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2 0 1 7年 6月 J u n e 2 0 1 7 岩 矿 测 试 R O C KA N DM I N E R A LA N A L Y S I S V o l . 3 6 ,N o . 3 2 6 5- 2 7 2 收稿日期 2 0 1 6- 0 6- 2 2 ;修回日期 2 0 1 7- 0 4- 2 6 ;接受日期 2 0 1 7- 0 5- 2 8 基金项目国家自然科学基金资助项目( 4 1 0 0 3 0 4 4 , 4 1 6 7 3 0 2 2 ) 作者简介盖楠, 博士, 研究方向为环境地球化学。E - m a i l g n _ _ _ 1 0 2 3 @1 6 3 . c o m 。 通讯作者杨永亮, 博士, 研究方向为环境地球化学与同位素地球化学。E - m a i l y l y a n g 2 0 0 3 @1 6 3 . c o m 。 盖楠,张鹏,谭科艳, 等. 若尔盖高原土壤和近地表大气气溶胶铅同位素组成测试及示踪研究[ J ] . 岩矿测试, 2 0 1 7 , 3 6 ( 3 ) 2 6 5- 2 7 2 . G A I N a n ,Z H A N GP e n g ,T A NK e - y a n ,e t a l . S t u d i e s o nL e a dI s o t o p e A n a l y s i s a n dC o m p o s i t i o ni nS o i l s a n dN e a r - s u r f a c e A t m o s p h e r i c A e r o s o l s o f t h eR u o e r g a i H i g hA l t i t u d eP l a t e a u ,a n dL e a dS o u r c e sI d e n t i f i c a t i o n [ J ] . R o c ka n dM i n e r a l A n a l y s i s , 2 0 1 7 , 3 6 ( 3 ) 2 6 5- 2 7 2 . 【 D O I 1 0 . 1 5 8 9 8 / j . c n k i . 1 1- 2 1 3 1 / t d . 2 0 1 6 0 6 2 2 0 0 8 8 】 若尔盖高原土壤和近地表大气气溶胶铅同位素组成测试及 示踪研究 盖楠1,张鹏2,谭科艳1,黄毅1,朱晓华1,殷效彩3,杨永亮 1 * ( 1 . 国家地质实验测试中心,国土资源部生态地球化学重点开放实验室,北京 1 0 0 0 3 7 ; 2 . 中国科学院地球化学研究所,环境地球化学国家重点实验室,贵州 贵阳 5 5 0 0 0 2 ; 3 . 青岛大学环境科学与工程学院,山东 青岛 2 6 6 0 7 1 ) 摘要若尔盖高原牧场处于中国偏远洁净高海拔地区, 大气沉降是污染物主要来源途径之一。由于季风的 影响, 污染源的辨析较为困难。本文通过多点大气气溶胶不同季节同时采样方式, 利用热电离固体同位素质 谱仪可有效校正质谱分析中同位素分馏效应的优点, 对若尔盖地区土壤和大气气溶胶的铅同位素比值进行 精确分析, 并结合季风特征对该地区污染物的来源进行解析。结果表明 土壤的2 0 8P b / 2 0 4P b比值变化范围为 3 8 . 7 9 0 5 9 0 . 0 0 1 9 4~ 3 8 . 9 4 4 6 1 0 . 0 0 1 3 5 , 2 0 6P b /2 0 7P b为 1 . 1 8 5 5 1 0 . 0 0 0 0 2~ 1 . 1 9 3 6 2 0 . 0 0 0 0 2 ; 大气气溶 胶的2 0 8P b / 2 0 4P b 比值变化范围为3 7 . 4 9 5 7 1 0 . 0 0 1 1 7~ 3 8 . 4 8 9 8 0 0 . 0 0 1 0 5 ,2 0 6P b /2 0 7P b 为1 . 1 2 8 9 4 0 . 0 0 0 0 1 ~ 1 . 1 6 7 3 4 0 . 0 0 0 0 1 。