华南地区酸沉降的硫同位素组成及其环境意义

为探讨华南珠江三角洲和湘桂走廊及其周边地区的酸沉降硫源,分别对大气降水、大气SO₂、气溶胶和工业用煤、重油及其燃烧产物进行了硫同位素组成测定.研究结果表明,珠江三角洲和湘桂走廊地区的大气降水硫同位素组成有明显的差异,其大气降水δ³⁴S值的变化范围分别为1.9‰～10.3‰和-4.8‰～-0.1‰.湘桂走廊地区大气降水明显的富集轻硫同位素(32S),而珠江三角洲地区则富集重硫同位素(34S).在煤、重油燃烧过程中硫同位素分馏效应研究基础上,将该地区酸雨硫源区分为4种类型,即人为成因硫、天然生物硫、海雾硫和远距离传输硫.在定量计算不同硫源对酸雨贡献的基础上.提出人为成因硫是珠江三角洲和湘桂走廊地区最强的污染硫源,而生物硫在夏季贡献突出,其贡献率分别为47%和52%.传输硫在冬季贡献率可达49%.上述结果,对研究治理华南地区的酸雨具有重要意义.     

硫氧同位素示踪南京北郊大气PM2.5中硫酸盐来源

采用EA-IRMS联用技术对2014年1月南京北郊大气细粒子(PM2.5)中硫酸盐的硫和氧同位素组成进行了分析,结合大气颗粒物化学组成,追溯南京北郊大气PM2.5中硫酸盐的来源,并评估了各污染源的贡献率.结果表明,2014年1月南京北郊硫酸盐气溶胶的硫同位素组成(δ34S)范围为2.7‰~6.4‰,平均值为5.0‰±0.9‰(n=16);氧同位素组成(δ18O)值范围为10.6‰~16.1‰,平均值为12.5‰±1.37‰(n=16).通过气溶胶与可能污染源的δ34S值对比和后向轨迹分析,得出结论:研究区域大气中硫同位素组成主要受当地燃煤中硫的影响,其次是远距离传输硫.此外,有低δ34S值硫源存在,但贡献比较小,可能来自生物成因硫.绝对主因子分析结果显示:人为成因硫和远距离传输硫贡献率分别为46.74%和31.54%.     

气溶胶稳定硫同位素研究进展

稳定硫同位素可以用来示踪硫酸盐气溶胶的来源、迁移和转化的过程.本文首先介绍了目前气溶胶稳定硫同位素相关的分析测试方法,即EA-IRMS、MC-ICPMS和NanoSIMS.归纳了国内外气溶胶δ34S的时空组成特征,两极和沿海区域气溶胶δ34S值普遍高于内陆区域;冬季燃煤和夏季生物排放作用使得气溶胶δ34S值冬高夏低.同时,综述了硫酸盐气溶胶稳定硫同位素分馏特征,其质量分馏与SO2氧化途径有关,非质量分馏与SO2光化学反应、燃烧过程和矿物粉尘表面的非均相氧化有关.最后,探讨了稳定硫同位素在示踪气溶胶硫酸盐来源方面的应用,分析了人为成因硫和自然成因硫对气溶胶硫酸盐的贡献;并展望了稳定硫同位素在未来大气气溶胶溯源中的应用,以期为控制硫酸盐气溶胶的污染源提供科学依据.     

南京地区大气PM2.5潜在污染源硫碳同位素组成特征

基于南京地区大气PM_(2.5)潜在污染源,采用EA-IRMS技术分别测定了样品中硫碳同位素组成,并分析不同污染源之间的关联性.结果表明,南京地区煤炭烟灰δ~(34)S值范围为1.8‰~3.7‰,δ~(13)C值范围为-25.50‰~-23.57‰;机动车尾气δ~(34)S值范围为4.6‰~9.7‰,δ~(13)C值范围为-26.32‰~-23.57‰;生物质烟灰δ~(34)S值范围为5.2‰~9.9‰,δ~(13)C值范围为-19.30‰~-30.42‰;扬尘δ~(13)C值为-13.45‰.南京地区煤炭烟灰颗粒物的硫同位素较轻,扬尘的碳同位素较重.对比国内外不同污染源δ~(34)S与δ~(13)C值,南京地区大气PM_(2.5)中的潜在污染源的δ~(34)S与δ~(13)C具有明显的区域性.因此,潜在污染源的δ~(34)S、δ~(13)C值可为南京地区大气PM_(2.5)的源解析提供同位素组成源谱支持.     

