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.     

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。     

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.     

牡丹江市主城区第四系地下水主要离子特征与成因分析

以牡丹江市主城区为研究区,对该区采集的24组第四系地下水样品中常规离子进行检测和分析,利用数理统计、Piper三线图、Gibbs模型、离子比例关系等方法识别地下水主要离子成因。结果表明,研究区第四系地下水中主要离子含量变化均具有较强的离散性,阴离子平均浓度HCO₃^->SO₄^2->Cl^-,阳离子平均浓度Ca²⁺>Na⁺>Mg²⁺>K⁺,地下水整体为淡水,呈中性偏弱酸性,水化学类型以HCO₃—Na·Ca型水为主;水中的化学组分主要来源于岩石风化溶解,其中,Na⁺和K⁺主要来源于硅酸盐矿物的溶解,Ca²⁺和Mg²⁺主要受碳酸盐、硫酸盐和硅酸盐矿物风化溶解作用共同控制,同时水中阳离子间存在一定交换作用。     

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<...     

青藏高原冰川内部富含水冰层的发现及其环境意义

基于青藏高原昆仑山玉珠峰冰川Core 1冰芯钻取过程中所获得的相关资料,揭示出在该冰芯钻取点处的冰川内部34.34~34.64 m深度段存在一个富含水冰层,其未冻水(液态水)具有承压性质,水头高度至少可达到8.54 m. 该富含水冰层的存在不仅对冰川温度场带来了极大的影响,而且使该层中δ¹⁸O记录趋于均一化. 通过分析,揭示出该富含水冰层中可溶杂质离子浓度明显高于其上部冰层中的可溶杂质离子浓度,这是富含水冰层在形成初期其上部粒雪层融水下渗所引起的可溶杂质离子淋溶的结果. 同时,研究表明玉珠峰冰川粒雪中可溶杂质离子的优先淋溶顺序为NO₃^-> Mg²⁺> Na⁺> Cl^-> K⁺> SO₄^2-> Ca²⁺> NH₄⁺. 提出可利用最易淋溶离子的浓度与最不易淋溶离子的浓度之比值,来判断冰雪层中可溶杂质离子浓度峰值是否与淋溶有关. 结合青藏高原其他地点冰芯钻取过程中发现的富含水冰层状况,认为青藏高原冰川内部富含水冰层不是在整个冰川区域内呈层状分布,而是在冰川内部呈透镜状分布. 冰川内部富含水冰层的存在,表明其形成初期气候相对较暖. 最后,阐明了青藏高原冰川中富含水冰层的形成机理与演化过程,并预测了其潜在的灾害效应.     

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.     

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.     

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.     

福建长乐地区海水入侵(上溯)对水化学变化的影响

海水入侵是沿海地区主要环境地质问题,分析沿海地下水和河水水化学特征,对圈定海水入侵范围及判断影响程度具有重要意义。通过在福建长乐市海水入侵含水层和闽江口海水上溯区采取23件水样进行室内常规离子测试,获得了海水入侵(上溯)区水中主要离子含量。利用海水稀释线分析主要离子与Cl离子之间的相对变化,对比离子实际浓度与理想浓度的差异,分析海水入侵对水化学变化的影响。研究结果显示,随着海水与淡水混合,水化学类型从海水到淡水依次为Na-Cl型水-Na-Cl·HCO₃型水-Na·Ca-HCO₃·Cl型水-Ca-HCO₃型水;引起水化学类型和TDS变化的主要因素为Na⁺和Cl^-的增加;Ca²⁺、Mg²⁺高于海水稀释线和理想浓度线,Na⁺、K⁺在海水稀释线和理想浓度线上下跳跃：Br^-/Cl^-与海水稀释线吻合较好,可以作为判断海水入侵范围的依据。     

注浆工程扰动下煤系砂岩含水层水岩作用机理——以桃园煤矿为例

煤系砂岩裂隙水是煤矿重要的充水水源之一,以淮北煤田桃园煤矿二叠纪煤系为研究对象,在分析该矿水害注浆治理以来煤系水水化学特征的基础上,阐明了地下水水文地球化学作用机理及其控制因素。结果表明:注浆治理期间,煤系水中主要阳离子为Na+,主要阴离子为SO₄2-;阳离子质量浓度由大到小为Na+、Ca2+、Mg2+,阴离子质量浓度由大到小为SO₄2-、HCO₃-、Cl-;通过Durov水化学图分析,注浆治理期间煤系水化学类型以Na-SO₄和Na-HCO₃为主;煤系水中存在黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用,并伴随着一定程度的阳离子交换作用与脱硫酸作用,特别是在注浆治理工程实施期间,阳离子交换作用增强;大型突水、注浆治理防治水工程、地质构造背景及采矿活动等均不同程度地影响了煤系水水岩作用,且随注浆治理范围增大,影响程度增大。该研究成果对于煤矿涌（突）水水源识别及水害防治具有重要意义,为类似条件下的其他煤矿（区）在突水或注浆治理扰动下的地下水水文地球化学研究及应用提供参考。      

