祁连山老虎沟12号冰川积雪化学特征及环境意义

2012年6月在祁连山老虎沟12号冰川采集雪坑和表层雪样品, 结合相关分析法、 海盐示踪法、 气团轨迹法等方法, 对冰川积雪的主要化学离子特征、 来源及环境意义进行分析研究.结果表明, 积雪中平均离子浓度Ca²⁺>SO₄^2->NH₄⁺>NO₃^->Cl^->Na⁺>Mg²⁺>K⁺. 雪坑中Ca²⁺是主要的阳离子, SO₄^2-是主要的阴离子; 各种离子在雪坑中的平均浓度要远大于表层雪, 而且雪坑中的化学离子浓度峰值与污化层有着很好的对应性.同时, 与青藏高原、 中亚天山、 阿尔泰山以及北半球其他区域高海拔雪冰化学特征进行比较, 发现祁连山老虎沟12号冰川区积雪化学特征受亚洲粉尘源区陆源矿物影响较大.然而, 雪坑中的离子(尤其是Na⁺和Cl^-)除了陆源矿物粉尘之外, 部分还来源于海洋源.结合NOAA Hysplit模型对冰川区积雪化学离子来源进行了后向轨迹反演验证.     

气象要素影响下雪冰离子淋溶过程研究——以乌鲁木齐河源1号冰川为例

为了更好地理解化学离子在雪坑中的迁移和保存,进一步解释冰芯记录,基于乌鲁木齐河源1号冰川海拔4130 m处的雪冰化学资料,研究了气温和降水与离子淋溶过程的关系.结果表明：气温与离子浓度呈负相关关系,夏季的雪坑离子浓度波动剧烈,冬季的雪坑离子浓度相对稳定.离子浓度随正积温的升高呈指数衰减趋势,当正积温至0℃以上时,离子浓度急剧降低;当正积温升至60℃左右时,离子浓度呈缓慢降低.不同离子的淋溶过程对正积温的响应有所不同,随着正积温的增加,SO₄^2-,NO₃^-,Na⁺,Cl^-,NH₄⁺和Ca²⁺的衰减趋势非常显著,而Mg²⁺和K⁺则呈现无规律性的变化.淋溶因子指出,融水渗浸作用导致雪坑中大部分离子被淋溶;不同离子的淋溶因子也有明显差异,Mg²⁺淋溶因子最小（0.43）,SO₄^2-淋溶因子最大（0.84）,说明Mg²⁺最为稳定,而SO₄^2-最易淋溶.降水对雪坑离子浓度的影响较为微弱,主要通过增加表层雪离子浓度而提升整个雪坑的离子浓度.     

秦岭主峰太白山北麓降水化学特征分析

利用太白山北麓2011年12月-2013年7月共39次降水样品数据资料, 定量分析了该区域降水化学的特征和时间变化规律. 结果表明: 太白山北麓地区降水中, 除常量离子Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、F^-、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-外, CO₃^2-、HCO₃^-、PO₄^3-及低分子有机酸也占有相当比例. 研究区降水常量离子浓度的顺序依次为: NH₄⁺ > SO₄^2- > Ca²⁺ > NO₃^- > Na⁺ > Cl^- > Mg²⁺ > K⁺ > F^-, 离子总浓度表现出明显的季节变化: 夏季(轻度污染) < 秋季(中等污染) < 春季(严重污染) < 冬季(极重污染). 利用因子分析法得出太白山北麓地区降水组分主要有三种来源; Na⁺、Cl^-、Mg²⁺、Ca²⁺主要来自地壳源, SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺主要来自人为源, K⁺和F^-主要由海盐源和人为源共同贡献. 根据Hysplit 后向气流轨迹分析, 得出不同路径气团降水离子组分不同: 受地形等因素影响, 北方路径的气团比南方路径气团离子总浓度较高; 受土壤类型影响, 西北方向气团降水Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺浓度较高; 受人为活动影响, 东北方向SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺浓度较高.     