基于硫氧同位素研究南京北郊夏季大气中硫酸盐来源及氧化途径

采用EA-IRMS联用技术对2014年夏季南京北郊大气PM_(2.5)中硫酸盐的硫和氧同位素组成进行了分析,计算了SO_2氧化为硫酸盐的异相和均相氧化过程的贡献率以及一次、二次硫酸盐的比例.结果表明,2014年夏季南京北郊大气中硫酸盐气溶胶的硫同位素组成(δ~(34)S)范围为1.7‰~4.8‰,平均值为3.2‰±1.0‰(n=15);氧同位素组成(δ~(18)O)值范围为7.5‰~12.9‰,平均值为9.3‰±1.7‰(n=15).通过比较气溶胶硫酸盐及可能污染源的δ~(34)S,该研究区域夏季大气中的硫源主要来自当地燃煤与尾气排放.大气气溶胶中的硫酸盐主要为二次硫酸盐,且SO_2的氧化途径以均相氧化为主,比例为59.3%.夏季大气中SO_2的异相氧化以过量O_2下的Fe~(3+)催化氧化为主,均相氧化的主要机制包括O_3氧化反应及NO_2氧化反应.     

三峡库首秭归地区大气降水硫同位素组成及示踪研究

2009年6月～2010年7月对三峡库首秭归地区大气降水SO24-含量和硫同位素组成特征进行了连续1 a的研究.结果表明,秭归地区降水SO24-浓度在31.4～668.1μmol.L-1之间,加权平均浓度为161.9μmol.L-1;降水SO24-硫同位素值δ34S在-2.14‰～6.07‰之间,平均值为2.06‰±1.97‰.SO24-含量季节变化特征明显,夏秋季节低,冬春季节高;而δ34S值则冬季偏正,而其他3个季节都相对偏负.对硫同位素值分析表明,生物来源硫可能对当地大气降水酸度有一定的贡献,且在夏秋季节尤为明显.     

从显微硫化物包裹体的离子探针分析结果看地幔中硫同位素的变异

用离子探针分析了地幔成因的不同矿物(橄榄石、辉石、钛铁矿和石榴石)或岩石(玄武岩玻璃、橄榄岩、榴辉岩和金伯利岩)中圈闭的、呈液滴或颗粒产出的21个硫化物样品的硫同位素及Cu、Ni、Fe成分。δ~(34)S的测定结果范围很宽,为-4.9±1—+8±1‰。镍含量高(镍黄铁矿可达40％)的硫化物样品(多半产于残留橄榄岩)的δ~(34)S值为-3.2—+3.6‰,最频值为+3±1‰;而镍含量低的硫化物样品(主要产于辉石岩、大洋岛弧玄武岩(OIB)和金伯利岩中),其δ~(34)S值为-3.6——+8‰,最频值为+1±1‰。 源于地幔的硫化物的δ~(34)S值是可变的。镍含量高和δ~(34)S值接近+3‰的硫化物液滴,可能是含硫最高达300ppm、δ~(34)S值为+0.5—±0.5‰的幔源物质发生10—20％的部分熔融产生的。δ~(34)S值的差别说明,在液态硫化物与硅酸盐液体中的硫之间发生过≈+3‰的高温硫同位素分馏。上地幔+大洋壳+大陆壳+海水这种系统中的硫同位素平衡,要求原始上地幔的平均δ~(34)S值为+0.5‰,与球粒陨石的硫同位素值(+0.2±0.2‰)明显不同。     

喀斯特坡地土壤硫同位素变化指示的土壤硫循环

用土壤硫形态连续提取方法分离测定了喀斯特坡地土壤总硫、有机硫、SO24-和FeS2的硫同位素组成及其含量.总体来看,土壤剖面表层各形态硫δ34S值FeS2最低,介于-6.86‰~-4.22‰,其次为SO24-(-2.64‰~-1.34‰),第三为总硫(-3.25‰~-1.03‰),最高为有机硫(-1.63‰~0.50‰),随土壤剖面加深各形态硫δ34S值均有增大的趋势.SO24-和FeS2的δ34S值深度分布具有共变性,这与SO24-异化还原有关;而总硫和有机硫的δ34S值随剖面加深而平行增大,则与有机硫循环有关.硫同位素组成可鉴别土壤硫源,同时SO24-异化还原和有机硫矿化有明显的硫同位素分馏,而硫化物氧化及SO24-同化基本不产生同位素分馏,则土壤各形态硫的硫同位素组成的垂直变化可以很好地记录与深度相关的硫循环过程.并且,通过对比各形态硫含量及其硫同位素组成的深度分布特征,也可以很好地判别土壤内部的SO24-和有机硫组分的迁移过程.     