该地区土壤铅同位素的特征是放射成因铅高, 来自于自身天然存在的岩石矿物, 与大 气污染关系不大; 大气气溶胶的铅同位素组成与土壤差异较大, 显示为多元混合模式, 受到了天然物质和人 类活动来源的混合影响, 机动车尾气及来自北部( 兰州) 和西北部( 青海、 新疆、 哈萨克斯坦、 俄罗斯) 的大气 远程运移是若尔盖大气气溶胶及污染物质的主要来源。 关键词若尔盖;大气气溶胶;铅同位素比值;热电离固体同位素质谱法;季风特征;污染源 中图分类号O 6 1 4 . 4 3 3 ;O 6 5 7 . 6 3文献标识码A 大气中有两种重要的铅来源, 即金属矿物铅和 化石燃料铅, 两者的同位素组成差异明显。在环境 污染研究方面, 常常利用铅同位素这种特殊的“ 指 纹” 特征来示踪和鉴别局部地区土壤、 沉积物、 大气 环境的污染源如煤炭使用、 矿山、 冶炼等工业活 动[ 1 - 6 ]。然而对区域性大气气溶胶中铅的来源辨析 则要复杂一些, 季风的因素必须加以考虑[ 7 ]。国内 外利用铅同位素示踪法示踪区域性大气气溶胶来源 的研究已有报道, 例如朱赖民等[ 8 ]对北极楚科奇海 洋大气气溶胶的铅同位素研究发现, 北极楚科奇海 洋大气中的铅可能由两个端元混合而成 一是远离 北极而由人类工业活动产生的污染铅源, 另一个是 来源于大陆粉尘或海洋的自然环境铅源, 污染铅源 主要包括北美西部、 东欧和前苏联。C h e n g 等[ 7 ]对 中国青海瓦里关观测台大气气溶胶的铅同位素进行 了观测, 为春季来自俄罗斯和哈萨克斯坦的持久性 有机污染物的远程大气迁移提供了依据。郝春莉 等[ 9 ]对南极大气气溶胶中铅同位素比值进行了研 究, 发现南极大气气溶胶中铅同位素比值逐年在缓 慢地发生变化, 南极附近国家释放的铅可能成为南 562 ChaoXing 极大气中铅的重要来源。由此可见, 铅同位素示踪 技术可以成为有效的区域性污染源辨析工具, 然而 大部分关于区域性铅同位素应用的报道都为单个城 市或单一季节的观测[ 1 0 - 1 4 ], 只能得出局部的结论。 若尔盖地区由于季风的影响, 铅的来源可能来 自人口稠密及工业发达的成都平原以及西北部工业 重镇兰州, 此外若尔盖湿地富含泥炭, 周边地区、 国 家又有矿业活动, 这些因素都使得若尔盖地区大气 污染源的辨析变得复杂。因此, 查明该地区污染来 源是否为大气远程迁移, 来自何处, 对高原牧场的生 态环境保护具有重要意义。本文采用多点大气气溶 胶不同季节同时采样方式, 利用热电离固体同位素 质谱仪可有效校正质谱分析造成的同位素分馏效应 的优点, 对若尔盖地区土壤和大气气溶胶的铅同位 素组成进行了精确分析, 并结合季风特征将铅同位 素示踪技术应用到高海拔背景地区污染物的来源解 析中, 拟为高原牧场大气污染物的来源辨析提供科 学依据。 图 1 若尔盖地区土壤和近地表大气气溶胶采样点位图 F i g . 1 S a m p l i n gl o c a t i o n s o f s u r f a c es o i l a n dn e a r - s u r f a c ea t m o s p h e r i ca e r o s o l s i nR u o e r g a i a r e a 1 实验部分 1 . 1 样品采集 1 . 1 . 1 表层土壤样品采集 本次研究在 2 0 1 2年夏季及 2 0 1 3年秋季用 G P S 定位, 采集了若尔盖湿地表层土壤。采样范围控制 在牧区地区的四个牧场, 采样点远离公路, 避免局部 污染。土壤采样深度为 0~ 5c m , 用 G P S定位, 测定 每个采样点的地理坐标。混匀后保存于密实袋中。 土样自然风干, 磨碎, 过 4 0目筛, 于 - 2 0 ℃冷冻保存 至分析时使用。样点位置如图 1所示。 1 . 1 . 2 大气气溶胶样品采集 若尔盖地区采样点为若尔盖湿地保护区管理局 园内湿地( 海拔高度 3 5 0 0m ) 。使用大流量大气气 溶胶采样器( K C- 6 1 2 0型, 流量 1 . 0 4m 3/ m i n , 青岛 崂山电子仪器总厂) 及玻璃纤维滤膜( G F F 2 0 0m m 2 5 0m m , 0 . 4μ m孔径, 美国 Wa t e r m a n公司) , 于 2 0 1 2年夏季及 2 0 1 3年秋季采集近地面大气气溶胶 样品 6件。为进行对比, 在采集若尔盖大气的同时, 还采集了成都和兰州市区内的大气气溶胶样品各 6件。每次采样连续 5天, 单个样品采集时间 2 4h 。 1 . 1 . 