高精度热电离质谱（TIMS）在南极陨石研究中的应用前景

热电离质谱（TIMS）是同位素地球化学研究中传统、可靠、分析精度高的主要测试仪器之一,尤其对于微量样品的高精度同位素比值测定,以其高精度和高灵敏度获得广泛的认可,这一特征在天体化学微量样品同位素研究中具有广阔的应用前景。目前,新型TRITON TIMS质谱仪已实现了Re–Os,Cr,Sr,Nd,Pb等同位素的高精度测定。采用TIMS测定Sr同位素比值的Sr含量范围可由10pg—100ng以上,87Sr/88Sr比值测定精度可达到5‰—5ppm;LaJolla Nd同位素标样测试结果为：143Nd/144Nd=0.511842±0.000005（2SE,n=28）,143Nd/144Nd比值测定精度最佳可达2ppm;207Pb–204Pb双稀释剂法对Pb含量为5—20ng样品测定,外部精度206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分别达到±0.0034、±0.0046和±0.0100（2SE,n=28）;负离子状态（NTIMS）下对Os含量低至几—几十pg的样品测定187Os/188Os比值精度可达0.2‰以内,对Os含量为ng级的样品,187Os/188Os比值精度好于20ppm;Cr同位素比值50Cr/52Cr,53Cr/52Cr,54Cr/52Cr的分析精度分别可达到1ppm,2ppm,2ppm（2SD）以内。这些方法涵盖了亲石元素、亲铁元素,长寿命放射性同位素和短寿命灭绝核素的同位素研究,为我国南极陨石的深入研究提供了有力技术保障。     

内蒙古查干哈达庙铜矿床硫铅同位素特征及其地质意义

内蒙古查干哈达庙铜矿床处于古亚洲成矿域。铜矿体呈层状、似层状,赋存于上石炭统本巴图组下部流纹质凝灰岩、凝灰质板岩中,产状与岩层产状一致。矿石具有条带状、层纹状构造,矿石中主成矿元素为Cu,伴生有益元素为Au、S、Pb、Zn。矿床矿石硫铅同位素分析显示,矿石金属硫化物的δ34SV-CDT值分布范围为2.8‰～3.4‰,均值为3.1‰,变化范围较窄,硫具有上地幔(或地壳深部)来源特征,属深源硫。矿石铅同位素组成较为集中,206Pb/204Pb为18.085～18.132,207Pb/204Pb为15.507～15.534,208Pb/204Pb为37.883～37.982,具有上地幔及地壳深部(或壳幔混合)来源特征。硫、铅同位素分析结果进一步证实矿床类型属火山成因块状硫化物型(VMS型)铜矿床。     

湘江下游河床沉积物铅污染特征及铅来源的Pb同位素示踪分析北大核心CSCD

利用BCR及1M HCl分离提取技术对湘江下游河床沉积物不同化学形态铅的铅含量及Pb同位素组成进行分析。结果表明,河床沉积物重金属铅含量变化大(Pb含量为(54.4~4379)mg/kg),且富集明显(EF>3.5)。不同河段沉积物铅富集程度明显不同,湘潭、长沙及湘阴河段沉积物铅富集程度相近(EF平均为3.5~4.1),而株洲段沉积物铅富集明显较高(EF平均为82.0)。BCR分离提取结果显示河床沉积物铅主要以赋存于铁锰氧化物中的可还原态铅(43.76%)和赋存于硅酸盐矿物的残渣态铅(41.53%)的形式存在。沉积物全岩铅同位素组成显示株洲段铅为非放射成因铅(^(206)Pb/^(207)Pb平均为1.1744),而湘潭至湘阴段沉积物明显富放射成因铅(^(206)Pb/^(207)Pb平均为1.1827)。由BCR提取的可提取态与残渣态铅的^(206)Pb/^(207)Pb比值平均分别为1.1798±0.002及1.1844±0.008,即可提取态与残渣态铅之间Pb同位素组成变化不明显。而1M HCl提取的可提取态(^(206)Pb/^(207)Pb平均为1.1746±0.004)与残渣态铅(^(206)Pb/^(207)Pb平均为1.1859±0.007)的Pb同位素组成明显不同。这可能是BCR分离提取实验中,株洲段沉积物非放射成因的人为源铅未完全提取所致,故BCR提取法不适合用于矿业活动影响河流沉积物重金属污染的生态风险评价。铅同位素示踪分析表明,株洲段沉积物中铅为来自铅锌矿矿石(62.4%)及燃煤排放(36.8%)人为源铅组成的二元混合铅,而湘潭至湘阴段沉积物铅为来自自然源花岗岩(54.4%)和来自人为源铅锌矿矿石(29.2%)及燃煤排放(15%)组成的混合铅。     

