素表层大气采样系统在瓦里关山和观风山同步连续进行每周1个大气气溶胶样品的采集工作。7Be的比活度系用多道能谱仪进行γ谱测定,测量误差小于6%。中美两实验室对逐周样品测量结果表明两实验室的数据具有很好的可比性。两个站点7Be浓度逐周变化趋势总体相似,具有2～6周的短周期波动,波峰与波谷具有良好的对应关系,其高值或低值波动延迟或超前的差异与区域尺度的天气过程传播一致。瓦里关山和观风山7Be的年均浓度分别为(14.7±1.5)mBq/m3和(4.1±0.9)mBq/m3,前者约为后者的3.6倍。近地面空气7Be浓度与同期降水量的比较表明,在周时间尺度上,两者呈现出较好的预期负相关变化;而在月平均尺度上,两地7Be浓度变化比较稳定。位于内陆地区的瓦里关山受低海拔气团上升的影响较小,其空气中7Be浓度变化较真实地反映了中纬度、高海拔地区的背景水平。观风山地区虽然受到低纬度海洋性上升气团的影响,但7Be浓度变化仍然显示出低纬度、较高海拔地区的预期水平。     

气团来源对瓦里关地区颗粒物数谱分布的影响

通过对2005年8月到2007年5月在瓦里关全球本底站观测的气溶胶数谱分布资料和同期后向轨迹资料分析,发现气团来源对瓦里关地区颗粒物的数浓度及其谱分布有显著影响.气团起源于瓦里关东北部地区或者途径东北部地区,传输路径较短,传输速度相对较慢,大气中出现较高数浓度的爱根核模态颗粒物;气团来源于瓦里关西部或者两北地区时,传输路径较长,传输速度较快,大气中一般出现较高浓度的核模态颗粒物.     

内蒙古巴丹吉林沙漠400年来大气沉降 Hg的湖泊沉积记录

Hg污染具有全球性,人类活动较少地区的湖泊沉积物对长距离输入的大气沉降Hg变化敏感。巴丹吉林沙漠中发育了约142个沙漠丘间湖泊,是研究大气沉降Hg记 录的理想材料。选择巴丹吉林沙漠东南部的宝日陶勒盖湖泊进行湖泊钻探,结合²¹⁰Pb_uns和¹³⁷Cs核素测年及THg沉积通量计算,重建了400年来巴丹吉林沙漠湖泊的THg沉积记录,并探讨了影响沙漠湖泊THg沉积的影响因素,评估了自然背景和人类活动的影响。结果表明：(1)沉积物中THg含量分布范围为1.5~17.5 ng/g,富集系数和沉积通量的分布范围分别为0.3~4.5和2.9~38.9 μg/(cm²·a)。 THg含量、富集系数和沉积通量均表现为在岩心上部近几十年富集。(2)近400年来,湖泊沉积物中背景THg(THg_岩石风化)通量变化相对稳定,主要受控于附近物源供给和区域风沙活动。大气沉降THg(THg _大气)通量自20世纪30年代以来呈逐渐增加的趋势,很大程度上反映了近几十年来人为源大气沉降THg的增加。但20世纪30年代以来岩心局部的大气沉降THg通量的峰值可能还受全球变暖和湖泊生产力增加 的影响,而20世纪30年代之前出现的峰值可能与“小冰期”冷期强烈的区域风沙活动有关。巴丹吉林沙漠湖泊400年来的THg_大气沉积通量变化与全球Hg产量和冰心中的大气Hg含量变化记录一致,是沙漠 地区大气沉降THg的可信纪录。     

青藏高原北缘哈拉湖近800年来 湖泊沉积及其环境意义*

文章以青藏高原北缘高山祁连山湖泊——哈拉湖作为研究对象,利用放射性核素²¹⁰ Pb和¹³⁷ Cs测年资料,通过对此高海拔湖泊沉积碳酸盐氧碳同位素、碳酸盐含量、总有机碳含量、磁化率等环境代用指标的分析,揭示了这一地区近800年来的气候环境变化过程。分析表明哈拉湖记录的气候环境变化经历了3个阶段:1206~1700A.D.环境较为寒冷、湿润,并有持续变湿的趋势;1700~1920A.D.环境由冷湿的状况趋向温暖干旱,1771年之后,环境保持相对稳定;1920~2002A.D.是自1206年以来最为温暖干旱的阶段。     