3 汽车尾气燃烧残余颗粒物采集 从若尔盖县城城区 4辆以汽油为燃料的汽车尾 气排放管中取出燃烧残余颗粒物, 分别混合均匀后 取 1个混合样品。 1 . 2 样品测定 1 . 2 . 1 样品前处理 样品的前处理及测定在中国科学院地球化学研 662 第 3期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 1 7年 ChaoXing 究所环境地球化学国家重点实验室进行。土壤样品 自然风干后, 经缩分处理用玛瑙研钵磨成小于 2 0 0 目的粉末样品。称取 5g 供分析铅同位素含量, 置 于高压消解装置聚四氟乙烯溶样器中, 加氢氟酸 - 硝酸 - 盐酸混合酸溶解。将溶好的样品蒸干, 分别 加6m o l / L盐酸和2m o l / L盐酸各两次, 蒸干。将上 述溶样离心, 提取清液用 A G X-X 8阴离子交换树 脂柱( 2 0 0~ 4 0 0目, U S A ) 进行铅的分离和纯化, 淋 洗剂为 8m L0 . 5m o l / L盐酸。然后用5m L6m o l / L 盐酸将 P b组分转移至聚四氟乙烯小烧杯中蒸干。 加王水、 浓硝酸和 1∶ 1 0 0 ( 体积比) 硝酸及高纯水各 几滴分别蒸干, 封样。 1 . 2 . 2 样品测试及质量控制 同位素比值测定在 M A T2 6 1热电离固体同位 素质谱仪( 德国 F i n n i g a n公司) 上用动力学多级接 收器模式进行, 以获得高精度铅同位素比值。滴加 2μ L硅胶溶液( 2 . 3gS i / L ) 在去气后的铼带中央, 然后在 0 . 5A电流下烘干。用微量取样器吸取2~ 3 滴 0 . 7 5m o l / L磷酸溶解制备好的试样, 用清洗干净 的 1 0μ L微量取样器取出试样溶液滴加在已烤干的 硅胶上, 接着在 0 . 5A电流下近于干燥。升高电流 至 1 . 5A保持 1m i n , 最后升高电流至 2 . 0A使铼带 呈暗红色, 铼灯丝温度为 1 3 2 0 ℃。测试过程中样品 室真空低于9 1 0 - 8P a , 分析室中真空低于9 1 0- 9 P a 。接收器为七级法拉第杯, 可获得1 0 - 1 5~ 1 0- 1 1A 的信号强度。从预热开始离子束流积分时间为 3 0m i n , 在 1 0m i n时开始采集同位素比值( 原子数 比) 数据。 本方法对 5 0n g的铅样品前处理的回收率为 9 2 % 2 %。质谱分析的样品制备均在采用高效空 气过滤器的纯净实验室( 级别 1 0 0 ) 中完成。所用试 剂为超纯盐酸、 氢氟酸和硝酸, 所有器皿均按我国地 质矿产行业标准 同位素地质样品分析方法 ( D Z / T0 1 8 4 . 2 2 1 9 9 7 ) 的步骤进行清洗, 全流程本 底铅为 1 1 0 - 9g 量级。根据测定美国国家标准局 标准样品 N B S 9 8 1的已知同位素比值对样品质谱测 试时产生的质量分馏进行校正。质谱测定相对于标 准样品 N B S 9 8 1铅同位素2 0 7P b / 2 0 6P b的测定误差为 < 0 . 0 0 2 %, 表明该方法与国际同类实验室测定结 果和精度一致, 测定结果可靠。 2 结果与讨论 2 . 1 若尔盖高原牧场表层土壤铅同位素组成特征 若尔盖地区高原牧场表层土壤以及近地表大气 气溶胶中铅同位素组成( 原子数比) 测定结果见 表 1 。土 壤 中 各 铅 同 位 素 比 值 变 化 平 均 值 为 2 0 8P b /2 0 4 P b3 8 . 8 6 40 . 0 0 2 , 2 0 7P b /2 0 4P b1 5 . 6 5 3 5 0 . 0 0 0 6 , 2 0 6P b /2 0 4P b1 8 . 0 3 6 40 . 0 0 0 8 ,2 0 8P b /2 0 7P b 2 . 4 8 2 7 7 0 . 0 0 0 0 2 , 2 0 6P b /2 0 7P b1 . 1 9 0 2 0 0 . 0 0 0 0 3 。 可以看出, 若尔盖土壤铅同位素组成总的特征是放 射成因铅高。牧区不使用煤炭, 冬季取暖主要为牦 牛粪, 因此牧区土壤中铅同位素来源可以将煤炭来 源排除。大气气溶胶中各铅同位素比值变化平均值 为2 0 8P b / 2 0 4P b3 7 . 9 5 0 0 . 0 0 2 ,2 0 7P b /2 0 4P b1 5 . 