秦岭太白山南麓降水中常量无机离子特征及其来源研究

以2011年11月至2014年9月连续采集的74个有效降水样品为研究载体,运用趋势分析法和相关分析法分析太白山南麓黄柏塬地区降水中常量无机离子（NH₄⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、NO₃^-、Cl^-、F^-）的化学特征,并结合富集因子法、端源贡献法及后向气流轨迹模型探究其来源。结果表明：研究区降水中各离子浓度大小顺序为Ca²⁺ > SO₄^2- > NH₄⁺ > NO₃^- > K⁺ > Na⁺ > Mg²⁺ > Cl^- > F^-,主要阳离子是Ca²⁺和NH₄⁺,共占阳离子总量的76.21%,主要阴离子是SO₄^2-和NO₃^-,共占阴离子总量的90.83%。降水总离子年平均浓度为404.64 μeq·L^-1,相对于国内外已研究的其他高山站点偏高,表现出典型的大陆型及人为源干扰的特征。受排放源、气象因子、植被、降水量等因素影响,降水总离子浓度表现出显著的季节差异,依次为冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季。源解析结果显示降水中SO₄^2-和NO₃^-95%以上由人为源贡献,Ca²⁺和Mg²⁺主要来源于地壳风化,Na⁺海盐源和非海盐源贡献约各占一半,K⁺主要来自于非海盐贡献,而F^-和NH₄⁺则几乎全部由人为源贡献。不同路径气团影响下的降水离子组分具有明显不同,北方气团途径太原、石家庄、北京、兰州等工业发达城市,工业燃煤交通废气排放量大,降水中SO₄^2-、NO₃^-浓度均偏高,离子总浓度也明显高于南方气团。     

慕士塔格卡尔塔马克冰川作用区的水文与水化学特征

利用2003年6月1日~8月25日实测的水文数据,分析了慕士塔格峰卡尔塔马克冰川融水径流的变化特征.卡尔塔马克冰川融水径流主要集中在6~8月,其存在着明显的日变化过程,融水径流受控于温度及降水要素.同时,对8月10~23日采集的冰川径流样品及部分降水样品的pH、EC(电导率)和主要离子(Na⁺,K⁺,Ca²⁺,Mg²⁺,Cl^-,NO₃^-,SO₄^2-,未检测降水样品的离子含量)的测定结果进行了分析讨论.径流样品略偏碱性,pH和EC呈正相关关系.SO₄^2-和Ca²⁺是所测离子中主导的阴阳离子.除NO₃^-外,样品中各离子含量具有一致的变化特征;各离子浓度与流量或水位具有相反的变化趋势.初步讨论了离子的来源,结果表明冰川融水中化学物质组分主要来源于地表.     

中国第二次北极科学考察沿线气溶胶成分分析

对2003年7月15~9月28日间中国第二次北极科学考察沿线所采集的气溶胶样品进行分析,获得了Na⁺、NH₄⁺ 、Ca²⁺、Cl^-、MSA、SO₄^2- 等11种离子的浓度数据(文中使用当量浓度).根据相关分析, 可将11种离子分为3类: 海盐源离子, 包括Na⁺、Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-; 人为源, 包括NH₄⁺ 、NO₃^-; 其它源, 包括 CH₃COO^-、MSA、C₂O₄^2-. 气溶胶以海盐气溶胶为主, Cl^-、Na⁺ 离子分别是阴阳离子中含量最大的离子, (Na⁺ +Cl^-)对气溶胶载量(所测定的阴阳离子的总和)的贡献平均为60.2%, 占气溶胶总量的一半以上. NH₄⁺ /SO₄^2- 的比值的平均为0.45, 根据当地的大气环境和气溶胶的离子平衡, 认为气溶胶样品中NH₄⁺ 和 SO₄^2- 主要是以 NH4HSO4的形式结合. 根据考察沿线 NO₃^- 浓度的变化, 把考察沿线大致分为3个区: 日本海区, 中值为15.2 neq·m^-3; 鄂霍次克海及白令海区, 中值为1.8 neq·m^-3; 北冰洋区, 其浓度较低, 中值为0.4 neq·m^-3. 考察沿线白令海是MSA的高产区.     

