环境铅污染来源的铅同位素示踪研究进展

随着经济的快速增长,燃煤、采矿业和工业三废的排放、加铅汽油和农药的使用,使排放到环境中的铅越来越多.典型工业城市及人口密集地区铅等重金属污染的来源和运移途径已经越来越受到人们的关注.     

矿石铅同位素示踪成矿物质来源综述

矿石铅同位素是示踪成矿物质来源的重要手段之一。本文综述了矿石铅同位素示踪成矿物质来源的基本原理和主要方法，并指出：单阶段模式年龄、特征参数示踪已逐步淘汰，铅构造模式示踪遭质疑，Δβ-Δγ图解示踪还需要接受更多矿床实例的检验，全方位对比是矿石铅示踪成矿物质来源的首选方法。     

荆州市郊土壤中铅来源的同位素示踪研究

对荆州市郊的农田区、交通区和工业区土壤、汽车尾气、染料和煤等样品进行了铅含量和铅同位素组成研究。铅含量分析结果表明,工业区和交通区土壤均已受到一定的铅污染,其Pb含量平均值(32.80μg/g和26.28μg/g)均高于中国土壤平均值,但工业区受到的铅污染更严重。农田区土壤的Pb含量平均值(24.84μg/g)虽稍低,但也指示该区部分土壤已开始受到铅污染。土壤酸溶相Pb含量与全土Pb含量成显著正相关,指示土壤中的Pb主要分布在酸溶相中。铅同位素组成分析结果表明,工业区、交通区和农田区土壤以及土壤不同相(全土、土壤酸溶相和残渣相)具有不同的Pb同位素组成,且土壤的 206 Pb/204 Pb 和 208 Pb/204 Pb 比值大致具有如下规律: 土壤残渣相>全土>土壤酸溶相。但是,全土的两组Pb同位素比值平均值更接近于酸溶相的。煤、汽车尾气和染料等环境样品具有比土壤变化范围更大的Pb同位素组成。 208 Pb/204 Pb 与 206 Pb/204 Pb 相关关系图显示,土壤酸溶相大致位于残渣相、汽车尾气和染料与煤组成的三角形内,表明土壤同时受到了汽车尾气、染料和煤的影响。综合对比分析所有样品的Pb含量和Pb同位素组成,结果表明自无Pb汽油的使用,交通区的Pb污染已大大降低,但工业区受到的Pb污染在加重。为防止土壤铅污染的进一步加重,今后需重点防范工业Pb的排放与污染。     

极地雪冰中痕量元素的研究进展

极地由于其独特的地理位置和自然条件,发育了地球上最广泛且最集中的冰川,在全球气候和环境变化中发挥了举足轻重的作用。极地常年的低温环境使雪冰能完整保存过去大气沉降的痕量元素记录,可用于追踪排放源和重建过去人类和自然排放活动的历史。极地雪冰中痕量元素的研究最早可以追溯至20世纪60年代末,早期表层雪研究显示极地雪冰中痕量元素记录基本反映大气化学成分变化,而异常高的典型地壳元素值主要来源于火山喷发和海盐喷溅贡献。极地雪坑和浅雪芯中痕量元素记录显示自工业革命以来,加强的人类排放活动（例如化石燃料燃烧、有色金属冶炼和矿物开采活动）是极地雪冰中重金属元素富集的主要原因,其中南极地区雪冰中富集的痕量元素主要来源于南美洲国家,而北极地区雪冰中富集的痕量元素主要来源于北美和欧洲国家;另外,亚洲新兴经济体也是20世纪下半叶以来重要的排放源。极地深冰芯同样记录了工业革命以前南欧的人类排放活动对格陵兰冰盖大气沉降的痕量元素影响。此外,深冰芯痕量元素记录也呈现了冰期-间冰期尺度大气沉降痕量元素的变化特征。因而极地雪冰中痕量元素研究为重建过去人类和自然排放活动的历史提供了宝贵数据。然而,先前极地雪冰中痕量元素的研究大都以常规测试方法和常规元素研究为主,下一步工作应聚焦雪冰中新同位素记录和元素研究,以及探索新方法（例如激光-剥蚀-电感耦合等离子体质谱）以获取冰芯中更高分辨率且连续的痕量元素记录。