中国沙尘暴分布规律及研究方法分析

在分析中国沙尘暴研究现状的基础上,对其时空分布规律、沙尘源地、移动路径、研究方法和手段进行了系统的总结。结果表明,中国沙尘暴分布与北方的沙漠、沙地、戈壁等荒漠化地区分布一致,存在4大沙尘源区。干枯的湖泊、弃荒土地、沙砾草场可能成为东北地区的主要沙源,应引起注意;沙尘暴移动路径主要有3条,分别归纳了各路径的特征;根据沙尘源区示踪方法的特点和实例,指出了适用条件和应用范围,为今后沙尘暴的研究和防治提供依据和思路。     

风尘Sr同位素研究

黄土和红粘土为风尘物质,其Sr同位素的研究较为深入,其它风尘物质还包括深海沉积物和冰芯中的粉尘物质,以及现代风尘物质,它们的Sr同位素亦有较多研究。Sr主要以分散形式存在于风尘物质含钙矿物中。风尘物质中碳酸盐矿物Sr同位素值低,硅酸盐矿物高。风尘物质Sr同位素示踪研究一般采用硅酸盐组分,但不同粒级组分Sr同位素组成不同,2μm组分具有最高值,它影响全岩Sr同位素组成;采用固定粒级具有很好的示踪效果。利用碳酸盐Sr同位素进行风尘物源示踪,表明中国北方沙漠碳酸盐具有不同的Sr同位素组成,它受控于地质背景和化学风化程度。     

同位素在风成沉积物物源判别中的运用

同位素示踪方法在风成沉积物物源研究领域应用较广泛,由于风成物质在风化、传输和沉降过程中其同位素地化特性不会发生变化,因此通过物源区和沉积区风成沉积物同位素组成的对比,相似同位素组成的地区可确定为物源区。同位素物源示踪的主要方法有石英颗粒的δ18O、硅酸盐部分的Sr-Nd组成、沉积物的Hf和Pb组成特征等。这些方法在中国西部盆地(如塔里木盆地)沙漠砂来源、黄土高原黄土物源(如柴达木盆地对黄土高原的物源贡献)等领域得到了广泛应用,取得了众多成果。     

1980—2015年风蚀影响下中国北方土壤有机质与养分流失时空特征

中国北方干旱/半干旱区是全球主要的沙尘源区之一,风蚀造成的沙尘排放可导致大量的土壤有机质（SOM）与养分流失,并通过传输与沉降过程对其进行空间再分配,对空气质量、气候变化、植被生长及生物地球化学过程等具有重要影响。本文利用WRF/Chem（Weather Research Forecasting with Chemistry）v3.7.1大气化学传输模型,对1980—2015年间中国北方沙尘排放及其引起的SOM、全氮（TN）与全磷（TP）的时空变化过程进行了精细化模拟,探究了中国北方风蚀引起的SOM、TN与TP养分流失的时空变化特征。结果表明：① 1980—2015年来平均每年约有66.59 Tg的沙尘颗粒排放至大气;② 沙尘排放具有较大的时空差异,沙尘排放源区主要集中在新疆东部、内蒙古西部的巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠等地区;③ 每年因沙尘排放引起的SOM、TN和TP流失量分别约为0.07 Tg、0.004 Tg和0.005 Tg;④ 1980—2015年间中国北方沙尘排放及其引起的SOM、TN与TP的流失量具有较强的年际波动,未呈现显著的趋势性变化特征。本研究对于认知风蚀在碳循环与养分循环过程中的作用,以及对深入了解中国北方的土地退化机理具有重要意义。     

哈尔滨沙尘沉降物碳酸盐及其碳同位素特征

分析了哈尔滨2002年3月20日、2007年5月8日和2008年5月28日沙尘沉降物的碳酸盐及其稳定同位素组成.结果表明,哈尔滨沙尘沉降物的碳酸盐含量介于3.8%～7.3%,均值为5.28%,2002年沙尘沉降物碳酸盐含量为4.62%,2007年为7.11%,2008年为4.43%,含量普遍偏低,为国内有报道的最低值;沙尘沉降物的碳酸盐碳同位素组成在-6.39‰～-7.83‰,均值为-7.3‰,2002年沙尘沉降物碳酸盐δ13C为-7.12‰,2007年为-7.36‰,2008年为-7.51‰,也为国内有报道的最低值.沙尘沉降物碳酸盐含量的低值而道路表土碳酸盐含量的高值表明,仅有碳酸盐含量还不足以证明沙尘的物质来源,而碳同位素组成则显示本地源而非西北粉尘源区对沙尘的主要贡献.利用沙尘沉降物的碳酸盐含量和碳同位素组成示踪沙尘源区是可能的.     