祁连山老虎沟地区夏季大气颗粒物中水溶性离子的变化特征

为了研究青藏高原东北缘老虎沟地区大气颗粒物中水溶性无机离子组分的变化特征,于2016年7月16日至8月11日共采集13个PM_2.5样品和4套粒径分级样品。研究结果显示：非沙尘期间,水溶性离子总质量浓度为2.35 μg·m^-3,主要离子SO₄^2-、Ca²⁺、NH₄⁺和NO₃^-的浓度分别为1.28、0.33、0.32和0.28 μg·m^-3,约占水溶性离子浓度总和的94%;沙尘期间,水溶性无机离子总质量浓度为12.63 μg·m^-3,是非沙尘期间浓度的5倍,主要离子SO₄^2-、Ca²⁺、Cl^-、Na⁺和NO₃^-的浓度依次为5.36、4.77、0.80、0.62和0.61 μg·m^-3,约占水溶性离子浓度总和的96%。分级样品分析结果表明,NO₃^-主要分布在粗颗粒模态,可能是前体物在粉尘表面发生非均相反应产生。在沙尘时期,SO₄^2-主要为粉尘贡献,集中分布在粗颗粒模态。在非沙尘时期,SO₄^2-在粗颗粒模态和积聚模态都有较多的分布。积聚模态的SO₄^2-主要是通过前体物与NH₃发生均相反应产生。据估算,非沙尘时期的二次反应对PM_2.5中SO₄^2-的贡献约为80%。     

祁连山黑河源区八一冰川-黄藏寺段河水水文地球化学特征

黑河源区河水水文地球化学特征的研究有助于了解黑河源区河水沿流域水质变化概况,对黑河源区生态环境的保护具有积极意义。以黑河源区干流为研究对象,对河水进行取样检测,结果显示：河水化学组成以K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-、SO₄^2-为主。通过聚类分析、舒卡列夫分类和Piper三线图分析发现主要离子中,阳离子主要来源于石灰岩风化产物,SO₄^2-主要来源于蒸发岩矿物风化产物和人类活动,HCO₃^-主要来源于纯碳酸盐风化产物。通过对重金属污染调查发现,V、Co、Cu、Pb、Cr、Mn和Zn含量较高,矿山开采是重金属污染的主要来源。     

1844 AD以来珠穆朗玛峰地区大气环境变化高分辨率冰芯记录

根据珠穆朗玛峰东侧东绒布冰川海拔6450 m处长度为80.36 m的冰芯1886个样品的δ¹⁸O与主要离子浓度资料,研究了1844 AD以来珠穆朗玛峰地区大气环境在季节及年际尺度上的变化特征.结果表明:δ¹⁸O与Na⁺、K⁺和Cl^-相关不明显,与Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺具有较强的相关性.据相关分析及因子分析的结果,可以把8种主要离子分成5组来研究,它们主要表现为:海盐离子Na⁺可反映印度夏季风强弱变化;K⁺和Cl^-在一定程度上可以反映印度等南亚地区生物质燃烧量的变化;陆源Ca²⁺和Mg²⁺离子表现为春季的峰值和夏季的低值,冬春季高浓度的Ca²⁺和Mg²⁺可能主要来自南亚的塔尔沙漠,以及西亚的干燥少雨的高原地区,或更遥远的北非撒哈拉沙漠,同时,青藏高原本身也可能是一个重要的沙尘源区;NO₃^-和SO₄^2-离子浓度表现出高频的季节变化特征,存在春季的峰值和夏季的低值,20世纪70年代初期至90年代初期,NO₃^-和SO₄^2-离子浓度一直维持在较高的水平;NH₄⁺浓度在20世纪40年代以来的大幅度上升可能是世界大战后,社会趋于稳定,南亚地区农业迅速发展而大量使用化学肥料的结果.     