Na+,K+,Mg2+,Ca2+//Cl-,SO42——H2O六元体系中杂卤石形成条件的再认识

研究海水体系(即Na⁺,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺∥Cl^-,$SO_{4}^{2-}$-H₂O六元体系)中杂卤石的形成条件不仅有助于理解海相蒸发盐成因,对开发杂卤石钾资源利用技术也具有重要的指导作用。但杂卤石以及其他含有硫酸钙矿物(如二水石膏、半水石膏、无水石膏、钾石膏、多钙钾石膏、钙芒硝和水钙芒硝)的相平衡,无论是在实验研究方面还是在热力学模拟方面都仍然存在很多争议。由于缺乏杂卤石在复杂水溶液体系中可靠的相平衡数据,使人们对认识杂卤石成因和利用杂卤石钾资源带来巨大障碍。本工作对海水体系中杂卤石的形成条件进行了热力学模拟和实验研究。超过一年的长时间固液平衡实验表明25 ℃下Na⁺,K⁺,Mg²⁺,Ca²⁺∥Cl^-,$SO_{4}^{2-}$-H₂O六元体系中杂卤石的形成区域极为可观,且较前人实验结果均大数倍;同时证实了热力学模型预测结果的可靠性。这些结果为讨论盐矿床中杂卤石的形成条件提供了物理化学依据。25 ℃下可靠的热力学信息表明:杂卤石与其他盐类矿物的共生情况丰富多样,并且与前人看法不同,杂卤石的形成并不需要极高的钾、镁浓度。这给以杂卤石为指示寻找可溶性固体钾盐带来了挑战,但却指示了以杂卤石为线索更容易找到钾、镁盐未饱和的富钾卤水。     

Weathering processes in the Indus River Basin: implications from riverine carbon, sulfur, oxygen, and strontium isotopes

This study deals with the major ions and isotope systematics for C, O, S, and Sr in the Indus River Basin (IRB). Major ion chemistry of the Indus, and most of its headwater tributaries, follow the order Ca²⁺>Mg²⁺>(Na⁺+K⁺) and HCO₃⁻>(SO₄²⁻+Cl⁻)>Si. In the lowland tributaries and in some of the Punjab rivers, however, (Na⁺+K⁺) and (SO₄²⁻+Cl⁻) predominate. Cyclic salts, important locally for Na⁺ in dilute headwater tributaries, constitute about 5% of the annual solutes transported by the Indus. Weathering of two lithologies, sedimentary carbonates and crystalline rocks, controls the dissolved inorganic carbon (DIC) concentrations and its carbon isotope systematics throughout the Indus, but turbulent flow and lower temperatures in the headwaters, and storage in reservoirs in the middle and lower Indus promote some equlibration with atmospheric carbon dioxide. Combined evidence from sulfur and oxygen isotopic composition of sulfates refutes the proposition that dissolution of these minerals plays a significant role in the IRB hydrochemistry and suggests that any dissolved sulfates were derived by oxidation of sulfide minerals.

In the upper Indus, silicate weathering contributes as much as 75% (or even higher in some tributaries) of the total Na⁺ and K⁺, declining to less than 40% as the Indus exits the orogen. In contrast, about two-thirds of Ca²⁺ and Mg²⁺ in the upper Indus (over 70% in some tributaries) and three-fourth in the lower Indus, are derived from sedimentary carbonates. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios tend to rise with increasing proportions of silicate derived cations in the headwater tributaries and in the upper and middle Indus, but are out of phase or reversed in the lower Indus. Finally, close to the river mouth, the discharge weighted average contribution of silicate derived Ca²⁺+Mg²⁺ and silicate derived Na⁺+K⁺ are, respectively, about one-fourth and two-thirds of their total concentrations.     

惠民凹陷沙河街组地层水化学特征及其成因

根据惠民凹陷沙河街组水化学分析数据,探讨水化学成分分布特征,并初步进行地层水来源及成因方面的分析。研究结果表明:沙河街组发育的是以(Cl^-和Na⁺+K⁺为主要离子组分的(CaCl₂,型水,矿化度及其他水化学组分纵向上呈增加-减小交替变化的特点。各水化学参数反映凹陷内沙四段、沙三中下亚段和沙二段地层较好的封闭性,地层水总体被CaCO₃饱和,尚未达到CaSO₄饱和程度。与海水、湖水蒸发曲线进行对比,直观地反映水中离子的富集和贫乏程度,进而进行相应的地层水成因研究,即沙河街组地层水中Na⁺, Cl^-浓缩,Ca²⁺富集,以及Mg²⁺ 、 SO₄^2-贫乏的现象是蒸发浓缩作用、斜长石钠长石化、脱硫酸作用、有机质生烃等共同作用的结果。此外,平面上沙四段以上各层地层水矿化度低值区均分布在临南洼陷内,粘土矿物脱水作用可以解释洼陷及周边地层水的淡化现象。