中国北方一次强沙尘暴爆发的数值模拟研究

 利用意大利国际理论物理研究中心发展的耦合了沙尘模块的区域气候模式（RegCM3）对发生在中国北方2006年4月9~11日期间的一次强沙尘暴的爆发进行了数值模拟研究。与实际观测相比,RegCM3成功地模拟出了本次沙尘暴爆发区域、天气形势及相应的沙尘气溶胶光学厚度（AOD）分布。4月9日6时,沙尘暴首先爆发于塔里木和吐鲁番盆地。受蒙古气旋的影响,24 h后甘肃中部及内蒙古西部地区也开始爆发沙尘暴。源区地面起沙率大于3 mg·m-2·s-1,单位面积上的沙尘载荷量高于3 000 mg/m2。对流层中低层沙尘主要向东输送,可影响我国华北绝大部分地区,本次沙尘暴过程造成中国北方主要城市空气质量的下降。模拟的AOD分布特征与地面起沙率和载荷量分布特征相对应,并与TOMS 卫星观测的气溶胶指数(AI)的区域和中心值具有较好的一致性。AOD分布由西向东呈递减的趋势,且有两个大于2的高值中心,一个位于新疆塔里木、吐鲁番盆地和古尔班通古特沙漠地区;另一个位于河西走廊和内蒙古交界地区。对比他人研究结果,RegCM3对沙尘的起沙、传输等过程以及AOD的时空分布模拟合理。     

气溶胶光学厚度的分布特征及其与沙尘天气的关系

 利用MODIS卫星遥感光学厚度资料，分析了中国大气气溶胶光学厚度的时空分布特征，并与同期沙尘天气进行了对比和相关分析，结果表明：①中国主要内陆地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Thickness，简称AOT)分布有4个高值区：①分别位于南疆盆地和青海\,甘肃、内蒙古中西部地区、四川盆地和长江黄河下游地区。②春季北方特别是西北的AOT值明显高于南方，冬季南北AOT值差别不大。③南疆盆地和内蒙古中东部地区AOT值随季节变化明显，而四川盆地、长江黄河下游地区AOT值没有明显的季节变化。④南疆盆地、青海、内蒙古等地区沙尘天气过程与AOT值同步变化。⑤在沙尘天气的多发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气有较好的相关性；沙尘天气的少发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气基本不相关。因此可以推断，中国北方，特别是干旱荒漠区，大气气溶胶主要来自沙尘天气过程引起的地面沙尘释放。     

中国主要沙尘暴源区稳定同位素背景值初步研究

采用稳定同位素方法,对中国沙尘暴主要源区塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地沙漠、库姆塔格沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、毛乌素沙地进行了采样分析。结果表明:22个样品¹⁸O和³⁰Si的δ值变化范围分别为9.6~14.8和-1.7~0.3,其中¹⁸O的δ值库姆塔格沙漠最大,柴达木盆地沙漠最小,³⁰Si的δ值毛乌素沙地最大,柴达木盆地沙漠最小。总体而言,样品中³⁰Si的δ值的变异系数要比¹⁸O的δ的变异系数大,因此³⁰Si更适合用于沙尘溯源。相邻的沙漠(沙地)呈现出³⁰Si的δ值相近的趋势,因此推断相邻的沙漠(沙地)沉积物可能来自同一地区。     

