河流锶元素及其同位素地球化学研究现状与问题

文章系统阐述了近30年来河流锶元素及其同位素地球化学研究方面取得的进展、现状及目前存在的问题,这些问题主要包括:河流锶同位素比值对于源岩的解释问题、河流锶元素含量及其同位素组成的全球参比值问题、不同的端元输入对河流锶元素及其同位素组成的影响以及不同制约因素及研究方法对河流锶元素及其同位素组成的影响等问题。根据目前的研究资料,笔者指出在进行河流锶元素及其同位素地球化学研究过程中应当:(1)考虑矿物岩石在风化过程中锶元素的释放特征及其同位素演化规律;(2)结合同位素地球化学及雨水化学方法对大气及人类活动输入对河流锶元素及其同位素组成的贡献进行校正;(3)开展主要流域的研究工作,尤其是不同构造、地质及气候背景条件不同流域间的对比研究,建立河流锶元素及其同位素组成区域参比值;(4)在研究方法上,应该对区域内降雨、岩石、土壤、沉积物及地下水中的锶元素及其同位素地球化学特征进行系统分析,包括不同形态的锶元素及其同位素地球化学特征的研究。     

锶同位素对环境变化的指示意义

主要介绍了锶同位素基本的地质地球化学特性以及这些特性对环境变化的指示意义：（1）在岩石-土壤-植被-大气系统中对风化作用的指示意义；（2）在河流-河口系统中对古盐度和河流古流量的定量指示意义；（3）在大陆-河流海洋系统中对风化作用和气候变化的指示意义；（4）在流体-岩石系统中对成岩作用和流体／岩石比的定量指示意义。最后指出了海洋锶同位素变化研究中存在的问题和中国某些地质档案锶同位素研究可能揭示的重要环境信息。     

中国部分城市铂族元素环境地球化学特征研究

自上世纪90年代起,汽车工业中大量引入铂族元素催化剂,将有害气体转变为二氧化碳和氮气,以降低这些温室气体的排放。但铂族元素催化剂释放的Pt,Pd和Rh等元素在城市道路尘土和路边土壤中聚积,其含量大大的超过正常背景值。本次研究在深圳,广州,北京和贵阳等城市的主要交通路段采集了尘土、土壤及新鲜土壤样品,采用改进的卡洛斯管法和蒸馏法对样品中的全部铂族元素进行了分析。结果表明,所有样品的铂族元素含量均高于背景值,尘土样品中铂族元素含量明显高于土壤样品,其中Pt,Pd,Rh含量明显高于其它铂族元素,并呈正相关,表明汽车尾气催化剂的主要组成为Pt,Pd,和Rh。所有样品Ru,Ir和Os的含量都明显高于背景值,具有高含量的Os、低的187 Os/188 Os比值特征,表明Ru,Ir和Os也来源于汽车尾气催化剂,并且可能以杂质的形式存在于汽车尾气催化剂中。     

新疆柴窝堡地区沉积物元素地球化学特征及其环境意义

通过对新疆柴窝堡地区湖泊沉积物和流域表层沉积物中元素含量的分析,研究了柴窝堡湖沉积物中元素的地球化学特征及其环境意义,并利用重金属潜在生态危害指数法对沉积物重金属的生态效应进行了简要评价。相关分析及主成分分析表明,柴窝堡流域Al、K、Na、Be、Ba、Ti、Ca、Mg、Sr等元素含量的变化主要受流域化学风化作用强度的影响,而Fe、Mn、Zn、Cu、Cr、Ni、Pb、Co等重金属元素与黏土含量之间相关性显著,反映了自然与人类活动的影响过程。1950年前,人类活动影响弱,湖泊沉积物重金属元素主要受控于流域水动力条件;1950年后,流域人类活动的加强使得湖泊沉积物中重金属含量显著增加。利用聚类方法进行了湖泊沉积物与流域表层沉积物元素组成的比较分析,结果显示不同湖泊沉积物元素的组合特征反映了流域人类活动和自然作用的影响。最后,通过重金属潜在生态危害指数法对柴窝堡湖泊沉积物中Cu、Cr、Zn、Pb等4种重金属的潜在危害程度进行初步评价,其中以沉积物中Pb和Cu危害程度较高,但潜在生态危害程度尚属轻微。     