     

地下水中高氯酸盐来源的同位素示踪研究进展

高氯酸盐(ClO-4)是一种新型的持久性污染物,痕量的ClO-4即可危害人体的健康。中国地下水中ClO-4的污染防治研究迫在眉睫,污染来源解析是其首要解决的关键问题。现阶段的研究表明,ClO-4的氯(δ37 Cl、36 Cl/Cl)和氧(δ18 O、Δ17 O)多元同位素的综合信息为地下水中ClO-4来源及其迁移转化规律的示踪提供了一种重要的工具。ClO-4的氯、氧同位素的测试技术、分馏机理及其对地下水中ClO-4的溯源应用等方面取得了创新性的成果,为我国有效开展地下水中ClO-4来源的定性识别与定量评价研究提供了技术支撑和科学依据。然而,现有的研究成果具有明显的地域局限性,不同区域ClO-4来源的氯、氧同位素特征值的丰富与端元模型的完善,特别是人工合成的ClO-4来源的有效解析,具有重要的理论意义和应用价值。     

铅同位素示踪在大气降尘重金属污染来源解析中的应用

为了分析大气降尘中铅的污染来源,解析各污染源对大气降尘铅的相对贡献值,在厦门市不同功能区采集了29个大气降尘样品。用热电质谱仪测定了大气降尘的总铅同位素组成,用ICP-MS测定样品酸可溶相铅同位素组成。结果表明,厦门市大气降尘铅同位素²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值变化较大,为1.111 9~1.173 8;酸可溶相铅²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值与福建土壤残渣相²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值相差较大,表明厦门市大气降尘受人类活动来源铅的影响较大;酸可溶相铅²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值明显小于总量铅²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值。铅同位素示踪表明,厦门市大气降尘铅主要来源是燃煤,其次是自然来源和汽车尾气。三元混合模型分析表明,燃煤、自然来源、汽车尾气对厦门市大气降尘总量铅的贡献率分别为48.57%、20.29%、31.14%。     

荆州市郊主要农产品中铅来源的同位素示踪研究

对荆州市郊的农产品(稻米和蔬菜)、水和扬尘样品进行了Pb含量和Pb同位素组成研究.Pb含量分析结果表明,农产品样品具有较大的Pb含量变化范围(8～3469 ng/g),虽然其平均值较高(260 ng/g),但可食用的粮食和蔬菜未发生普遍的Pb超标现象,仅个别类蔬菜存在一定程度的Pb污染,且受污染的大部分Pb均富集于不可食用的根部或叶部.Pb同位素组成分析结果表明,所有农产品样品的206pb/204pb、207pb/204pb和208pb/204pb比值较接近,其平均值分别为18.280±0.079、15.630±0.020和38.451±0.084.水和扬尘样品的Pb同位素比值变化范围较大.208pb/(206pb+ 207pb)-206pb/207pb相关关系图显示扬尘位于土壤残渣相与汽车尾气和染料之间,农产品和水则位于由土壤、汽车尾气和染料与煤三者构成的三角形内部,表明扬尘Pb主要来自土壤、汽车尾气和染料;农产品中的Pb来源较为复杂:土壤、汽车尾气和染料、煤、扬尘与水均有贡献,但前三者是最根本的源区.为防止农产品今后逐渐发生Pb超标现象,需将工业Pb的排放与污染作为重中之重进行防范.综合对比分析农产品不同部位的Pb含量与Pb同位素比值,结果表明在进行农产品Pb来源同位素示踪研究中可直接采集Pb含量较高的非食用部位,以获得高精度的Pb同位素比值数据.     

