降尘与人类世沉积 ——Ⅰ : 北京2006年4月16~17日降尘初步分析

2006年4月中北京地区接连出现了强降尘过程。降尘,在地质学家的眼中被视为黄土的原始物质。对降尘过程以及降落物的研究无论对我们正确认识黄土的堆积和演化,或者人类活动对干旱区沙漠化的影响均有重要的理论和实践意义。本文着重介绍这次降尘的沙尘天气过程以及对降落物磁化率和粒度测量的初步结果。     

北京及其北部地区大气自然降尘矿物组成特征

为研究北京地区大气自然降尘的矿物组成特征及其时空变化规律,采用XRD分析了不同季节收集的大气降尘样品。结果表明,大气降尘主要矿物为石英,平均含量为83.19%,长石以斜长石为主;降尘中的碳酸盐类矿物主要是方解石和白云石,它们在降尘中的含量接近其在北方黄土中的含量;降尘中粘土矿物的含量较少,为1.64%~5.88%,其中有较多的高岭石,反映了研究区半湿润、较温暖的环境。聚类分析表明本区降尘按矿物组成特征可分为城市和郊区两组。与大风天气少的月份相比,大风天气频繁的月份降尘中的长石等矿物含量相对较高,而粘土矿物含量相对较低。     

2006年3月11日南京“泥雨”降尘特征及其粉尘来源

对2006年春季南京地区一次“泥雨”形式的湿降尘特征进行了系统分析,并在此基础上对泥雨粉尘来源及泥雨降尘形成机制进行了探讨。结果表明：  1)本次泥雨降尘通量为3.77g/m²,在南京全境的降尘总量达到2.49×10⁴t;   2)泥雨粉尘的质量磁化率值为174×10^-8m³/kg,略高于黄土磁化率值; 3)泥雨粉尘中<16μm的细粒组分占绝对优势(含量为91.91％),平均粒径6.05μm,众数粒径7.68μm;   粒度参数及分布曲线显示泥雨粉尘具有比黄土和现代干降尘更好的分选性和更对称的峰态;   4)XRD和SEM分析表明,泥雨粉尘以絮状矿物颗粒为主,其中粘土矿物含量最高,占57.7％,其他矿物有石英(15.5％),钠长石(12.0％)和微量的白云石(1.0％);   5)泥雨粉尘的常量元素组成与黄土、现代干降尘以及上陆壳(UCC)大体相似,显示其主要为地壳源;   而微量元素中Zn,Co,Ni,Ba,Cr,V,Cu,Zr,Cd和Pb等重金属元素含量较黄土及UCC偏高,其中Zn,Cu,Cd和Pb等含量显著偏高,显示了地壳源之外的人为污染源的影响;   相比本地的下蜀黄土,南京泥雨粉尘样品的REE组成特征与北方黄土之间的相似程度更高,显示了更为密切的亲缘关系;   6)根据泥雨降尘的特征,结合天气活动过程,可以判定此次南京泥雨降尘并非本地扬尘所致,而主要来源于北方尘暴活动所产生的细粒粉尘;   寒潮冷锋的南侵提供了长距离输送动力,而长江下游海洋性暖湿气流对细粒粉尘的清除过程则最终导致了泥雨的形成;   南京春季泥雨降尘事件实质上是长江下游地区对西北内陆干旱区沙尘暴活动的一种区域响应。     

北京降尘宇宙成因核素14C和10Be分布特征——祝贺刘东生先生九十华诞

对2006年4月北京降尘进行了10Be,14C和δ13C等项分析,初步结果显示:降尘10Be浓度与黄土比较接近,降尘中黑炭的δ13C数值与黄土有机质接近;降尘中黑炭的14C年龄大致可划分为两个特征区间,反映了降尘物质有两大源区.本工作在刘东生先生指导下完成,谨以此文祝贺刘先生九十华诞.     

北京降尘宇宙成因核素^14C和^10Be分布特征木——祝贺刘东生先生九十华诞

对2006年4月北京降尘进行了^10Be，^14C和δ^13C等项分析，初步结果显示：降尘^10Be浓度与黄土比较接近，降尘中黑炭的δ^13C数值与黄土有机质接近；降尘中黑炭的^14C年龄大致可划分为两个特征区间，反映了降尘物质有两大源区。本工作在刘东生先生指导下完成，谨以此文祝贺刘先生九十华诞。     