沙尘暴对天山托木尔峰青冰滩72号冰川环境的影响

基于沙尘暴发生前后在天山托木尔峰青冰滩72号冰川末端采集的7个大气气溶胶样品和在水文断面采集的9个融水径流样品,探讨了沙尘暴事件对天山冰川区大气环境和水环境的影响。结果表明,Ca²⁺和SO₄^2-是青冰滩72号冰川大气和融水径流的主要离子,当沙尘暴发生时,这两种介质中的离子浓度显著升高,而且升高存在同时性。由于影响因素不同,浓度随时间变化的趋势不同,大气环境对沙尘事件的响应能力强,水环境则对温度变化的响应能力更强。通过相关性分析和主成分分析认为,青冰滩72号冰川大气中Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、Cl^-和SO₄^2-主要以自然源为主;NO₃^-和NH₄⁺则以人为源为主。轨迹分析发现,由源于东欧、西伯利亚经中亚南下的冷气团引发的大风降温天气以及区域沙尘暴对冰川区环境有显著影响。     

中国首次北极科学考察沿线气溶胶可溶性成分的分析

中国首次北极科学考察沿线采集的大气气溶胶样品可溶性成分分析表明,大气气溶胶的平均载量为195neq·m^-3,Na⁺和Cl^-的贡献为0%,NH₄⁺和SO₄^2-的贡献为27%,nssSO₄^2-对SO₄^2-的贡献为8%.气溶胶中阴、阳离子总量基本相当,大气环境呈中性.气溶胶中可溶性成分具有较强的纬度变化特征.根据离子的变化态势可将离子分为3大类,即1)Na⁺,Cl^-,SO₄^2-,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺;2)NH₄⁺,NO₃^-;3)MSA.Na⁺和Cl^-具有较好的线性关系,Cl^-/Na⁺的当量浓度比为1.01,小于其在海水中的比值1.1.NH₄⁺和NO₃^-的浓度随纬度的增加呈现减少的趋势,说明在低纬度近海岸地区人类活动的污染相当强烈.MSA的浓度在白令海区出现高值,与Shemya(52°N,174°E)站夏季浓度1.79±0.83neq·m^-3(170±79ng·m^-3)相当.通过与不同海区夏季释放DMS的通量对比,进一步证明了低温有利于DMS向MSA的转化.     

离子色谱法测定冰川末端大气PM2.5可溶性离子及其来源解析

为了研究祁连山西段冰川末端地区大气PM_2.5细粒子中可溶性无机离子组分的变化特征,于2011年采集了一批大气PM_2.5的Telfon滤膜样品,并应用离子色谱对可溶性离子进行了分析。样品采用超纯水超声萃取各种水溶性离子,优化的萃取溶液体积为25 mL,萃取时间为30 min,萃取液用0.45μm纤维滤膜过滤,各种离子在一定浓度范围内线性关系良好,相关系数r>0.999。所测样品的阴阳离子中,SO₄^2-、NO₃^-、Ca²⁺、和NH₄⁺的质量浓度约占到水溶性离子总量的88%。可溶性离子浓度呈现出春夏高、秋冬低的季节变化特征,夏季可溶性离子浓度最高。     

洮河流域水化学特征及其时空变化研究

以洮河流域河水为研究对象,通过对2018年每隔1月洮河干流及支流博拉河和广通河采样点的河水进行水化学研究,揭示了洮河流域河水的水化学组成,探讨了其水化学性质时空变化。结果表明：洮河流域水质偏碱性,干流上游pH值小于下游,并在枯水期都比丰水期为大;矿化度呈枯水期比丰水期小,河水属于中等矿化度水和适度硬水;总硬度、电导率呈枯水期比丰水期大;HCO₃^-、Ca²⁺、Na⁺、Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-含量呈枯水期比丰水期大;干流上游HCO₃^-、Ca²⁺、CO₃^2-含量大于下游,干流上游Mg²⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、SO₄^2-、MnO₄<...     