从第三极到北极： 湖冰研究进展

在全球气候变暖背景下, 第三极和北极地区的增温尤其明显, 冰冻圈对气候变化有着更为敏感的响应。湖冰作为冰冻圈的重要组成部分, 其变化不仅是气候的指示器, 同时也通过改变能量平衡、 大气环流、 辐射平衡等影响区域气候。通过对比不同观测手段及主要模型模拟方法在湖冰研究中的优缺点及适用性, 总结了第三极和北极湖冰变化的时空特征, 结果表明：第三极和北极地区湖冰均显示初冰日推迟、 消融日提前、 封冻期缩短的趋势; 第三极和北极地区湖冰厚度呈持续减少趋势; 未来湖冰的这些变化将更加显著。第三极和北极地区湖冰的变化主要受到气温的影响, 同时也受到风速、 湖泊理化性质的限制。在系统梳理第三极和北极地区湖冰变化的基础上, 总结了湖冰研究面临的问题和挑战, 为未来湖冰研究提供科学依据。     

南海表层沉积物铅的环境质量状况及其来源的铅同位素示踪

表层沉积物中的铅除主要在河流的入海口的浅海陆架区富集外,在深海的中央海盆区由于粒度效应亦有一定的富集,火山物质的加入不是富集的主要原因。南海表层沉积物铅的背景值计算表明,陆坡区铅背景值（2118×10-6±1264×10-6）与陆坡区柱样铅含量实测值接近,深海盆区背景值（2787×10-6±782×10-6)低于深海盆区柱样铅含量实测值。陆架区铅背景值（1957×10-6±1995×10-6）,低于中国海岸带铅背景值,全区铅背景值（2287×10-6±1454×10-6)与全球页岩铅的平均值接近,深海盆区的铅背景值（2 787×10-6±782×10-6)远低于现代深海粘土铅含量。南海沉积物铅的分布特征和背景值计算表明,南海沉积物铅含量变化总体处于自然变动范围内,除河流入海口出现异常外,大部分站位的铅含量均在正常范围内。地质累积指数法和富集因子计算结果表明,南海表层沉积物总体无铅污染,只是在近岸的珠江口区和台湾岛西南部浅海区沉积物受到了轻度的污染。南海表层沉积物的铅同位素在陆架区、陆坡区和深海盆变化趋势基本相同,指示南海不同海区沉积物中铅具有相似的主体来源。南海表层沉积物铅同位素继承了扬子块体的铅同位素组成特征,其铅同位素处于在红河和湄公河河流沉积物钾长石铅同位素值范围之内,指示红河、湄公河和珠江等河流将扬子块体的陆源铅输入到了南海沉积物中。     

从第三极到北极： 积雪变化研究进展

在全球气候变化背景下, 第三极和北极地区积雪是地表最活跃的自然要素之一, 其动态变化对气候环境和人类生活产生重要影响。通过回顾第三极和北极积雪研究进展, 阐述了降雪、 积雪范围、 积雪日数、 积雪深度和雪水当量在第三极和北极地区的时空分布特征和变化趋势。结果表明： 近50年, 特别是进入21世纪以来, 第三极和北极地区降雪比率均呈下降趋势; 积雪范围、 积雪日数、 积雪深度、 雪水当量总体均呈减小趋势, 融雪首日有所提前。同时就积雪变化对生态系统与气候系统的影响进行了论述, 评估了积雪的反馈作用。通过总结第三极和北极积雪变化研究进展, 凝练研究中存在的不足和未来发展趋势, 为提升积雪对气候变化及经济社会发展影响的认识提供重要科学支撑。     

雪冰中NO_3~-浓度记录的研究进展

NO3-是雪冰中含量最高的含氮无机离子,雪冰中NO3-浓度记录的解读已成为研究全球变化的重要内容之一.近年来国内外已经就极地与中低纬高海拔地区雪冰中NO3-浓度记录开展了大量的研究,关于NO3-所指示的环境意义形成了一系列的认识.从雪冰中NO3-的可能性来源(包括太阳活动、陆源粉尘、闪电等自然源以及其他人类源)、时空变化特征以及气-雪-冰界面转化过程等方面综述了近年来该领域的研究成果,并结合全球变化的背景对其研究前景进行了展望.     