降尘矿物在柠檬酸中的溶出顺序研究

针对自然降尘进行的物相、成分分析表明该降尘的物相组成非常复杂,以石英、方解石、钠长石、白云石、云母为主要物相成分。为探讨降尘中矿物在有机酸中的溶解情况,进一步揭示其对人体的危害程度。本文以西宁降尘为研究对象,并选择柠檬酸为代表有机酸,分别用XRD、FTIR及ICP-AES等方法对柠檬酸处理前后降尘的残余固体及反应上清液进行分析。结果表明,降尘中方解石在经柠檬酸作用10 min后完全溶解,白云石在16 h内基本溶解完全,根据红外分析结果,Si—O、Al—O结构未发生明显破坏。然而,溶出元素结果显示,Al、Si的溶出量随着溶解时间的增长而缓慢增加,说明柠檬酸对Si—O四面体及Al—O八面体也造成了一定的破坏作用。通过分析降尘中3种难溶矿物在相同条件下的溶解速率可以得出,在整个溶解过程中,钠长石的溶解速率高于绢云母,而石英的溶解速率在不同的溶解时间有着较大的差异。根据3种纯矿的溶解速率推断三者的溶解顺序,钠长石明显先于云母溶解,石英的溶解先后顺序还有待进一步研究。通过降尘及纯矿在柠檬酸中溶解过程中不同时刻的元素溶出比例及矿物溶出速率可以得出除石英外4种主要矿物的溶解顺序为:方解石,白云石,钠长石,绢云母。     

2006年4月17日北京降尘的粒度分布与磁学特征

对2006年4月17日北京降尘的粒度和磁学性质进行深入分析,提出降尘磁化率相对黄土样品较高是现代降尘磁化率的特点,源区表土磁化率普遍较高是本次降尘磁化率值高的主要原因,污染产生的磁性物质对其也有一定的影响。同时通过对比几次降尘的粒度特征和传输方式提出粒度可以有效地指示源区的变化。结合降尘的粒度、磁化率分析与沙尘暴的监测信息和卫星云图,认为此次降尘粒度为0.8～20.0μm的组分可能是来自内蒙古西部的物质;20～70μm与>70μm的组分可能是来自距离北京较近的河北北部和内蒙古中部发生强烈沙尘暴的地区。     

中国黄尘初探

黄土降尘以单颗粒自重降落为主,凝聚降落和雨淋降落为次。单颗粒自重降落虽以粉砂和细砂为主,但也杂有明显的细团粒。细粒楔入粗粒均曾见于自重降落和凝聚降落的黄土中。凝聚降落是典型的“雨土”,多呈珠球状,着陆后常变形和破碎。雨淋降落可直接渗入地下。各期黄土层中均见有完整细粒团保存,古土壤层的细粒团除明显铁染外,一般未见细粒位移和重新排列等现象。     

城市环境大气降尘重金属研究进展

大气降尘重金属研究是对城市环境及其生态效应评估的重要手段之一。概述了大气降尘来源,对比了国内外降尘重金属含量及通量、重金属源的解析方法。同时指出了关于大气降尘重金属的国内外研究概况和进展,为今后城市环境大气降尘研究等相关领域提供借鉴。     

降尘与人工粉尘在谷氨酸中的溶解特性

针对自然降尘、工业区降尘及人工粉尘进行的物相、成分、表面形貌、元素含量和粒度分析表明降尘均以石英和方解石为主要物相成分,SiO2、CaO含量较高,K2O、Na2O含量低。自然降尘为无规则颗粒,大颗粒表面上带有微小颗粒团聚;工业区降尘形貌呈球形、团状;人工粉尘呈柱状或纤维状。降尘粒度在0.3~5μm内集中分布,小于5μm的粉尘比例均超过99%。在模拟人体温度37℃条件下,进行了32 h内粉尘在谷氨酸水溶液中的溶出行为和电化学作用的对比研究。各粉尘样品的pH值和电导率变化趋势相似,8 h前各粉尘样品的pH值电导率随时间增加缓慢上升,8 h到32 h间pH值上升速度明显加快。元素K、Ca、Na、Mg的溶出离子总量为35.4~429 mg/L,其中Ca元素的溶出量最大为20~334 mg/L,重金属离子Fe、Zn、Mn、Pb、Ba的离子溶出总量为0.18~5.59 mg/L,Al、Si离子溶出总量为3.0~21.7 mg/L。粉尘中各元素主要在前16 h溶出较快。各粉尘在酸性谷氨酸水溶液中的溶解程度由大到小为:硅灰石蛇纹石海泡石;水泥厂降尘自然降尘电厂降尘。CaO含量高的水泥厂降尘和硅灰石人工粉尘溶解程度最大,表明其在酸性谷氨酸环境中耐腐蚀性较差,表现出较低的生物持久性。SiO2含量高的电厂降尘和海泡石人工粉尘溶解程度最小,具有较强耐蚀能力和较高生物持久性。     