额尔齐斯河源春季水化学及稳定同位素特征研究

基于2018年4月额尔齐斯河源至富蕴段的河水样品, 综合运用Gibbs图、 Piper三线图、 相关矩阵分析等方法对河水中主要的化学离子、 pH值、 电导率、 TDS和氢、 氧稳定同位素等物理化学指标进行了分析。结果表明： 额尔齐斯河源春季河水呈弱碱性, TDS平均值为72.02 mg·L^-1, 整体属于低矿化度水。河水中主要离子浓度序列为HCO₃^- > SO₄^2- > Ca²⁺ > Na⁺ > Cl^- > NO₃^- > Mg²⁺ > K⁺, 其中HCO₃^-、 SO₄^2-和Ca²⁺是最主要的阴阳离子。水化学类型从库依尔特河的HCO₃^--Ca²⁺型转变为额尔齐斯河富蕴段的（HCO₃^-, SO₄^2-）-Ca²⁺型。从源区至富蕴段各离子含量整体呈增大趋势, 但其增加过程受到复杂因素的影响而出现差异。河水离子主要受水-岩风化作用控制, 且以碳酸盐岩（石灰岩、 白云岩）为主的风化水解是离子的主要来源, 其次是长石类矿物的风化, 还包括下游人类活动的离子输入等。δD和δ¹⁸O沿程逐渐增大, 在下游出现了富集现象。     

济南泉域岩溶水系统水化学演化及成因分析

济南泉域岩溶水是济南市工农业生产和城乡生活的重要供水水源。随着经济社会发展和城市化进程加速,济南泉域水环境发生了较大变化,水质逐年变差,查明其水质演化特征和影响因素,对泉域岩溶水资源开发利用和保护具有十分重要的意义。本研究在分析泉域地下水和地表水主要离子化学特征和时空变化的基础上,综合采用相关分析、Piper三线图、Gibbs模型、离子比例关系等水化学方法和¹⁵N(NO₃^-)、¹⁸O(NO₃^-)双同位素方法,识别水体中主要离子成因。结果表明,研究区内主要阴、阳离子浓度从大到小依次为HCO₃^->SO₄^2->Cl^->NO₃-N(硝酸盐含量以N计)、Ca²⁺>Na⁺>Mg²⁺>K⁺。受碳酸盐岩控制,丰水期和枯水...     

青藏高原冰川氮记录研究进展

近年来,青藏高原冰川持续退缩,显著影响区域气候与生物地球化学循环。作为重要的营养元素,氮在生态系统中的循环备受关注。冰川中含氮化合物的迁移转化是冰冻圈地区氮循环的重要环节。基于青藏高原地区冰川氮记录研究,综述了近年来冰芯氮记录的历史变化,指出不同区域的变化趋势存在差异,认为一定程度上受亚洲地区人类活动排放污染物的影响。通过全面的雪冰氮（总氮以及NO₃^-、NH₄⁺等）数据收集与分析,阐明了冰川雪冰中可溶无机氮北高南低的整体空间分布特征。利用冰川物质平衡数据,评估了气候变化背景下青藏高原冰川氮的释放量,结果表明：可溶无机氮年均释放量可达4 700 t?a^-1以上。基于目前的研究与认识,提出了冰冻圈地区冰川雪冰氮研究的薄弱环节并进行了展望。在未来的研究中特别关注有机氮以及氮同位素的研究,加强冰川氮释放迁移对青藏高原冰冻圈地区氮循环的影响研究。     

重金属污染土壤修复的Pb2+钝化产物稳定性

自然状态下土壤中重金属元素是否稳定存在是重金属污染固化修复技术中的核心问题。本文以常见重金属离子Pb²⁺为例,分析土壤中重金属离子与常见离子基团结合的稳定性。将第一性原理应用于Pb的存在形态和稳定性的分析,计算了PbCO₃、PbSO₄、PbCl₂、Pb₃（PO₄）₂、PbAl₂O₄和Pb₃Fe₂（PO₄）₄的自由能、能带和态密度。首先推断Pb²⁺和CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-、PO₄^3-等土壤中常见阴离子的结合稳定性,再判断加入金属阳离子Al³⁺和Fe³⁺对体系稳定性的影响。结果表明：铅化合物自由能从高到低趋势为PbCl₂、PbAl₂O₄、PbCO₃、PbSO₄、Pb₃（PO₄）₂、Pb₃Fe₂（PO₄）₄,其相应的结构稳定性顺序从大到小为Pb₃Fe₂（PO₄）₄、Pb₃（PO₄）₂、PbSO₄、PbCO₃、PbAl₂O₄、PbCl₂。通过对能带和态密度的分析,首先确定了SO₄^2-和PO₄^3-的引入能够增强含Pb体系的稳定性,进一步加入金属阳离子Fe³⁺会使体系更稳定。推测SO₄^2-、PO₄^3-为治理Pb²⁺污染合适的官能团,应选择容易释放SO₄^2-、PO₄^3-的物质作为合适的钝化剂。在实际应用中可选择磷酸二氢钠、无水硫酸钠、脱硫石膏等作为钝化剂。     