Isotope record of anthropogenic lead pollution in lake sediments of Florida, USA

We examined the anthropogenic lead (Pb) burden that accumulated in sediment of lakes in the southeastern USA during the last ~150 years. Mining, smelting, agriculture, and fossil-fuel combustion are known to have contributed to Pb pollution in lakes of other regions. Few studies, however, have examined Pb sequestered in lakes of the southeastern USA, particulary peninsular Florida, which is subject to less continental atmospheric influence than other regions of the eastern USA. We obtained sediment cores from Little Lake Jackson and Little Lake Bonnet in Highlands County, Florida and used Pb isotopes in the records to identify principal sources of Pb contamination. The sediment records showed that changes in Pb concentration and isotope ratios correspond temporally with gasoline consumption in the USA, as well as with changes in lead ores used to produce leaded gasoline. Lead concentrations in the study lakes showed temporal variations that were similar to those found in peat records from east-central Florida. Isotope trends were similar to the mean USA atmospheric Pb deposition record, and to Pb isotope records from Bermuda and Atlantic corals. We modeled the isotopic composition of the anthropogenic Pb in lake sediments and found that the overall trend is controlled by Pb that was released during leaded gasoline combustion. There is, however, additional Pb at each site that comes from sources that are not fully represented by the natural, background Pb. Lead isotope ratios and Pb/arsenic (As) ratios provide evidence that Pb deposition in lakes during the middle 1900s might have been influenced by lead arsenate applications to golf courses, a source that is often ignored in Pb isotope studies. Isotope evidence confirms, however, that following cessation of commercial lead arsenate use in the 1960s, atmospheric alkyl lead was again the primary influence on Pb in sediments of the study lakes.     

基于CALIPSO星载激光雷达的中国沙尘气溶胶观测

基于2006年6月至2012年5月无云条件下CALIPSO星载激光雷达观测资料,分析中国典型地区（塔克拉玛干沙漠、柴达木盆地、戈壁区和华北）沙尘气溶胶分布。结果表明：塔克拉玛干沙漠和戈壁区为沙尘天气发生频率高值区,且前者在各高度层的沙尘发生频率都大于后者。沙尘发生呈季节性分布。塔克拉玛干沙漠在春季沙尘发生频率最大,抬升最高可至10 km,冬季频率最小,高度最低,主要分布在3 km以下。戈壁区在春季沙尘发生频率、抬升高度最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏、秋两季。在塔克拉玛干沙漠,沙尘光学厚度春季最大约为0.44,冬季最小约为0.17,春,冬季消光系数峰值最大,可达0.25 km^-1,且随高度的递减率大于夏,秋季。在戈壁区和柴达木盆地,沙尘光学厚度春季最大、秋季最小。在华北,沙尘光学厚度春季最大、夏季最小,消光系数在2 km以上春季最大,这主要是由于春季远距离高空传输到华北的沙尘量最多。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏比为0.2~0.35,戈壁区为0.16~0.28,可能是由于塔克拉玛干沙漠的物质组成与柴达木盆地相同,而与戈壁区不同。华北因低层沙尘与其他气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度递增。4个区域对流层上部退偏比全为0.2,表明高空气溶胶可能为来自相同源区的沙尘。     

DUST FALL IN THE TAKLA MAKAN DESERT OF CHINA

The Takla Makan Desert is one of the supposed sources of eolian deposits in the eastern China and the North Pacific Ocean. Lack of direct measurements hinders the theoretical interpretation of material exchange between the atmosphere and land surface as well as the sediment budget of the region. From 1992 to 1994, four measuring sites were established in the vicinity of 84°E meridian along a 380 km observation traverse from the northern margin to the central desert. Data were collected on quantities of dust fall and sedimentary characteristics of airborne sediments, including grain-size distributions as well as chemical and mineral compositions. The quantities of annual dust fall were 10² to 10³ tons km^-2 yr^-1, increasing from the margin toward the central desert. Monthly concentrations of particles finer than 0.02 mm in diameter ranged from 0.06 to 1.25 mg m^-3 over the three-year observation period. The elemental ratio and the element enrichment factor ruled out the Takla Makan Desert as possible sources of the dust in Hawaii and Alaska. The mean geometric diameter of airborne sediments in the 4 to 8 m surface layer from the Luntai oasis was 0.038 mm and from the interior ranged 0.064 to 0.067 mm being moderately to poorly sorted. Weight percent of particles finer than 0.063 mm in diameter were from 83.5% to 47.7%, decreasing toward the central desert. Distributions of the airborne particles were unimodal with peak diameters of 0.06 to 0.07 mm in the central desert and 0.02 to 0.06 mm in the sites toward the edge of the desert. [Key words: dust fall, sedimentary characteristics, Takla Makan Desert.]     