铜陵市大气降尘中铜元素的污染特征

为了探讨和评价矿产资源利用过程对大气污染的可能贡献,评价了典型有色金属矿山城市--铜陵市的大气降尘中铜元素的污染状况及其来源。运用ICP-AES法分析测试了铜陵市不同功能区17个大气降尘样品中铜元素的含量,并采用富集因子法定性地判断了各采样点铜元素的来源。结果表明:铜陵市大气降尘中铜元素的平均质量分数为2 190×10^-6,富集因子最高值为391.5;大气降尘中铜元素污染严重,形成了以铜开采和冶炼企业为中心的污染区域;铜矿石的开采和冶炼对大气降尘中的铜元素污染贡献较大,是主要的污染源。     

石家庄市东南部近地表降尘的矿物学特征与环境意义

大气降尘可以危害生态环境和人体健康。矿物颗粒不仅是大气降尘的主要组成物质,也是鉴定其污染来源的关键标记,因此查明大气降尘中的矿物组成对改善生态环境具有重要指导意义,也可为防治大气降尘和保护环境提供合理的参考依据。本文选取石家庄东南部作为研究区,利用X射线衍射技术(XRD)和配有能谱的扫描电镜(SEM-EDX)检测大气降尘中的矿物成分、化学组成和微观形貌。结果表明,石家庄东南部大气降尘中颗粒物的形状有片状、柱状、板状、球状等。矿物种类包括硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐,以及以往报道较少的氟磷酸盐。以上矿物颗粒既有自然来源,也有人为来源,其中与人类活动相关的来源包括建筑材料、燃煤以及机动车排放等。     

株洲市区大气降尘中矿物学观察及其矿物环境意义

<正>大气降尘是大气气溶胶的沉降物,主要来源为天然源,其次为人为源。由于自然来源及人类污染程度的不同,以及区域环境的差别,大气降尘的化学成分和矿物组成存在明显的空间变异性。大气颗粒物的来源、组成、含量对大气环境质量、陆生及海洋生态系统、人类健康的危害,以及可能引起的降雨、降雪、温室效应等气候变化,是多年来环境科学、环境生态学、环境物理化学、环境病理学及大气地球化学等领域一直研究的颗题。大气颗粒物相来源、组成及其在三维时空的变化,对于城市大     

韶关市大气降尘矿物成分和形貌特征研究

利用X射线衍射（XRD）仪、扫描电镜X射线能谱（SEM/EDX）仪研究大气降尘矿物成分和颗粒物形貌特征。结果表明，韶关市大气降尘主要矿物成分为伊利石、斜长石、绿泥石、石英、方解石、白云石和无定型非晶质物等，大气颗粒物形貌可分为4种类型：粒状、片状单矿物，链状集合体，圆球状飘珠和不规则粒状集合体。伊利石、绿泥石来源于地面扬尘，方解石、白云石来源于建筑扬尘，无定型非晶质物来源于工业烟尘。粒状、片状单矿物是地面扬尘的标志，链状集合体和圆球形飘珠是工业烟尘的标志，不规则粒状集合体是建筑扬尘的标志。大气降尘矿物成分和形貌特征是判别污染物来源的重要标志。     

北京市中关村地区大气降尘的来源与垂向分布特征

利用光学和电子显微镜、X射线衍射仪以及同步辐射X射线荧光对北京市中关村地区大气降尘的粒度分布、颗粒物微观形貌特征、矿物组成及化学元素组成等方面进行分析研究。粒度分析表明中关村地区大气降尘随着相对高度的增加,粗颗粒物逐渐减少。大气降尘的颗粒物形貌可以分为粒状、柱状单矿物,圆球状飘珠和不规则粒状集合体3种类型。矿物组成及化学元素组成的分析显示中关村地区大气降尘的污染物主要来自自然扬尘、建筑扬尘、燃煤、汽车尾气等污染源。     

北京2002年3月20～21日尘暴过程的降尘量与降尘粒度特征

本文对2002年3月20～21日发生在北京地区的一次尘暴过程进行了降尘量和降尘粒度的研究。通过对分时段监测取得的13组降尘样品进行降尘量和粒度测定,结合风速变化情况,可将本次尘暴分为尘暴前期和尘暴后期两个过程。降尘量和粒度参数值在尘暴前期和后期都呈现不同特征。结论认为,风速是降尘量变化的重要因素。当风速进一步增大时,降尘量反而有所下降。说明北京地区尘暴降尘量除受本地风速影响外,还与粉尘浓度等特征有关。尘暴降尘的粒度基本呈双峰态分布。本次尘暴初始降尘主要为细粒径颗粒,尘暴前期降尘粒径随风速而变化,尘暴后期降尘粒径基本维持在5～6之间     