新疆博斯腾湖沉积岩心的~(210)Pb、~(228)Th、~(239,240)Pu和~3H的分布及意义

作者测定了博斯腾湖沉积岩心~(210)Pb、~(228)Th和核试验释放核素~(239,240)Pu、~3H的分布,并据~(210)Pb、~(228)Th、~(239,240)Pu的结果估算湖泊的沉积速率,分别为0.31cm/a,0.26cm/a和0.33cm/a。它表明该湖泊近百年来沉积环境十分稳定。沉积物岩心极好地保存了人类大气核试验的历史记录。~(239,240)Pu分布在1963±2出现峰值,与60年代核试验高峰期相当吻合。沉积物孔隙水~3H分布的峰值出现在1969年,与湖水的混合过程有关。     

沼泽湿地重金属元素输入的历史变化

本研究主要目的是判断是否能够通过无尾河下游湿地沉积记录重建重金属输入历史.冬季在向海两处沼泽采集了代表一定范围汇水区与人类活动影响的沉积芯.沉积芯由137Cs、210Pb法定年,由原子吸收光谱法测定重金属,并根据沉积速率和重金属含量计算重金属沉积通量.通过对向海沼泽湿地沉积柱样的重金属元素沉积通量研究,揭示了该沼泽近百年来,特别是近20年来重金属污染物的沉积特征与变化.污染物的沉积通量较沉积物含量更能记录污染历史变化:1980年以后,Cu、Zn、Fe、Mn、Cr和Pb等的人类活动影响产生的输入量已超过自然输入量(1.20～3.67),表明近年来流域内人类扰动的增强;Zn(13.3～14.8)和Pb(11.7～15.2)较高的标准偏差指示其受河流沉积影响而历史变率较大.向海沼泽湿地重金属污染物可分为3个沉积历史阶段,其与流域土地开垦和大型露天煤矿的开发历程具有较好的对应关系.     

埃及Burullus潟湖沉积生源要素变化:百年来人类活动影响

Burullus是尼罗河河口高封闭性潟湖,其生源要素主要来源于尼罗河,是研究Aswan大坝建成以来流域变化如何影响河口湖泊环境的最佳区域。研究通过对Burullus潟湖B1岩芯的210Pb测年、粒度、以及TOC、TN、TP、BSi生源要素的测试分析,结合历史资料,试图揭示Aswan建坝前后河口湖泊营养盐的差异变化,以及这些变化对生态环境的影响。结果表明:1）沉积物中TOC、TN和TP含量自下而上总体增加,表明尽管Aswan大坝导致营养盐通量急剧减少,但由于下游人类排放N、P通量大大增加,导致下游湖泊N、P浓度并没减少;且沉积TN/TP均小于16,表明湖泊仍为P限制。2）但BSi和BSi/ TOC自下而上总体呈减少趋势,表明Aswan大坝引起的水沙减少导致湖泊中硅藻的生物量及其总初级生产力占比都在减少,潟湖水体生态环境将趋于恶化。     

红枫湖碳同位素变化指示的湖泊碳循环过程

碳同位素是示踪湖泊碳循环最有力的工具,其所有的生物地球化学过程只要碳的流动发生分异,并有同位素分馏效应,都可以利用同位素变化进行示踪.反过来,湖泊碳同位素与碳循环的相互关系研究也可以进一步提高对湖泊碳同位素的认识,揭示碳同位素变化指示的地球化学意义.     

黄海和渤海沉积物 210Pb活度的分布特征

利用α多道能谱仪测定了黄海和渤海海域 58个表层沉积物样品的 210Pb活度,探讨了黄海和渤海表层沉积物中 210Pb活度的空间分布特征.渤海中部、北黄海中部泥质沉积区和南黄海中部泥质沉积区是 210Pb活度的高值区.渤海湾内、莱州湾内及北黄海西南部沿岸海域则是 210Pb活度的低值区.黄海和渤海海区 210Pb的富集、分布特征受到研究海区水动力条件和沉积物粒级的制约.根据位于黄海和渤海泥质沉积区的 3个岩芯 210Pb活度的垂直分布资料,并结合 2个站位所取岩芯的 210Pb活度的垂直分布资料,探讨了 210Pb活度的垂直分布与沉积环境之间的关系.黄海和渤海 210Pb活度呈现高值的泥质沉积区,其 210Pb活度随岩芯深度衰减的垂直分布很有规律且沉积速率较低,由此可以反映泥质沉积区稳定的沉积环境.     

