中国北方城市大气降尘磁学特征及其环境意义

应用环境磁学方法研究了兰州市区及对照点大气自然降尘的磁学特征. 结果表明, 兰州市大气降尘中磁性矿物含量较高, 主要含有磁铁矿, 并伴有少量磁赤铁矿和赤铁矿, 磁性矿物为准单畴颗粒; 兰州市自然粉尘背景值较高, 但市区污染物以人为源为主, 尤其在冬季采暖期间; 在春、夏季节, 兰州市的污染仍以人为源为主, 与通常认为兰州市污染冬季以燃煤为主, 春、夏季以粉尘为主的模式有较大差异. 近年来, 兰州市空气污染防治已取得了一定成效, 空气质量有了较大改善, 冬季污染在逐年减轻, 而夏季污染变化不大. 环境磁学作为一种简单、快速且无破坏性的研究手段, 可以为城市污染源研究及城市污染防治研究提供许多极有价值的信息.     

钢铁厂周围不同污染介质的磁学性质及环境意义

为了通过钢铁厂周围不同污染介质的磁学性质研究,实现对环境污染的有效监测,本文系统地采集了河北兴隆和湖南娄底两个钢铁厂周围的树皮和草表面的飞灰、土壤及不同树种的年轮样品.其中前三者用来反映现今污染源,而树木年轮用来追踪长时间尺度的污染历史.通过综合岩石磁学实验分析（包括热磁曲线、磁滞性质和低温实验等）、电子扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)以及X射线衍射(XRD)分析,发现钢铁厂周围现今污染源中的主要粗颗粒磁性矿物为磁铁矿、赤铁矿和纯铁.其中8~50 μm的球形磁铁矿颗粒和呈棱角状的铁颗粒是钢铁厂污染物的特征磁性矿物.对不同树种来说,其中香樟树和枫树树木年轮中的磁性矿物以顺磁性物质为主, 不适合用于环境磁学的污染监测.而柳树中的磁性矿物（主要为磁铁矿）与现今污染源的磁性矿物相符.以上研究表明多参数岩石磁学测量并辅以微观分析等手段,可以精确地提取磁性矿物的种类及粒度特征, 判别重工业区污染源,为应用磁学方法来监测环境污染提供依据.     

长江口潮滩沉积物的磁学性质及其与粒度的关系

对长江口潮滩沉积物的环境磁学研究表明, 沉积物磁性特征由多畴/假单畴磁铁矿所主导. 磁铁矿除陆源碎屑成因外, 在磁性最强的石洞口排污口附近沉积物中出现了球形磁性颗粒, 系工业污染的产物. 粒度是影响长江口潮滩沉积物磁性特征的重要因素, 磁化率、饱和等温剩磁与8~16 mm粒级含量呈正相关, 而非磁滞剩磁磁化率等指示细颗粒亚铁磁性矿物的参数与<4 mm乃至<32 mm粒级组分高度正相关. 这一特征表明, 在将磁化率作为污染物含量代用指标时, 需考虑粒度造成的磁化率波动的可能影响, 非磁滞剩磁磁化率则可以作为沉积物细粒级组分的代用指标, 并应用于污染物含量的粒度校正.     

环境磁学在城市环境污染监测中的应用和进展

环境磁学是一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的边缘科学，已广泛应用于很多领域.本文在简述了环境磁学参数和不同环境中磁性矿物变迁和演化过程的基础上,介绍了环境磁学在城市环境污染的不同方面所取得的进展,探讨了环境磁学在土壤污染和大气等城市环境污染研究中的不足,提出了环境磁学在城市环境污染研究领域的发展趋势.     

用环境磁学磁化率方法研究历史地震--抚仙湖地区重要历史地震事件的检验与发现

首次将环境磁学磁化率特征方法应用于历史地震研究,阐明了云南抚仙湖沉积物磁化率突变与地震事件的相关性。所建立的时限近１０００年,对应０～１６８ｃｍ沉积物的磁化率－地震剖面与近５００年以来有记载的重大历史地震事件检验相吻合。发现距今５００～１０００年抚仙湖地区的８次未被记载的地震事件,指出发震的年代范围,对抚仙湖地区近千年的历史地震进行回溯。     