5 8 4 0 . 0 0 1 ,2 0 6P b / 2 0 4 P b 1 7 . 9 9 9 0 . 0 0 1 , 2 0 8 P b / 2 0 7 P b 2 . 4 3 5 1 8 0 . 0 0 0 0 3 , 2 0 6P b /2 0 7P b1 . 1 5 4 9 5 0 . 0 0 0 0 1 。 可以看出, 大气气溶胶与土壤铅同位素组成有明显 差异。但从铅同位素比值的贴近程度看, 若尔盖高 原牧场表层土壤中的铅并不接近端元物质燃油铅 ( 即若尔盖机动车尾气) , 而单独成为一个混合端 元, 这个端元可能与若尔盖地区岩石矿物组成和年 代有关。由于若尔盖湿地富含泥炭, 其对大气气溶 胶铅同位素组成的影响有待于进一步的研究。本研 究结果表明若尔盖高原牧场表层土壤铅主要来自于 自身天然存在的岩石矿物, 与大气污染关系不大。 图 2 若尔盖及周边地区大气气溶胶和其他环境样品中 2 0 6P b /2 0 7P b 和2 0 6P b /2 0 4P b 比值散点分布 F i g . 2 T h es c a t t e rd i s t r i b u t i o np a t t e r no fl e a di s o t o p er a t i o s 2 0 6P b /2 0 7P b a n d2 0 6P b /2 0 4 P bi nn e a r - s u r f a c e a t m o s p h e r i ca e r o s o l si nR u o e r g a ia r e aa n da d j a c e n t a r e a s 762 第 3期盖楠, 等 若尔盖高原土壤和近地表大气气溶胶铅同位素组成测试及示踪研究第 3 6卷 ChaoXing 表 1 若尔盖地区土壤、 大气气溶胶铅同位素组成( 原子数比) 及与兰州、 成都比较 T a b l e 1 C o m p o s i t i o no f l e a di s o t o p e r a t i o ( a t o m i c r a t i o )o f s o i l a n da e r o s o l i nR u o e r g a i a n dd a t a c o m p a r i s o nw i t hL a n z h o ua n dC h e n g d u 样品类型采样地点 采样 季节 2 0 8P b /2 0 4P b2 0 7P b /2 0 4P b2 0 6P b /2 0 4P b2 0 8P b /2 0 7P b2 0 6P b /2 0 7P b 表层土壤若尔盖秋3 8 . 7 9 0 5 9 0 . 0 0 1 9 4 1 5 . 6 5 3 7 9 0 . 0 0 0 7 3 1 8 . 5 5 7 6 3 0 . 0 0 0 8 0 2 . 4 7 8 0 3 2 0 . 0 0 0 0 2 8 1 . 1 8 5 5 1 0 . 0 0 0 0 2 表层土壤若尔盖秋3 8 . 9 4 4 6 1 0 . 0 0 1 3 5 1 5 . 6 6 1 8 1 0 . 0 0 0 4 5 1 8 . 6 9 3 8 4 0 . 0 0 0 5 5 2 . 4 8 6 5 9 7 0 . 0 0 0 0 1 8 1 . 1 9 3 6 2 0 . 0 0 0 0 2 表层土壤若尔盖秋3 8 . 8 3 9 4 7 0 . 0 0 1 3 9 1 5 . 6 4 2 5 8 0 . 0 0 0 4 6 1 8 . 6 0 0 4 1 0 . 0 0 0 6 7 2 . 4 8 2 9 3 2 0 . 0 0 0 0 1 9 1 . 1 8 9 0 8 0 . 0 0 0 0 3 表层土壤若尔盖秋3 8 . 8 8 1 8 9 0 . 0 0 2 2 4 1 5 . 6 5 5 9 1 0 . 0 0 0 5 7 1 8 . 6 6 9 7 2 0 . 0 0 1 0 7 2 . 4 8 3 5 3 0 0 . 0 0 0 0 2 7 1 . 1 9 2 5 5 0 . 0 0 0 0 4 平均值若尔盖秋3 8 . 8 6 4 1 4 0 . 0 0 1 7 3 1 5 . 6 5 3 5 2 0 . 0 0 0 5 5 1 8 . 6 3 0 4 1 0 . 