用VIC模型模拟黑河上游流域水分和能量通量的时空分布

受地形起伏影响, 山区流域的水分和能量通量时空分布差异很大. 利用水文模型VIC (variable infiltration capacity)对黑河上游流域的水文和能量时空分布进行了模拟, 并通过观测对模拟结果进行了验证. 结果表明:VIC模型能够较合理地模拟研究区径流过程, 对净辐射的计算也较准确, 模拟得到的部分水分通量和能量通量(感热、潜热和土壤热通量)在趋势上较一致, 但在数量上存在偏差. 积雪过程对研究区的水文和能量循环有重要影响, VIC模型对积雪的模拟偏差较大, 导致了每年4月左右的模拟径流偏低, 也没有模拟出积雪融化导致的土壤含水量上升; 同时, 积雪模拟的不准确也明显影响到能量通量的模拟. 在研究区, 土壤水分变化受土壤冻融影响明显, VIC模型对气温较高、不发生冻融过程的7-9月土壤水分变化模拟较好, 但是在其他月份, 对积雪及表层土壤消融导致的土壤水分迅速增加和土壤冻结导致的土壤水分迅速减少两个过程的模拟比较差; VIC模型能够给出水分和能量各通量的时空分布, 较好地揭示研究流域各个通量的空间异质性及相互影响.     

石臼湖近代环境演化历史

以2007年在石臼湖采集的浅岩芯钻孔(SJH07-C1)研究近代石臼湖湖泊环境演化历史以及人类活动的影响。运用核素²¹⁰Pb和 ¹³⁷Cs进行定年,²¹⁰Pb 的CRS模式定年结果与¹³⁷Cs方法获得的年代具有较好的可比性。同时分析了岩芯沉积物的理化指标,包括烧失量、总磷、金属元素和磁化率。分析表明：  1955年以前地球化学指标表明石臼湖湖泊沉积物中人类活动信息较弱,但总磷和有机质（烧失量）开始出现增加,湖泊营养水平开始升高。1955～1969年,湖泊沉积物磁化率较高,重金属（包括铜、铅、锌和汞）含量快速增加,可能与该期开始大量使用化肥、农药有关,导致入湖污染物增加。1969～1997年期间,1969～1979年时段湖泊沉积物磁化率最高,重金属含量比较稳定,在石臼湖进行了大规模的围垦;   1979～1997年,湖泊沉积物磁化率较高但呈减少趋势,重金属含量再次快速增加,总磷增加较快,说明该阶段入湖污染物增加,湖泊营养水平也在增加。1997～2007年,磁化率较低,重金属含量保持在高水平,总磷快速增加,显示该阶段湖泊营养水平较高,但入湖物质通量在减少。     

放射性核素210Pb、137Cs测定巴丹吉林沙漠湖泊岩芯的年代及沉积速率

巴丹吉林沙漠发育了世界上独一无二的丘间湖泊群,100多个永久性的丘间湖泊分布于沙漠的东南部。沙漠湖泊岩芯是干旱地区重要的气候、环境档案,然而受沙漠湖泊发育极端环境的影响,岩芯测年面临很大挑战。本文选择巴丹吉林的沙漠南缘的阿尔吉林和敦德吉林进行钻探,获取无扰动岩芯,利用核素（210Pb、137Cs）进行测年,并计算其沉积速率。结果表明：（1）核素（210Pb和137Cs）测年能够获取巴丹吉林沙漠丘间现代湖泊岩芯的可靠年代。（2）岩芯Ar-1的CRS测年结果为102±8a,沉积速率分布范围为0.13 ~ 0.33cma-1,岩芯Dd-1的CRS测年结果为123±2a,沉积速率分布范围为0.18 ~ 0.70cma-1。（3）沙漠岩心沉积速率空间分布具有自沙漠腹地向边缘递增的趋势,210Pbuns-CRS平均沉积速率分布范围为 0.16 ~ 0.57cma-1 ,137Cs沉积速率分布范围为0.05 ~ 0.6 cm a-1。未来对于沉积速率空间变化的可能影响因素,如高大沙山的围限阻挡效应、137Cs的分子扩散效应以及古地震等,应进行更深入研究。     