泰安城区孔隙水水化学特征及水质评价

为分析泰安市城区孔隙水水化学特征及水质现状,选取2021年采集的31件水样,运用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、离子比值等方法分析孔隙水主要离子特征及控制因素,运用改进的内梅罗综合指数评价法对孔隙水水质进行评价。结果表明：泰安城区孔隙水阳离子以Ca²⁺、Na⁺为主,阴离子以HCO₃^-、SO₄^2-为主;p H值6.75～8.10,整体呈弱碱性;TH含量211～1 226 mg·L^-1,平均603 mg·L^-1,属于硬水—极硬水;TDS含量368～2 002 mg·L^-1,平均917 mg·L^-1,属于淡水—微咸水;NO₃^-含量3.08～111.07 mg·L^-1,平均31.85 mg·L^-1;K⁺、NO₃^-、C...     

基于“三源模式”的岩溶地下河区污染场地修复治理——以遵义坪桥地下河系统为例

在分析岩溶地下河系统范围内水源、污染源特性的基础上,建立了双源调查、源汇追踪和源头阻控为主要内容的岩溶地下河污染修复治理模式——三源模式。以遵义市坪桥地下河系统为例,利用三源模式对该地下河污染进行修复治理实践。结果表明：研究区分布有各类水点25处,以钻孔、岩溶泉点、地下河出口为主,特征污染物为以NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-、Mn2+、Se2+为主;分布有各类污染源点15处,以工业废渣堆放场为主,主要分布在地下河系统下游坪桥工业园区一带,特征污染物同样为以NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-、Mn2+、Se2+为主;地下河系统范围内有3条地下水污染通道,均分布在地下河出口与坪桥工业园区Z1(1#、2#)废渣处置场之间;通过对2#废渣处置场排洪竖井-地下河出口这一污染通道上游段进行帷幕工程修复后,地下河出口可减排污水排放量47 244...     

青藏高原冰川表层雪中低分子有机酸的化学特征及来源分析

偏远地区雪冰中的化学组成在一定程度上可以反映当地的大气环境状况。为揭示青藏高原冰川表层雪中低分子有机酸的特征、探讨其可能来源及对降水酸度的贡献,进一步理解偏远地区酸沉降的形成机制,本研究基于2021年5至6月在青藏高原的五条冰川：阿尔金、扎子沟、七一、煤矿和玉珠峰采集的28个表层新雪样,分析了雪样中低分子有机酸的含量和组成特征。结果表明：研究区表层雪中的甲酸、乙酸和草酸的浓度范围分别为90.2～225.2 ng·mL^-1、54.6～277.8 ng·mL^-1和46.1～474.0 ng·mL^-1,除煤矿冰川外,雪样中有机酸总浓度相对较高。根据亨利定律和理想气体方程对有机酸的来源进行分析,表明阿尔金、扎子沟和煤矿冰川地区表层雪中的有机酸均主要来源于大气中不饱和碳氢化物的氧化反应等间接来源,而玉珠峰和七一冰川地区表层雪中的有机酸则主要来源于植物、土壤、生物质和化石燃料燃烧以及人类活动直接排放。在本研究中,甲酸、乙酸和草酸之间高度相关(相关系数介于0.73～0.97之间),表明它们可能均来自生物质燃烧。在有机酸的降水酸度贡献分...