武汉市长江沿岸带地表水化学特征及成因

为研究武汉市域全段长江沿岸带地表水化学成因与水质情况,以武汉市长江沿岸1 km范围为研究区,于2019年8-11月进行水样采集,应用数理统计、Gibbs图、离子比例法进行分析评价。武汉市长江沿岸带地表水水化学类型较复杂,但水化学组分具有较明显的空间分布规律,可分为汉江为界的长江沿岸上、下游,以及点状分布的工农业区段,分别主要表现为碳酸钙型、无主导型以及钠钾型水。地表水的原始水化学离子来自以碳酸盐矿物为主,硫酸盐、硅酸盐多种矿物为辅的共同溶解作用,从上游到下游,硅酸盐、硫酸盐溶解作用逐渐增强。长江沿岸上游受阳离子交换作用,Na⁺浓度较高;长江沿岸下游受外界人类活动影响较大,工农业段同时还受蒸发-结晶作用影响。长江沿岸地表水整体受工矿活动影响较强,农业、生活污水的影响程度则表现不均。     

贡嘎山地区地表水化学特征及水环境质量评价

在系统采集贡嘎山地表水样的基础上,综合运用描述性统计、Gibbs图和阴阳离子三角图,分析了贡嘎山地区地表水化学主离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、CO_3~(2-)、HCO_3~-、Cl~-、SO_4~(2-)),)特征及其控制因素、重金属元素(Cu、Cd、Pb、Zn)和营养元素(N、P)的空间分布特征,并利用单因子评价法对贡嘎山地区地表水质进行评价.结果表明,贡嘎山地区总溶解固体(total dissolved solid,TDS)质量浓度均值为103.22 mg·L~(-1),为低矿化度水,全流域水化学类型以HCO_3-Ca型为主.全区水化学主离子主要来自碳酸盐岩风化,但大气降水对东部地区河流的化学离子来源具有重要影响.研究区地表水中重金属元素和营养元素的质量浓度总体较低,且东部明显高于西部.贡嘎山地区地表水水质总体优良,并呈现西部优质,东部良好的空间分布特征,该特征主要受自然因素控制,但东南坡的部分水体已受到人类影响.     

盐城地区地表水化学空间特征及控制因素分析

地表水资源是东部沿海地区经济发展的基础之一,在高强度的人类活动影响下,广泛面临着水质异常及污染等问题.在调查采样的基础上,以区域地质为背景,通过Gibbs图、Pipper三线图、离子当量和摩尔比关系,利用数理统计,探讨盐城地区地表水的化学组成特征及控制因素.结果表明：①研究区地表水pH值偏低及TDS偏高,前者可能受人类活动排放的酸性有机污染物及土壤中厌氧生物分解形成的酸类物质的控制,后者呈显著地西低东高,北低南高的趋势.②溶质中阳离子以Na⁺为主,阴离子以HCO₃^-和Cl^-为主,水化学组成整体呈HCO₃-（Ca+Na）型为主,但次类型在不同区域存在显著差异.③因研究区淤积层主要以黏土、亚黏土和砂岩为主,地表水中可溶性物质主要来源于碳酸化作用引起的钠长石为主的硅酸盐岩碎屑物分解,并辅以碳酸化作用导致的碳酸岩分解.其中滩涂湿地扩张区还因地势低洼,地下水位浅,溶质显著地受蒸发-浓缩作用的影响,并伴有蒸发盐岩风化补给.④不同区域的地表水虽然受到人类活动的影响存在一定差异,但影响作用显著.特别是在废黄河区和滩涂湿地扩张区,水质不仅显著受到农业生产的影响,还受区域以化工为主的产业废水排放的作用.     