长江河口水下三角洲210Pb分布特征及其沉积速率

通过对长江水下三角洲采集的十个沉积物柱状样中的放射性核素210Pb分析得知,长江水下三角洲表层210Pb放射性比度在2.15~4.22 dpm·g-1之间,210Pb沉降通量在1.50~11.21 dpm·cm-2 yr-1之间,过剩210Pb总量在>48.29~>361.68 dpm·cm-2之间;210Pb沉降通量以及过剩210Pb总量均高于理论值,这表明在沉积物中存在210Pb的净输入和聚集。由210Pb放射性比度剖面所反映的沉积速率可知长江水下三角洲泥质沉积区沉积速率介于1.36~4.11 cm·yr-1之间;总体上呈现近岸沉积速率较低,沿31°N纬线向20 m等深线沉积速率升高的趋势,从122°15′E到122°30′E范围为长江水下三角洲的泥质沉积物堆积中心,其平均沉积速率为3.51 cm·yr-1。     

桂林茅茅头大岩现代碳酸盐沉积物210Pb分布特征

<正>~(210)Pb技术已经广泛应用到冰芯(Kehrwald et al.,2008)、海洋(Sternberg et al.,1979)和湖泊沉积物(Wu Yanhong et al.,2010)、以及洞穴沉积物(Baskaran et al.,1993)定年研究中。不同于其他地质载体,洞穴沉积物接受的外界~(210)Pb输入,却隔着洞穴顶板、岩溶含水层、土壤和植被等,在这个特殊的背景下,洞穴沉积物中~(210)Pb将表现出什么     

210Pb测年方法在岩溶碳酸盐沉积物中的应用研究

碳酸盐沉积物中的210Pb,通过大气降水、土壤水渗入沉积物中吸附所得,并且不同沉积物组分和粒级对210Pb的吸附能力不同.笔者以沉积环境稳定、沉积的连续性及其剖面保存的完整性的洞穴沉积物--石笋和流石等作为主要研究对象,并与取自云南白水台的钙华样品进行210Pb的对比.利用210Ph测年技术方法对岩溶地区不同类型的近代碳酸盐沉积物样品进行测定,并探讨该方法适应范围.结果发现:利用210Pb法能够比较可靠的测定沉积物的沉积速率,并根据沉积物的相对垂直深度和210Pb比度的关系,计算出近100 a沉积物年龄和沉积速率.由此可见,210Pb测年技术在岩溶沉积物中的应用,将有助于获取高分辨率的计年,并提供精确的沉积速率,为现代岩溶作用过程的研究提供重要的信息,从而具有广泛的应用前景.     

青藏高原古近纪—新近纪古湖泊的特征及分布

通过野外地质调查,结合前人资料和遥感影像解译,对青藏高原古近纪-新近纪湖相地层进行了划分与对比,确定了湖相地层的地域分布.根据古近纪-新近纪湖相地层的展布范围,初步圈定出了63个古湖泊,划分出5个成湖阶段、13个成湖期,其统计总面积大于200×104km2.古湖泊的规模、形态、展布方向明显受构造和古地理的制约.研究表明,古近纪时期的古湖泊主要分布在高原的东北部地区,新近纪时期的古湖泊主要分布在高原的西南部地区,两者之间为过渡地带.青藏高原古近纪-新近纪古湖泊的演化,从时间上讲,有从老到新面积逐渐加大的趋势;从迁移方向上讲,有古湖泊的湖相沉积由东北向西南方向逐渐迁移、古湖泊的年龄由老变新的规律.     

鸭绿江河口及近岸地区沉积物中重金属分布的影响因素分析

对鸭绿江河口不同地区沉积物中重金属分布特征和埋藏通量的垂向变化进行了分析;探讨了其独特的动力环境等因素对重金属分布的影响;评价了鸭绿江河口地区重金属污染状况及潜在生态风险程度.结果显示,自1920年代到2000年以来,除了Cu的含量和埋藏通量逐年减小之外,Cr、Ni、Zn、Cd、Pb、As和Hg的浓度和埋藏通量具有逐渐增加的趋势;鸭绿江河口地区重金属总体污染程度为重到严重,其中西水道沉积物的重金属总体污染程度和总潜在生态风险程度均最高,重金属污染已经对鸭绿江河口地区的生态环境构成了严重的危害;粒度控制效应不是鸭绿江河口地区重金属分布的最主要影响因素;Cu和其他几种重金属有着不同的来源;最大浑浊带独特的动力机制是造成中水道重金属(除Cu外)的高值分布区和最大浑浊带内的高悬沙浓度分布区相对应的最主要原因.