福建三明地区被污染土壤的磁学性质及其环境意义

对福建三明某钢铁厂和火电厂附近的污染表土样品进行了多参数的岩石磁学测试分析,包括χ T曲线、磁滞回线、等温剩磁获得曲线等. 三明地区污染表土中的磁性矿物有磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿. 样品中磁性矿物的平均粒度较粗,为较大的准单畴,甚至多畴,粒度明显大于成土作用所产生的磁性颗粒. 粗粒的磁铁矿颗粒是污染物的主要磁性组分. 虽然磁化率测量可以作为一种简单、快速而且廉价的检测污染土壤的方法,但同时辅以必要的岩石磁学测量将有利于提取更多的污染信息. 对于低磁化率的污染土壤,亚铁磁性硫化物的存在可以作为土壤可能被污染的证据之一.     

环境磁学研究的简介

本文概述了环境磁学研究方法的基本问题，原理和应用，提出了环境磁学存在的问题和发展的方向。     

北京市朝阳区大气降尘磁学特征及对空气污染物浓度的指示

应用环境磁学方法研究了2008年奥运会前后北京市朝阳区大气降尘及对照点表土样品的磁学特征.结果表明,所有样品中载磁矿物主要为低矫顽力的亚铁磁性矿物(主要为磁铁矿).但大气降尘样品的磁性颗粒粒度较表土偏粗;磁性矿物含量高于表土样品,大气降尘除来自于自然源外,更多为来自于人为因素的结果.大气降尘磁化率与空气污染物浓度随时间的变化曲线特征一致,说明大气降尘样品的磁学监测可以快速、准确地反映城市空气污染程度及其变化,同时揭示出北京市朝阳区大气降尘样品夏季主要来源于工业和交通,冬季主要受控于集中供暖期间煤燃烧排放的废气.快速的磁化率测量可以对空气污染指数有良好的指示作用.环境磁学参数随时间的变化特征显示,奥运期间各项污染物临时减排措施落实到位,对空气质量明显改善发挥了根本性作用.     

呼伦湖湖泊沉积物磁化率变化的环境磁学机制

对内蒙古呼伦湖地区的研究表明当湖泊水深较大时 (对应于湿润气候 ) ,所沉积的泥质沉积物的磁性较高 ;反之 ,水位低时 (对应于干旱气候 ) ,所沉积的砂性沉积物的磁化率较低 .深入的岩石磁学研究证实 ,来自湖泊流域火山岩中的碎屑磁铁矿广泛地存在于泥质及砂性样品之中 .当湖泊水位较高时 ,在相对的还原条件下 ,在泥质沉积物中形成次生的铁磁性硫化铁矿物 .该磁性矿物叠加在少量的碎屑成因的磁铁矿上 ,主导了泥质沉积物的磁性 ,导致了磁化率的上升     

土壤剖面中粉煤灰垂向迁移的磁响应

对浙江省安吉县梅溪发电厂粉煤灰贮灰场附近的土壤短剖面进行环境磁学、元素含量及粒度研究.借助模糊聚类分析,分辨出粉煤灰原位堆积、富集、迁移深度及未受污染土壤特征.剖面上部0～14cm为粉煤灰的原位反映,多畴磁铁矿主导了该段样品磁性.其中11～14cm处磁性矿物和金属元素有所富集.14～21cm为粉煤灰在土壤中的迁移深度.迁移段土壤中亚铁磁性矿物及Pb、Zn等金属含量介于底部未污染土壤与上部粉煤灰原位堆积层之间.单畴斜交反铁磁性矿物及来源于上部粉煤灰的多畴磁铁矿共同主导了该段土壤的磁性特征.21cm以下土壤基本未受粉煤灰污染,单畴斜交反铁磁性矿物是其主要磁性矿物.指标聚类分析表明,亚铁磁性矿物主要赋存在粗粉砂中,单畴磁晶粒主要存在于细粉砂中.χ、ARM、SIRM与Cu、Mn、Pb、Zn呈显著相关.结合多元统计分析,磁参数可用于追踪、识别粉煤灰在土壤剖面中的垂向迁移.     