大气降尘及人工粉尘在缬氨酸中的溶解特性研究

针对自然降尘、工业区降尘及人工粉尘进行的物相、成分、表面形貌、元素含量及粒度分析表明,降尘均以石英、方解石、钠长石、绢云母为主要物相成分,SiO₂、CaO含量较高,K₂O、Na₂O含量低。降尘粒度在0.3～5 μm内集中分布,小于2 μm的粉尘比例均超过85%。粉尘颗粒多为无规则的团块状,且颗粒表面粗糙。在模拟人体温度37℃条件下,对比研究了32 h内粉尘在缬氨酸水溶液中的溶出行为和电化学作用。不同性质的粉尘的pH值和电导率变化趋势不尽相同,大体上前4 h前各粉尘样品的pH值、电导率随时间增加上升较快,8 h后反应基本达到平衡。反应前后,溶液pH值改变较小,缬氨酸对粉尘溶解有较大缓冲作用。粉尘中元素K、Ca、Na、Mg的离子溶出总量为31～331 mg/L,其中Ca元素的溶出量最大为15～255 mg/L,其次为元素K、Mg、Na。重金属离子Fe、Zn、Mn、Pb、Ba、Cr、Ni、V的离子溶出总量为3.06～20.60 mg/L,Al、Si离子溶出总量为1.12～22.80 mg/L。粉尘中各元素主要在前8 h溶出较快,各粉尘在中性缬氨酸水溶液中的溶解程度由大到小为: 硅灰石>蛇纹石>海泡石;水泥厂降尘>自然降尘>电厂降尘。CaO含量高的水泥厂降尘和硅灰石人工粉尘溶解程度最大,表明其在中性缬氨酸环境中耐蚀性较差,表现出较低的生物持久性。SiO₂含量高的电厂降尘和海泡石人工粉尘溶解程度最小,具有较强耐蚀能力和较高生物持久性。     

西安市大气降尘中石膏的成因与环境意义

运用X射线粉末衍射、红外光谱、扫描电镜、激光粒度仪和硫同位素分析等方法对西安市11个采样点大气降尘中石膏等矿物进行研究,表明石膏矿物是在大气环境中形成。西安市大气降尘中石膏含量范围0～20％,平均6．3％,多为呻级自形微晶。降尘中硫同位素组成与其硫含量负相关;同时,降尘硫含量（平均SO2含量6％）远远高于源区物质（平均0．94％）,说明其主要来自大气气相硫。结合降尘微形貌特征与SO2含量的关系分析,降尘中的SO2含量不仅受粒度控制,还与大气降尘的种类和性质有关。降尘对空气中SO2的“捕捉作用”具有不均匀性,可以影响和改变城市大气中S元素的分布、传输路径和沉积方式。加强对大气降尘环境矿物学研究,查清大气降尘矿物成分及其组合的时空变化,对探索含硫污染物的演化轨迹和评价含硫污染物的环境危害性具有重要意义。     

淄博市大气降尘矿物组合特征及其环境意义

用多晶X-射线衍射法对淄博市中心城区逐月采集的大气降尘矿物组成及其含量进行了分析。研究结果表明:淄博市大气降尘的矿物组合比较稳定,降尘中以源于自然成因的石英、长石和粘土质矿物为主,质量分数变化范围为59.1%～95.1%。降尘中的石膏和方解石与大气化学反应有关,其中石膏质量分数为36.3%～1.0%,反映了大气SO₂污染具有明显的时间性特征。降尘中的赤铁矿源于高温工业活动,含量变化幅度最小。气象因素可能是导致降尘中石膏含量变化的主要原因,降尘中石膏含量的变化是大气酸污染程度的重要矿物指示剂。     

大气降尘TEM观察及其环境矿物学意义

在X射线衍射等分析研究基础上，进一步用透射电镜对半封闭室内长期沉积的大气降尘进行观察，提供了合肥地区大气降尘物相组成和各种物相形貌特征信息，揭示合肥地区大气污染物来源占第1位的是地表扬尘，以粘土矿物为标志；占第2位的是来源于大气化学次生气溶胶，主要和SO2、CO2、NOx等气态污染物排放有关，以石膏、碳酸盐和易溶盐类为标志；占第3位的是来源于汽车尾气排放的烟尘，以炭球为标志；占第4位的是来源于燃煤烟尘排放，以球形玻璃珠为特征。TEM调查不仅为合肥地区大气气溶胶颗粒成因、城市大气污染物来源和污染控制对策提供准确资料和依据，而且为确定大气颗粒物来源提供了有效研究方法和物源判别标志。