元素-铅同位素示踪在云浮硫铁矿区 土壤铊污染研究中的应用

不同源区铅同位素的组成不同,因此可以利用铅同位素的这种"指纹"特征来示踪铅的不同源区。近年来铅同位素示踪在研究土壤中相关重金属来源及其运移途径起到独特的作用。由于铊和铅具有相似的地球化学性质,并且在云浮硫铁矿区污染土壤中其分布与铅有很好的相关性,笔者利用铅同位素作为示踪工具探讨了土壤中铊的污染特征,初步研究表明铊污染物主要累积在土壤深度0~16.5cm范围内,深度为16.5cm以下土壤受到废渣中铊污染的影响较小,但废渣周围土壤深度约44cm范围已经受到来自废渣中铊的影响。     

赣南西华山钨矿床硫、铅同位素组成对成矿物质来源的示踪

为明确西华山钨矿床成矿物质的来源,本文以矿床中的硫化物和钾长石为研究对象,通过硫化物中硫、铅同位素的研究,对矿床成矿物质来源进行探讨。结果表明,矿石中黄铁矿δ34S值为-2.1‰~0.4‰,辉钼矿δ34S值为4‰~7.9‰,硫主要来源于岩浆。辉钼矿、黄铁矿、钾长石的206 Pb/204 Pb值分别为18.718~18.849、18.640~18.745、18.698~18.792;207Pb/204Pb值分别为15.762~15.770、15.704~15.747、15.697~15.724;208 Pb/204 Pb值分别为39.094~39.134、38.902~39.056、38.904~39.012。由此判断矿床中矿石铅与岩石铅同位素组成具有同源关系,矿石铅主要来自与岩浆作用有关的上地壳;成矿物质来源于上地壳重熔形成的花岗岩浆,即上地壳岩浆侵位,为成矿作用提供部分成矿物质,同时也暗示成矿物质是由体现壳源特征的西华山复式岩体提供。     

杭州西湖与运河沉积物铅同位素组成及其示踪意义

西湖底部表层沉积淤泥与沉积柱中沉积物的铅同位素组成存在明显的差异。沉积柱中206Pb/207Pb=1.1906±0.0029(2σ),208Pb/206Pb=2.0858±0.0074(2σ),而表层沉积淤泥的206Pb/207Pb=1.1705～1.1726,208Pb/206Pb=2.1052～2.1069,存在明显的异常。沉积柱中铅同位素组成演变特征表明,西湖沉积柱的上部受到了现代人为的铅污染,污染物厚度35cm左右,其中顶部10cm污染较为严重。与杭州市有关环境样品的铅同位素背景对比表明,西湖的铅污染主要来源于汽车尾气排放铅。运河(杭州段)0～30cm的沉积柱中除个别样品外,206Pb/207Pb=1.1543～1.1705,208Pb/206Pb=2.1011～2.1540,与西湖沉积柱下部沉积物中的铅同位素组成明显不同,而与西湖表层沉积淤泥的铅同位素组成一致,这表明运河沉积物存在显著的铅污染。对比表明,运河铅污染也主要来自汽车尾气,同时煤铅可能也有一定的贡献。根据西湖沉积柱中铅污染的深度与平均沉积速率估计,杭州地区的铅污染开始于1910年代,但到1970年代铅污染明显加剧。     

南极冰盖NO－3浓度记录研究进展

综述了近年来南极冰盖雪冰中NO－ 3浓度的影响因素、NO－ 3的来源、沉积后变化及其浓度的时空变化特征的最新研究进展。尽管质子事件、超新星活动、陨石事件、火山喷发和核试验等各种突发事件都可能对南极雪冰中NO－ 3浓度产生影响,但综述和模拟结果表明中低纬度对流层闪电和极地平流层来源可能是南极雪冰中NO－ 3浓度本底的主要来源。综合研究表明,南极冰盖雪冰中记录的NO－ 3浓度可能是其来源、传输路径、沉积过程以及沉积后变化等的综合反映。     