雷州半岛岭北地区地下水水文地球化学特征

地下水是雷州半岛重要的供水水源.本研究在雷州半岛岭北地区开展了水化学和氢氧稳定同位素调查,报道了区域地下水水化学特征;基于水化学及同位素地球化学理论和方法揭示了控制水质的主要水文地球化学过程.结果表明,地下水pH、总硬度、TDS以及K⁺、Cl^-、SO₄^-质量浓度较低;H₂SiO₃和NO₃^-质量浓度较高.孔洞裂隙水水化学类型以Mg-Ca-HCO₃和Mg-Ca-HCO₃-Cl型为主,Cl^-沿径流方向增加明显;浅层孔隙水以Ca-Cl、Na-Ca-HCO₃-Cl和Na-Ca-Mg-HCO₃-Cl型为主;中深层孔隙水以Mg-Ca-HCO₃、Na-Ca-Mg-HCO₃和K-Na-HCO₃-SO₄型为主,K⁺、Na⁺、Cl^-和SO₄^-沿径流方向有所增加.地下水受大气降水补给,Cl^-和Na⁺起源于海洋性大气降水,Mg⁺、Ca²⁺和HCO₃^-源自硅酸盐矿物水解,NO₃^-主要来自化学肥料;浅层孔隙水、裂隙孔洞水受蒸发浓缩作用影响,中深层孔隙水受阳离子交换作用影响.计入硝酸盐后,50.85%的NO₃型水指示着地下水具有污染趋势.本研究结果为可持续开发利用区域地下水提供了依据.     

苏州地区硬粘土粒度和元素地球化学特征及其环境意义

长江三角洲晚更新世硬质粘土地层对于认识该区域晚更新世环境变化、现代工程建设等均具有重要意义,而其成因尚存较大争议。本文通过对苏州地区葑亭大道钻孔硬粘土地层样品进行粒度与元素地球化学分析,探讨其成因与古环境指示意义。结果表明:(1)苏州地区硬粘土平均粒径为5.2~7.1Φ,以粉砂颗粒为主,中、细粉砂颗粒含量在65%以上,频率曲线呈双峰分布,粒度谱分布为正偏态,分选较差;(2)环境判别显示其为风成堆积物,与南京、镇江下蜀黄土分布特征相似;(3)元素分析显示,硬粘土出现不同程度Na、P元素亏损和Mn、Al元素富集,化学风化作用处于中等风化阶段;(4)硬粘土层的上段和下段在粒度和元素特征上有明显区别,下段粒度明显偏粗,风化程度相对较弱。     

兰州市大气降雨中重金属元素地球化学特征研究

通过采集兰州市2014年典型月份8-9月份的10场大气降雨样品,测量了大气降雨中的p H值,用日立AA1700原子吸收光谱仪测定了样品中所含的10种溶解态重金属元素(Cu、Hg、Cd、Mn、Al、Pb、Zn、Fe、Ni、Cr)的含量,并运用相关和因子统计分析,对比分析了兰州市区和郊区大气污染情况,以及导致其重金属含量不同的原因,探讨了兰州市大气降雨中重金属离子的变化规律及环境影响,揭示了大气降雨中重金属元素的可能来源和污染物质的传输路径。结果表明,兰州市大气降雨中10种重金属元素含量兰州市区明显高于郊区,且Zn元素高出量最多,高达211.89%,雨水中重金属含量由多到少依次是ZnCuHgZnCrPbNiMnCdFe。此外p H对重金属含量的影响非常明显,低p H时雨水的重金属含量明显较高;而高p H时其含量相对较低。其含量的主要来源是石油、化工和冶金等工业作业中重金属的排放,而且还受人为因素影响,为评价兰州市区大气中的重金属污染和环境修复提供了有力的理论依据和指导意义。     

长江口及邻近海域水体主元素和锶同位素地球化学

根据2005年6月对长江口及其邻近海域水体的现场调查,分析探讨了长江口水体主元素、Sr及Sr同位素的组成变化。长江河水的Sr含量和87Sr/86Sr同位素比值分别为1.75μmol/L和0.7105,反映出长江流域以碳酸盐岩风化为主的化学风化特征;河口区主元素与盐度的显著正相关关系显示出它们在河水与海水混合过程中的保守特性;87Sr/86Sr与1/Sr的非线性关系则暗示了长江口水体的Sr不是河水与海水的简单混合,可能伴有其他端元水体的混入。     