乌兰布和沙漠不同土地覆被类型粒度特征及空间分异

对中国沙尘暴源区之一的乌兰布和沙漠进行系统采样,分析不同土地覆被类型的地表沉积物粒度特征及其空间分异规律。结果表明：乌兰布和沙漠地表沉积物以中沙和细沙为主,平均粒径为2.84 φ。沙漠地表沉积物的粒度特征在不同土地覆被类型和不同空间存在明显的分异规律,表明该沙漠的地表沉积物粒度分布是由物源、地形和搬运营力共同作用的结果。乌兰布和沙漠内部最可能成为沙尘暴尘源的有沙漠中部的盐碱地、东北部的耕地和广泛存在于沙漠中的沙丘。根据不同区域的土地覆被类型因地制宜地选取先锋植物种群改善区域地表覆盖状况和地表沉积物粒度组分,是该区域尘源治理的主要手段。     

A1B情景下东亚地区未来春季沙尘变化趋势预估

采用区域气候与沙尘耦合模式RegCM4-Dust,模拟研究了A1B情景下东亚地区未来（2015-2100年）春季沙尘变化趋势。结果表明：（1）总体上,东亚沙尘源区起尘通量与沉降通量存在明显的振荡特征,而沙尘光学厚度呈现显著的波动减小趋势;源区下游沙尘光学厚度和沉降通量均呈现显著的波动增大趋势。（2）沙尘子源区中,仅塔克拉玛干沙漠及周边地区起尘通量有显著波动减少趋势,速度达-2.1%/10a;萨雷耶西克阿特劳沙漠和呼伦贝尔沙地沙尘光学厚度减小速度最快,分别达到-2.8%/10a、-2.3%/10a。（3）未来,中国华北南部、黄淮以及长江中下游地区以及中国东、南部近海春季沙尘光学厚度增速均为1.5%/10a;中国近海沙尘沉降通量显著上升,速度达1.9%/10a。（4）地面风速尤其是最大风速变化是导致起尘通量变化的主要因素,而影响光学厚度的主要因素是地面最大风速。     

基于CMB模型的巴丹吉林沙漠沙源区分析

沙漠因其高反照率、低比热容的下垫面以及粉尘高输出率的特征对全球和区域环境有重要的作用.作为具有高大沙山的第二大流动性沙漠,其物质来源一直是地球科学研究热点.通过对巴丹吉林沙漠及周边地区表层沉积物进行矿物分析,在此基础上对巴丹吉林沙漠的可能物源区进行分析,进一步利用化学质量平衡(CMB)模型探讨了各物源区对巴丹吉林沙漠的...     

东亚沙尘区域时空变化特征分析

沙尘天气是东亚地区常见的灾害性天气之一,强沙尘天气的发生不仅导致建筑物倒塌、人畜伤亡、植被破坏,还会导致火灾、空气污染等环境问题,对人体健康、社会经济活动及其全球沙尘循环产生重要影响。然而从东亚地区沙尘天气在长时间序列区域特征角度上系统分析的研究较少。基于此,本文利用1981—2019年东亚地区697个地面气象站点沙尘数据,分析了其区域时空分布特征。结果表明:空间上,东亚沙尘天气集中在位于内陆干旱区的蒙古国和中国西北地区,其中弱沙尘天气集中在中国北方地区,而强沙尘天气则集中在蒙古国。月变化上,东亚沙尘天气集中在春季(3—5月份),在相对低纬度的中国青藏高原北麓沙尘天气3月份最多,位于中纬度的中国北方大部分地区4月份最多,而较高纬度的哈萨克斯坦东部和蒙古国5月份最多。年际变化上,40a间东亚沙尘呈减少趋势,尤其是在2000年之后多项生态工程的有效实施下中国北方大部分区域沙尘天气显著减少,但近几年内蒙古中西部地区强沙尘天气呈增长趋势;在生态环境较脆弱的蒙古国和塔克拉玛干沙漠等区域弱沙尘天气和强沙尘天气均呈增长趋势。本研究对准确地掌握东亚沙尘分布特征和防范沙尘灾害具有重要意义。     

中国西北主要粉尘源区地表物质的常量元素分析

粉尘是大气气溶胶的主要种类之一,对区域甚至全球的环境和气候具有重大影响。对中国西北地区主要粉尘源区的元素特征深入研究,关系到西北、华北、远东和太平洋地区粉尘堆积、来源以及环境效应的认识。分析塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠、柴达木盆地、河西走廊和黄土高原等西北主要粉尘源区地表样品的常量元素含量,表明:①Mg、Si和Na的含量各源区之间差异较大,反映了利用Mg、Na和Si识别不同源区的可能性; ②兰州、洛川黄土的各元素除Na外,其余分布特征基本一致,可能揭示了兰州与洛川马兰黄土的物源基本相同; ③气候和母质共同决定了元素分布的区域差异。