云南格咱岛弧岩浆成矿带铅同位素特征及成矿物质来源示踪

云南格咱岛弧成矿带是西南三江构造岩浆岩带的重要组成部分,是我国近年来新发现的铜多金属矿集区,产出有普朗超大型斑岩型铜矿、雪鸡坪中型斑岩型铜矿、红山大型矽卡岩-斑岩型铜矿等。测试结果表明,典型成矿斑岩体的矿石矿物铅同位素组成:206Pb/204Pb为17.680～19.165,207Pb/204Pb为15.453～15.773,208Pb/204Pb为37.730～39.654,铅同位素组成较为稳定,具有贫铀铅、富钍铅的特征。铅同位素组成与特征参数(Δβ与Δγ、V1与V2)之间具有明显的正相关性,依据铅构造模式判别和成因分类的综合分析,格咱岛弧成矿带的铅主要来源于地幔和下地壳,具壳幔混合来源的特征,其成矿作用与岩浆岩活动存在较为密切的关系。     

江西金山金矿床成矿物质来源的铅和硫同位素示踪

江西金山金矿床赋存于浅变质的中元古界双桥山群上亚群 ,该建造明显富Au ,Au平均丰度达 2 5 5× 10 -9。矿石铅同位素组成出现明显的线性关系表明 ,区域构造活动 成矿作用中存在着铅同位素的混合机制。大部分矿石铅Doe单阶段模式年龄与该矿床的Rb Sr年龄值十分接近 ,可能反映了区域变质的成矿意义。矿石铅 μ值介于 9 2 9～ 9 86之间 ,2 3 2 Th/ 2 3 8U比值变化于 3 88～ 4 0 9,揭示了成矿物质的壳源特征。Zartman图解和△γ △ β图解表明 ,双桥山群是矿石铅的主要源区。该矿床硫同位素组成特征与外围双桥山群上亚群中硫化物的硫同位素极为相似 ,成矿流体的硫主要来源于双桥山群含矿建造。对比研究表明 ,虽然不同金矿床的硫同位素组成特征不尽相同 ,但金山金矿床的层控特征与江南金成矿带中其他金矿极为相似。金山金矿床的铅、硫同位素地球化学特征揭示 ,该矿床的成矿物质主要来自浅变质的中元古界双桥山群含金建造 ,燕山期岩浆热液活动为该矿床的后期富集提供了部分成矿物质。     

豫北山前平原深层地下水硫酸盐来源与污染途径的同位素示踪

豫北山前冲洪积平原深层地下水硫酸盐(SO42?)呈现持续增高趋势,但其机制仍不清楚.为探讨深层地下水SO42?来源与污染机制,选择山前冲洪积平原不同赋存条件深层地下水作对比分析,借助水体水化学、氢氧同位素(δDH2O和δ18OH2O)、硫酸盐硫和氧同位素(δ34SSO4和δ18OSO4),示踪人类活动影响下深层地下水S...     

内蒙古甲生盘铅锌硫矿床铅同位素组成及其对成矿物质来源的示踪意义

甲生盘铅锌硫矿床位于华北地台北缘狼山—渣尔泰山成矿带内,赋矿地层为中元古代渣尔泰山群的一套黑色岩系。铅同位素测试结果表明,甲生盘矿床铅同位素组成分为两组:A组以低放射性成因铅为特征,其同位素组成206Pb/204Pb为15.889~16.257,207Pb/204Pb为15.158~15.455,208Pb/204Pb为35.112~36.271;B组以相对高放射性成因铅为特征,其同位素组成206Pb/204Pb为17.871~18.990,207Pb/204Pb为15.509~15.672,208Pb/204Pb为37.525~38.770。矿石硫化物明显分为早期沉积的层纹状、浸染状细粒硫化物和后期脉状产出的粗粒硫化物,均含有A、B两组铅特征,前者以A组特征为主,后者以B组特征为主。根据铅构造模式图解及μ值等铅同位素参数综合分析:A组铅来自上地壳中的造山带,并且有幔源铅的补偿,成矿物质来自于古老的基底地层;B组铅主要来源于上地壳,部分受矿体北翼花岗岩侵入体的影响,成矿物质主要来自赋矿围岩;矿床铅具有多来源混合铅结构特征。