长江、黄河、松花江60-80年代水质变化趋势与社会经济发展的关系

对我国“水年鉴”上所载长江、黄河和松花江自５０年代末至８０年代中期所有站点的水化学监测数据进行统计分析，发现，在此时段内，就天然水主要离子成分而言，长河、黄河和松花江表现出各自独特的水质变化趋势。对其成因和机理进行了探讨，认为长江中上游水质的酸化趋势起因于该地区不断增长的燃煤硫排放所引起的严重酸沉降过程和不断增加的农田流失氮肥的氧化成酸过程。松花江水质的碱化趋势主要与黑龙江省造纸废水排放所引起的     

我国中东部水生态环境评价与对策研究

利用遥感(RS)和地面野外调查手段,对我国中东部地区水生态环境进行了现状调查与评估.结果表明:我国中东部地区农业用水比重大,水资源利用效率低,资源浪费严重;地表水资源干流水质总体稳定,部分流域水质有所改善,主要污染由工业污染向生活污染、农村面源污染转化;湖泊污染严重,湖泊富营养化现象普遍,赤潮濒发,损失较大;地下水主要以点状和面状污染为主,南方城市污染程度普遍高于北方城市;不合理水利工程干扰了自然水生态过程,加剧河流泥沙淤积,湖泊调蓄洪水生态功能随之下降;水资源利用强度超过了30%～40%的国际警界线,加剧了江河断流;水资源需求增大,地下水超采严重,出现地下水位下降、地面沉降、海水倒灌、泉水干枯等现象.      

近40年来长江干流水质变化研究

为掌握长江水质状况及其变化趋势,开展1981—2019年长江干流水质变化特征研究.系统总结了39年间长江干流地表水环境监测情况,以COD_Mn、NH₃-N和TP为研究因子,探讨了长江干流水环境质量变化规律;同时,选取有连续监测结果的断面,分析了长江上游、中游和下游不同断面近40年来的水质变化特征.结果表明:(1)1981—2019年,我国水环境监测迅速发展,长江干流水环境质量监测在监测点位、监测频次、监测项目和水环境质量等方面都发生了较大变化.(2)长江干流地表水水质总体相对较好,上游水质好于中下游,上游水体中ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均低于中下游.(3)1981—2005年各江段ρ(COD_Mn)和ρ(NH₃-N)年均值变化特征不同,在2006年之后大体呈逐渐降低的变化趋势.(4)2006年以来,长江干流水质呈好转态势,水体中ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)和ρ(TP)均呈逐年下降趋势.(5)...     

长江流域地表水中镉生态风险的区域差异分析

围绕长江流域地表水中镉（Cd）的水质基准和生态风险的区域差异展开分析.首先,根据我国《淡水水生生物水质基准——镉》推荐的方法,结合长江流域地表水的硬度分布对Cd长期水质基准值进行了校正;在此基础上,考虑长江流域的物种区系特征,进一步修正得到了Cd长期水质风险阈值,并依此阐释了长江流域的Cd长期水质风险阈值分布和风险商分布的区域差异性.结果发现,经硬度校正和物种修正后,长江流域不同城市间Cd长期水质风险阈值的最大值为0.75 μg·L^-1,最小值为0.08 μg·L^-1,二者相差近10倍;不同城市间Cd风险商的最高值为1.12,最低值为0.035,二者相差达32倍.长江流域上中游交界区和洞庭湖水系等重点区域的Cd生态风险高,尚需深入研究.     