Empirical behaviour of tests for the beta distribution and their application in environmental research

The beta distribution is used in different models of environmental research. The power of the test for beta distribution of Raschke [Biased transformation and its application in goodness-of-fit tests for the beta and gamma distribution. Commun. Statist. B–Computa. Simula. 38 (2009): 1870–1890] is researched here. The power of the Kolmogorov–Smirnov, Kuiper, Cramér-von Mises, Watson and Anderson–Darling tests are researched for different sample sizes, levels of significance and parameters of the beta distribution. The limitation to these tests is discussed including the differences between previous publications. The empirical behaviour is investigated by extensive Monte Carlo simulations. The most powerful test for the beta distribution is the Anderson–Darling test for the considered constellations of alternative distribution, contamination or scaling. The second best test is the Cramér-von Mises test, followed by the Watson test. The analysis of relative humidity data of meteorology and of runoff coefficients of the hydrology demonstrates the advantages of the new tests and the necessity to test an assumption of beta distribution.     

花东海盆浊流沉积的磁性特征及其环境意义

对取自台湾以东花东海盆GX168孔的浊流沉积物进行系统的岩石磁学研究,揭示其沉积学和岩石磁学特征,分析其物源和形成机制.研究结果显示,剖面上共识别出12层浊流沉积物,其分布存在规律,下部350～700 cm共发育11层浊流沉积物,而0～350 cm仅出现1层浊流沉积物.浊流沉积物粒径明显较背景沉积物粗,石英、长石含量更高,底部与下伏背景沉积呈突变接触,顶部与上覆背景沉积呈渐变接触,内部发育典型的正粒序韵律结构.浊流沉积物和背景沉积物具有相似的磁学特征,两者均以磁铁矿为主要载磁矿物类型,且磁铁矿颗粒均以准单畴和多畴颗粒为主.同时,两者也存在一定差异,浊流沉积物中磁铁矿较背景沉积物更为富集,磁化率和饱和等温剩磁更强,磁铁矿粒径更粗,这与浊流沉积物原始沉积区更靠近物源区有关.花东海盆浊流沉积形成的诱发机制可能是末次冰期以来频发的海平面波动造成陆坡之上沉积物重力失稳,导致陆坡沉积物向海盆搬运.     

Magnetic properties of soils from sites with different geological and environmental settings

Measurements of magnetic susceptibility of soils, reflecting magnetic enhancement of topsoils due to atmospherically deposited magnetic particles of industrial origin, are used recently in studies dealing with outlining polluted areas, as well as with approximate determination of soil contamination with heavy metals. One of the natural limitations of this method is magnetic enhancement of soils caused by weathering magnetically rich parent rock material. In this study we compare magnetic properties of soils from regions with different geological and environmental settings. Four areas in the Czech Republic and Austria were investigated, representing both magnetically rich and poor geology, as well as point-like and diffuse pollution sources. Topsoil and subsoil samples were investigated and the effect of geology and pollution was examined. Magnetic data including mass and volume magnetic susceptibility, frequency-dependent susceptibility, and main magnetic characteristics such as coercivity (Hc and Hcr) and magnetization (Ms and Mrs) parameters are compared with heavy metal contents. The aim of the paper is to assess the applicability of soil magnetometry under different geological-environmental conditions in terms of magnetic discrimination of dominant lithogenic/anthropogenic contributions to soil magnetic signature. Our results suggest that lithology represents the primary effect on soil magnetic properties. However, in case of significant atmospheric deposition of anthropogenic particles, this contribution can be clearly recognized, independent of the type of pollution source (point-like or diffuse), and discriminated from the lithogenic one. Different soil types apparently play no role. Possible effects of climate were not investigated in this study.     

典型沙漠绿洲城市表土磁性特征及环境指示意义

选取典型沙漠绿洲城市（乌海、石嘴山、银川）表土为研究对象,对其环境磁学性质、土壤质地与重金属含量分布进行系统研究.结果表明,乌海市和石嘴山市表土为典型砂土,银川市为砂壤土.三个城市表土样品均以较粗的MD-PSD颗粒的亚铁磁性矿物（磁铁矿）为主导,磁化率均值分别为152×10-8、104×10-8和117×10-8 m3·kg-1.乌海市表土磁性矿物含量和磁性颗粒大小都显著高于石嘴山和银川市.重金属（Cr、Cu、Pb、Zn、Fe）的污染负荷指数（PLI）均显示,三个城市表土均存在轻度污染特征.同时磁化率和污染负荷指数在非工业区表现出点状高值分布,在工业区表现为面状高值分布特征.乌海市表土磁参数与重金属的相关系数显著高于石嘴山和银川,表明磁参数对于污染来源单一地区的污染程度评估更具优势.尽管三个城市表土磁学性质存在较大差异,但其磁化率均随污染负荷指数的增加呈现相同程度的递增.磁化率可以作为宁夏平原地区表土重金属污染程度评估的统一有效的代用指标.     