0 0 0 7 7 2 . 4 8 2 7 7 3 0 . 0 0 0 0 2 3 1 . 1 9 0 2 0 0 . 0 0 0 0 3 汽车尾气若尔盖秋3 7 . 3 4 6 7 7 0 . 0 0 2 2 5 1 5 . 5 5 1 4 9 0 . 0 0 0 8 51 7 . 4 5 2 9 0 . 0 0 0 9 4 2 . 4 0 1 4 9 1 0 . 0 0 0 0 3 4 1 . 1 2 2 3 6 0 . 0 0 0 0 5 大气若尔盖夏3 7 . 7 7 7 3 3 0 . 0 0 3 5 7 1 5 . 5 7 3 8 3 0 . 0 0 1 2 2 1 8 . 0 0 2 2 7 0 . 0 0 1 3 8 2 . 4 1 9 2 8 4 0 . 0 0 0 0 1 8 1 . 1 5 5 8 9 0 . 0 0 0 0 2 大气若尔盖秋3 7 . 4 9 5 7 1 0 . 0 0 1 1 7 1 5 . 4 9 8 6 8 0 . 0 0 0 4 6 1 7 . 4 9 7 0 0 0 . 0 0 0 4 6 2 . 4 2 5 6 9 3 0 . 0 0 0 0 5 1 1 . 1 2 8 9 4 0 . 0 0 0 0 1 大气若尔盖夏3 7 . 7 6 8 7 3 0 . 0 0 2 6 3 1 5 . 5 7 4 1 7 0 . 0 0 0 9 9 1 7 . 9 9 1 5 0 0 . 0 0 1 1 0 2 . 4 2 5 0 8 8 0 . 0 0 0 0 3 9 1 . 1 5 5 2 2 0 . 0 0 0 0 2 大气若尔盖夏3 7 . 7 8 4 6 8 0 . 0 0 2 1 1 1 5 . 5 7 6 3 2 0 . 0 0 0 8 9 1 8 . 0 1 2 4 2 0 . 0 0 0 9 7 2 . 4 2 5 7 7 7 0 . 0 0 0 0 3 3 1 . 1 5 6 4 1 0 . 0 0 0 0 1 大气若尔盖秋3 8 . 4 8 9 8 0 0 . 0 0 1 0 5 1 5 . 6 4 1 7 1 0 . 0 0 0 3 9 1 8 . 2 5 8 8 9 0 . 0 0 0 4 2 2 . 4 6 0 7 1 6 0 . 0 0 0 0 1 5 1 . 1 6 7 3 4 0 . 0 0 0 0 1 大气若尔盖秋3 8 . 3 8 4 3 5 0 . 0 0 0 9 9 1 5 . 6 3 8 2 8 0 . 0 0 0 3 8 1 8 . 2 3 2 9 0 0 . 0 0 0 4 2 2 . 4 5 4 5 1 2 0 . 0 0 0 0 1 4 1 . 1 6 5 9 2 0 . 0 0 0 0 1 平均值若尔盖-3 7 . 9 5 0 1 0 0 . 0 0 1 9 2 1 5 . 5 8 3 8 3 0 . 0 0 0 7 2 1 7 . 9 9 9 1 6 0 . 0 0 0 7 9 2 . 4 3 5 1 7 8 0 . 0 0 0 0 2 8 1 . 1 5 4 9 5 0 . 0 0 0 0 1 大气成都夏3 8 . 4 5 0 1 3 0 . 0 0 1 5 1 1 5 . 6 4 5 5 8 0 . 0 0 0 5 8 1 8 . 2 7 4 4 0 0 . 0 0 0 5 4 2 . 4 5 7 5 7 1 0 . 0 0 0 0 2 2 1 . 1 6 8 0 3 0 . 0 0 0 0 2 大气成都夏3 8 . 4 4 4 7 8 0 . 0 0 1 4 7 1 5 . 6 3 9 8 7 0 . 0 0 0 3 7 1 8 . 2 5 3 9 4 0 . 0 0 0 5 9 2 . 4 5 8 1 2 7 0 . 0 0 0 0 1 8 1 . 1 6 7 2 0 0 . 0 0 0 0 3 大气成都夏3 8 . 4 4 4 7 9 0 . 0 0 1 5 4 1 5 . 6 4 5 3 3 0 . 0 0 0 4 7 1 8 . 2 5 7 4 6 0 . 0 0 0 6 4 2 . 4 5 7 2 6 9 0 . 0 0 0 0 2 0 1 . 1 6 6 9 4 0 . 0 0 0 0 3 大气成都夏3 8 . 5 0 3 9 1 0 . 0 0 1 4 3 1 5 . 6 5 9 7 4 0 . 0 0 0 4 0 1 8 . 