中国地表水酸化敏感性的区划

地表水体的酸化与集水区的许多环境因子密切相关,如土壤对酸的缓冲能力、基岩中和酸沉降的能力以及土地利用方式等.其中,土壤的抗酸化能力是关键因素.因此可以根据集水区土壤、基岩和土地利用方式等信息来评估地表水在不同流量下发生酸化的可能性.本研究成功地应用已有资料和数据得到了我国地表水对酸沉降的敏感性等级,并绘制了地表水酸化敏感性区划图.结果表明,我国大部分地表水对酸化并不敏感.极易酸化和较易酸化的地表水主要分布在东北的北部地区,占所有国土面积的2.67%,是该地区强酸性漂灰土、酸性母岩和针叶林植被共同作用的结果.对酸化敏感性为中级和低级,即不易酸化的地表水主要分布在东北暗棕壤地区和南方富铝土区域,占所有国土面积的15.2%.其余82.11%国土面积上的地表水对酸化不敏感,完全不可能发生酸化.北方地区主要是由于土壤的强缓冲能力,而在南方,石灰质土壤以及耕作农田的广泛分布是最重要因素.南方重酸雨区由于土壤对酸化并不很敏感,因此在短期内不会出现大面积水体酸化现象.由于东北近年来频频出现酸雨,因此东北的酸沉降必须及早防治,以免出现大面积酸化水体.     

Distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in sediments from Yellow River Estuary and Yangtze River Estuary, China

Surface sediment samples collected from twenty-one sites of Yellow River Estuary and Yangtze River Estuary were determined for sixteen priority polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by isotope dilution GC-MS method. The total PAH contents varied from 10.8 to 252 ng/g in Yellow River Estuary sediment, and from 84.6 to 620 ng/g in Yangtze River Estuary sediment. The mean total PAH content of Yangtze River Estuary was approximately twofold higher than that of Yellow River Estuary. The main reasons for the di erence may be the rapid industrial development and high population along Yangtze River and high silt content of Yellow River Estuary. The evaluation of PAH sources suggested that PAHs in two estuaries sediments estuaries were derived primarily from combustion sources, but minor amounts of PAHs were derived from petroleum source in Yellow River Estuary. PAHs may be primary introduced to Yellow River Estuary via dry/wet deposition, wastewater e uents, and accidental oil spills, and Yangtze River Estuary is more prone to be a ected by wastewater discharge.     

沂沭河流域7 470~2 550 a BP气候变化的元素地球化学记录

地球化学元素比值的变化不仅可以指示气候变化和环境特征,也可以揭示气候异常和突变性气候事件。本文通过对沂沭河流域沭埠岭剖面沉积物淋溶系数、残积系数、CaO/MgO、硅铝率、硅铝铁率等气候代用指标的分析,发现研究区7 470~2550 a BP期间的气候变化经历了五个阶段:(1)7 472~6 043 a BP,气候趋向温暖湿润;(2)6 043~4 801 a BP,稳定的暖湿时期;(3)4 801~3 986 a BP,气候向冷干转变;(4)3 986~3 512 a BP,不稳定时期;(5)3 512~2 552 a BP,气候不稳定的波动时期。     

气候变化对长三角臭氧污染影响的数值模拟研究

目的研究气候变化对污染物浓度的影响,进而了解其对环境空气质量的影响。方法利用WRF-Chem模拟2014年1月、7月(代表现在)和2050年1月、7月(未来)长三角地区的气象要素和空气质量的数据,研究气候变化对该区域臭氧浓度的影响。结果在夏季,未来(2050年7月)与现在相比(2014年7月),整个长三角区域的臭氧浓度变化幅度较小,约为-0.09×10~(-9),且呈现出北部增加,南部减少的趋势,在长三角北部的陆地地区,臭氧浓度增加达到极大值(15.0×10~(-9))。在冬季,与2014年1月的数据比较,未来(2050年1月)整个长三角地区臭氧比现在降低约7.9%,其中在上海以东洋面上减少达到极值(-25.1%)。结论在夏季,导致长三角北部地区臭氧浓度升高的主要原因是太阳辐射量的增加、VOC和NOx浓度的升高、边界层高度的降低以及增强南风的输送有关。长三角南部地区臭氧浓度的减少,主要原因是其太阳辐射的减少以及风速的增加。在冬季,在南通、上海以东洋面上臭氧减少的幅度较大,这与温度的降低、辐射的减少以及NOx浓度的增加有关。长三角南部区域的臭氧浓度有所增加,这与该区域太阳辐射的增加以及区域范围内的输送有关。在制定臭氧控制策略时,应该考虑未来气候变化的影响。