亚热带山地垂直地带土壤的磁性特征及其环境响应

土壤中磁性矿物的形成转化对环境变化具有指示意义,定量分析土壤磁性对环境因子的响应机制是目前该领域的重要问题.本文综合相关研究及野外实地考察,采集福建南部亚热带地区戴云山垂直地带相同母质的土壤剖面进行环境磁学和漫反射光谱测试分析.结果表明：研究区土壤剖面中磁铁矿和磁赤铁矿主导其磁性变化,当海拔至1320 m以上,土壤中出现次生纤铁矿.当排除地形的影响后,相关磁学参数指示磁畴颗粒在低海拔区域以SP颗粒为主,而较高海拔区域土壤中以粗SD颗粒为主.漫反射光谱结果表明,研究区土壤中赤铁矿和针铁矿对气候梯度变化较为敏感,其中赤铁矿含量随海拔增加显示出降低趋势,并且至海拔1320 m以上赤铁矿消失而主要以针铁矿和纤铁矿为主.对比加热前后针铁矿和赤铁矿特征峰变化,并进行半定量分析认为,当年均降水量超过1900 mm且年均温低于13℃时达到赤铁矿形成的临界值,而针铁矿和纤铁矿则继续呈增加趋势.本研究论证了赤铁矿、针铁矿及纤铁矿对气候梯度具较强的敏感性,可作为研究低纬区域古环境变化的重要指标.

     

亚热带山地垂直地带土壤的磁性特征及其环境响应

土壤中磁性矿物的形成转化对环境变化具有指示意义,定量分析土壤磁性对环境因子的响应机制是目前该领域的重要问题.本文综合相关研究及野外实地考察,采集福建南部亚热带地区戴云山垂直地带相同母质的土壤剖面进行环境磁学和漫反射光谱测试分析.结果表明：研究区土壤剖面中磁铁矿和磁赤铁矿主导其磁性变化,当海拔至1320 m以上,土壤中出现次生纤铁矿.当排除地形的影响后,相关磁学参数指示磁畴颗粒在低海拔区域以SP颗粒为主,而较高海拔区域土壤中以粗SD颗粒为主.漫反射光谱结果表明,研究区土壤中赤铁矿和针铁矿对气候梯度变化较为敏感,其中赤铁矿含量随海拔增加显示出降低趋势,并且至海拔1320 m以上赤铁矿消失而主要以针铁矿和纤铁矿为主.对比加热前后针铁矿和赤铁矿特征峰变化,并进行半定量分析认为,当年均降水量超过1900 mm且年均温低于13℃时达到赤铁矿形成的临界值,而针铁矿和纤铁矿则继续呈增加趋势.本研究论证了赤铁矿、针铁矿及纤铁矿对气候梯度具较强的敏感性,可作为研究低纬区域古环境变化的重要指标.     

Magnetic characteristics of dustfall in urban area of north China and its environmental significance

Urban particulate pollutants not only affect urban air quality but also directly threaten public health. Lanzhou has been one of the most seriously polluted cities in the world due to its special geophysical location and weather conditions, which makes it an ideal place for urban particulate pollution study. In this study a set of environmental magnetic parameters (χlf, χfd%, χARM, SIRM, HIRM, SOFT and back field IRM) were measured and analyzed for the dustfall samples collected monthly during 1997.4―2000.5 and 2004.11―2005.10 at Lanzhou University campus (KLD and CCS) and at a clear site of Gaolanxian (GLX). Results demonstrate that the main magnetic minerals in the dustfall are magnetite, with some maghaemite and haematite. Cross plots of Mrs/Ms vs. Bcr/Bc and χfd% vs. χARM/SIRM indicate that the main magnetic grain sizes are pseudo-single-domain (PSD). The high concentration of magnetic min-erals in the dustfall indicates that Lanzhou is seriously polluted. The main pollution sources are an-thropogenic activities and nature dust, with the former posing a great threat during the whole year, which is different from the general view that the natural dust is the main contributor in summer. With great efforts of the government and local authority in the past decades, the air quality in Lanzhou has been improved in winter, but it is not so obvious in summer. This study also reveals that as a simple, rapid and accurate technology, environmental magnetism could be a valuable tool for urban pollution study.