3 1 9 1 2 0 . 0 0 0 7 2 2 . 4 5 8 7 8 3 0 . 0 0 0 0 1 8 1 . 1 6 9 8 5 0 . 0 0 0 0 5 大气成都夏3 8 . 4 8 1 3 3 0 . 0 0 2 2 9 1 5 . 6 5 5 7 8 0 . 0 0 0 8 1 1 8 . 2 9 9 6 3 0 . 0 0 1 1 0 2 . 4 5 7 9 6 3 0 . 0 0 0 0 3 2 1 . 1 6 8 9 1 0 . 0 0 0 0 6 大气成都秋3 8 . 4 6 0 8 3 0 . 0 0 2 8 8 1 5 . 6 4 4 9 0 0 . 0 0 0 9 2 1 8 . 3 1 1 0 2 0 . 0 0 1 2 1 2 . 4 5 8 3 6 2 0 . 0 0 0 0 3 9 1 . 1 7 0 4 2 0 . 0 0 0 0 6 大气成都秋3 8 . 4 7 6 3 8 0 . 0 0 1 5 9 1 5 . 6 4 8 4 5 0 . 0 0 0 5 5 1 8 . 3 1 1 3 6 0 . 0 0 0 6 0 2 . 4 5 8 7 9 8 0 . 0 0 0 0 2 2 1 . 1 7 0 1 9 0 . 0 0 0 0 1 平均值成都-3 8 . 4 6 6 0 2 0 . 0 0 1 8 2 1 5 . 6 4 8 5 2 0 . 0 0 0 5 9 1 8 . 2 8 9 5 6 0 . 0 0 0 7 7 2 . 4 5 8 1 2 5 0 . 0 0 0 0 2 5 1 . 1 6 8 7 9 0 . 0 0 0 0 4 大气兰州夏3 7 . 5 6 2 3 5 0 . 0 0 3 0 5 1 5 . 5 0 3 4 4 0 . 0 0 0 4 9 1 7 . 5 2 0 9 0 0 . 0 0 1 4 2 2 . 4 2 2 8 4 0 0 . 0 0 0 0 3 6 1 . 1 3 0 1 1 0 . 0 0 0 0 8 大气兰州夏3 6 . 6 8 9 0 0 0 . 0 0 1 7 2 1 5 . 4 8 8 3 1 0 . 0 0 0 7 7 1 6 . 9 3 6 4 9 0 . 0 0 0 8 2 2 . 3 6 8 8 1 9 0 . 0 0 0 0 2 9 1 . 0 9 3 5 0 0 . 0 0 0 0 2 大气兰州夏3 7 . 5 7 7 2 8 0 . 0 0 1 2 7 1 5 . 5 0 7 1 2 0 . 0 0 0 4 8 1 7 . 5 2 2 1 7 0 . 0 0 0 5 1 2 . 4 2 3 2 2 8 0 . 0 0 0 0 1 9 1 . 1 2 9 9 5 0 . 0 0 0 0 1 大气兰州秋3 7 . 3 3 7 5 4 0 . 0 0 0 8 6 1 5 . 4 7 2 0 6 0 . 0 0 0 3 6 1 7 . 3 1 2 6 9 0 . 0 0 0 3 6 2 . 4 1 3 2 2 4 0 . 0 0 0 0 1 4 1 . 1 1 8 9 6 0 . 0 0 0 0 1 大气兰州秋3 7 . 7 3 6 9 8 0 . 0 0 1 3 3 1 5 . 5 3 2 8 8 0 . 0 0 0 5 0 1 7 . 7 1 0 7 4 0 . 0 0 0 6 0 2 . 4 2 9 4 9 0 0 . 0 0 0 0 2 0 1 . 1 4 0 2 0 0 . 0 0 0 0 1 大气兰州秋3 7 . 5 0 3 6 4 0 . 0 0 1 0 7 1 5 . 5 0 1 1 8 0 . 0 0 0 3 5 1 7 . 5 0 0 1 2 0 . 0 0 0 4 7 2 . 4 1 9 4 0 5 0 . 0 0 0 0 1 5 1 . 1 2 8 9 0 0 . 0 0 0 0 1 平均值兰州-3 7 . 4 0 1 1 3 0 . 0 0 1 5 5 1 5 . 5 0 0 8 3 0 . 0 0 0 4 9 1 7 . 4 1 7 1 9 0 . 0 0 0 7 0 2 . 4 1 2 8 3 4 0 . 0 0 0 0 2 2 1 . 1 2 3 6 1 0 . 0 0 0 0 2 2 . 2 若尔盖地区近地表大气气溶胶中铅同位素 组成特征 若尔盖地区为高原草甸及湿地, 人口稀少, 自身 的人类生活及牧业活动很少会产生扬尘。为了更好 地了解该地区大气颗粒物的来源, 有必要结合当地 季风风向对若尔盖周边的主要工业城市大气气溶胶 中的铅同位素组成进行对比。图 2同时给出本研究 采集的若尔盖、 成都、 兰州的大气气溶胶样品和若尔 盖地区其他环境样品( 土壤、 汽车尾气) 中2 0 6P b / 2 0 7P b 和2 0 6P b /2 0 4P b 比值的散点分布。若尔盖地区的 大气气溶胶的铅同位素组成落在兰州市大气气溶胶 和若尔盖表层土壤之间, 并落在成都大气气溶胶和 兰州大气气溶胶的组成之间, 几乎保持等距离。大 气铅和土壤铅之间存在一定的相互作用。图 2中的 混合线以若尔盖表层土壤和兰州大气气溶胶为两个 端元, 混合线的相关系数 R 2= 0 . 9 9 6 ( p > 0 . 0 5 ) , 表 明在 1 0 0 0k m的尺度范围有很好的二元混合模式。 大气中的铅通过大气降水和风力作用进入土壤, 同 时土壤中的铅也通过扬尘、 飞灰进入大气。本文的 成都大气气溶胶铅同位素组成与文献[ 1 5 ] 中报道 的 2 0 1 6年成都大气气溶胶铅同位素组成数值基本 相符, 表明近十年来成都的大气铅组成较为稳定。 2 . 3 若尔盖地区大气气溶胶及污染物来源解析 若尔盖地区处于高原气候带, 属于北半球西风 带控制的西风南支流。为了在更大区域范围内查明 若尔盖地区大气颗粒物的来源, 图 3比较了中国西 部、 俄罗斯、 哈萨克斯坦、 印度的矿石和大气气溶胶 以及中国北方大气沙尘中的2 0 6P b / 2 0 7P b和2 0 8P b / 2 0 7P b 比值[ 1 6 - 1 9 ]。若尔盖大气气溶胶中2 0 6P b /2 0 7P b 比值在 1 . 1 4 1~ 1 . 1 7 7之间, 而青海和新疆天然源物 质( 矿石) 的该比值都大于 1 . 1 7 [ 7 ], 俄罗斯和哈萨克 斯坦矿石的该比值则都小于 1 . 1 4 [ 1 7 - 1 8 ]。图 3显示 862 第 3期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 1 7年 ChaoXing 了若尔盖大气气溶胶铅同位素组成为多元混合模 式, 有两条端元混合线, 一条为以若尔盖机动车尾气 和青海矿石为端元的混合线( 线Ⅰ) , 若尔盖夏季大 气气溶胶铅同位素组成落在此混合线上。另一条为 以俄罗斯矿石和哈萨克斯坦矿石为端元的混合线 ( 线Ⅱ) , 若尔盖秋季大气气溶胶铅同位素组成落在 此混合线上。两条直线的相关系数分别为 R 2 = 0 . 9 3 5 1和 R 2= 0 . 7 4 5 0 ( p > 0 . 0 5 ) 。因此可以认为若 尔盖大气气溶胶受到了天然物质和人类活动来源的 混合影响。图 2与图 3虽然以不同的铅同位素比值 作为纵坐标, 并且除若尔盖大气气溶胶以外其他数 据点均采用平均值, 但两图仍有许多共同之处。首 先可将若尔盖土壤与青海矿、 新疆矿作为区域性地 质环境的一个大的端元。 图 3 若尔盖与中国西部( 青海大气气溶胶和矿石, 新疆 矿石) 、 中亚( 哈萨克斯坦矿石) 、 俄罗斯大气气溶胶和 矿石、 印度大气气溶胶样品中2 0 8P b / 2 0 7P b 和2 0 6P b /2 0 7P b 比值的比较 F i g . 3 T h eP bi s o t o p i cr a t i o s o f R u o e r g a i a e r o s o l s .A l s os h o w n a r eP bi s o t o p i c r a t i o s o f We s t e r nC h i n a ( Q i n g h a i a e r o s o l a n do r e ,X i n j i a n go r e ) ,C e n t r a lA s i a( K a z a k h s t a n o r e ) ,R u s s i a na e r o s o l a n do r e ,I n d i a na e r o s o l s a m p l e s 据报道青海瓦里关山大气气溶胶也是如此[ 7 ], 说明这几个地区大气中铅有较强的关联。此外, 即 使采用的是平均值, 兰州和成都大气气溶胶仍与若 尔盖大气气溶胶处在一个混合线上。若尔盖夏季大 气气溶胶铅同位素组成与成都大气气溶胶铅同位素 组成相近, 并且印度大气气溶胶也在该混合线上, 表 明夏季受到来自南亚的西南季风的影响。而若尔盖 秋季大气气溶胶铅同位素组成与兰州大气气溶胶铅 同位素组成相近, 表明在秋季由于北风和西北风以 及西伯利亚寒流造成的来自俄罗斯和中亚的大气远 程运移在若尔盖采样期间也是一个不可忽视的铅污 染来源。实际上, 在高原地带冬季来得较早。图 4 为若尔盖夏季( a ) 和冬季( b ) 反相气团轨迹图, 可以 看出, 来自北部( 兰州) 和西北部( 青海、 新疆、 哈萨 克斯坦、 俄罗斯) 的大气远程运移是若尔盖大气气 溶胶及污染物质的主要来源。因此造成两个不同混 合线的原因是采样期间的风向。从反相气团轨迹图 看, 来自成都平原的影响则较弱。 图 4 若尔盖夏季( a ) 和冬季( b ) 反相气团轨迹图 F i g . 4 B a c k - t r a j e c t o r i e so fa i r - m a s sa tt h es a m p l i n gs i t ei n R u o e r g a i d u r i n g( a )s u m m e r a n d( b )w i n t e r p e r i o d 962 第 3期盖楠, 等 若尔盖高原土壤和近地表大气气溶胶铅同位素组成测试及示踪研究第 3 6卷 ChaoXing 图 3中若尔盖地区的机动车车尾气为一混合端 元。若尔盖机动车尾气铅同位素组成与兰州大气气 溶胶相近, 反映了若尔盖的机动车燃油主要来自甘 肃。本地机动车尾气应是主要污染源之一。中国北 方沙尘源区也有一定的影响[ 2 0 ]。若尔盖大气铅同 位素组成与西藏矿床无关[ 2 1 ], 这也说明若尔盖的大 气气溶胶来源主要来自于北部以及西北部。 3 结论 本文基于铅同位素示踪技术, 对若尔盖地区土 壤与大气气溶胶的铅同位素组成进行了研究。结果 表明, 若尔盖地区土壤铅同位素组成处在混合线的 端元点上, 表层土壤铅主要来自于自身天然存在的 岩石矿物, 与大气污染关系不大。该地区大气气溶 胶与土壤的铅同位素组成差异较大, 大气气溶胶铅 同位素组成为多元混合模式, 主要有两条端元混合 线, 一条为以若尔盖机动车尾气和青海矿石为端元 的夏季混合线, 主要污染源为机动车尾气和来自若 尔盖地区西部的大气颗粒物; 另一条为以俄罗斯矿 石和哈萨克斯坦矿石为端元的冬季混合线, 主要污 染物来自若尔盖地区北部和西北部的大气颗粒物。 因此, 本研究通过结合季风在不同季节不同地点同 时采样的方法能更准确地辨析大气气溶胶的来源, 从而为中国西部高原牧场环境保护提供基础依据。 4 参考文献 [ 1 ] 胡恭任, 于瑞莲, 胡起超, 等. 铅同位素示踪在大气降 尘重金属污染来源解析中的应用[ J ] . 吉林大学学报 ( 地球科学版) , 2 0 1 6 , 4 6 ( 5 ) 1 5 2 0- 1 5 2 6 . H uGR , Y uRL , H uQC , e t a l . A p p l i c a t i o no f s t a b l e l e a di s o t o p ei n t r a c i n gh e a v ym e t a ls o u r c e si n t h e a t m o s p h e r i cd u s t f a l l [ J ] .J o u r n a lo fJ i l i n U n i v e r s i t y ( E a r t hS c i e n c e ) , 2 0 1 6 , 4 6 ( 5 ) 1 5 2 0- 1 5 2 6 . [ 2 ] 张棕巍, 胡恭任, 于瑞莲, 等. 泉州市大气降尘中金属 元素污染特征及来源解析[ J ] . 环境科学, 2 0 1 6 , 3 7 ( 8 ) 2 8 8 1- 2 8 8 8 . Z h a n gZW, H uGR , Y uRL , e t a l . C h a r a c t e r i s t i c sa n d s o u r c e a p p o r t i o n m e n to fm e t a l s i n t h e d u s t f a l lo f Q u a n z
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