有关推导热液体系全硫同位素组成的几个问题

<正> 一硫同位素方法广泛应用于金属硫化物矿床研究,如探讨成矿物质的来源,指示成矿作用的物理化学条件,划分矿床类型和指导找矿。其中热液流体的全硫同位素组成(δ~(34)S_(∑ ))是重要参数之一。但过去发表的大部分研究成果主要采用简单的统计类比法,即假定硫化矿物的硫同位素组成δ~(34)S代表成矿热液的硫同位素组成δ~(34)S_(∑ ),并据各地质体δ~(34)S的统计分布,凡硫化矿物δ~(34)S变化小,且近零值的一类矿床均归之于岩浆热液成因;δ~(34)S变化大,且偏离零值的,     

西南喀斯特农业区大气降水化学及硫同位素组成特征

西南酸雨区属于中国重要的酸雨区,为了理解其中喀斯特农业区酸雨成因及其变化趋势,本研究于2016年5月至2017年9月在中国科学院普定喀斯特生态系统观测研究站进行了大气降水采集(n=147),分析了其水化学成分和硫酸盐硫同位素组成(δ~(34)S-SO_4~(2-))。结果表明,研究区内710%的降水为非酸性雨水(pH56),降水中SO_4~(2-)和Ca~(2+)为主要离子,分别占总阴、阳离子浓度的781%和566%。与研究区2008年降水中硫酸盐浓度(加权平均浓度为1406μmol/L)相比,本次采样期间降水中SO_4~(2-)浓度(加权平均浓度为989μmol/L)显著降低。在研究期间,降水δ~(34)S-SO_4~(2-)为-65‰～212‰,加权平均值为13‰±62‰,与贵阳2008～2009年降水δ~(34)S-SO_4~(2-)(平均值-28‰±14‰)相比有所升高,说明研究区降水硫酸盐中来自工业燃煤排放的贡献降低。研究区降水化学组分和δ34S-SO_4~(2-)均受到降雨量的影响,随着降水量减小,SO_4~(2-)浓度升高,δ~(34)S-SO_4~(2-)则下降,工业燃煤对雨水中硫酸盐的贡献也增加。西南喀斯特农业区大气硫酸盐沉降介于城市和森林之间,季节变化明显,受控于工业燃煤排放和生物成因硫释放。该研究表明优化产业结构,降低工业燃煤,可进一步优化大气环境。     

基于δ18O的青藏高原中部错那湖湖水蒸发研究

稳定同位素方法经常被用来估算湖水水量平衡,这种方法主要依赖于水样的采集和同位素分析,并结合研究区域相关的气候和水文信息对湖水进行研究。基于对1999-2001年期间获得的18个湖水样的稳定同位素分析,发现错那湖水δD和δ¹⁸O的平均值分别为-83.3‰和-9.6‰,显著高于流域内同期降水中δD和δ¹⁸O的加权平均值-124.5‰和-16.6‰;流域内湖水稳定同位素的变化幅度远小于降水,但展示了明显的季节变化,夏季值较低而冬春季值较高,这种变化表现出一定的降水量效应,表明降水是湖水主要补给来源之一。结合所获得的流域内降水和河水稳定同位素数据,利用稳定同位素质量平衡方法对非结冰期间错那湖水的蒸发与流入比率(E/I)进行了估算,结果表明,受太阳辐射与气温升高的影响,湖水受到强烈的蒸发,流入错那湖的水大约24%消耗于蒸发。     

酸雨的硫源及其硫同位素示踪综述

酸雨是目前人类所面临的主要环境问题之一。世界大部分地区为硫酸型酸雨,硫同位素的示踪研究对于探讨酸雨的来源与酸雨的治理具有重要的意义。本文论述了酸雨的不同硫源(人工成因硫、生物成因硫、远距离硫)的硫同位素组成特征;从煤的硫同位素组成、大气降水的硫同位素组成和小麦等植物的硫同位素组成等三方面来论述了酸雨来源的硫同位素示踪意义。     

洱海入湖河流水体悬浮颗粒物有机碳氮来源特征

以洱海主要入湖河流水体悬浮颗粒物为研究对象,运用稳定同位素技术,研究了不同季节、不同河流水体悬浮颗粒物中有机碳、氮的来源,探讨了其与流域环境和人类活动之间的关系. 结果表明:①入湖河流水体悬浮颗粒物δ13C的离散程度为夏季<秋季<冬季<春季,变化范围分别为-25.1‰~-16.9‰、-30.0‰~-10.7‰、-20.9‰~-11.0‰和-28.6‰~-14.4‰;δ15N的离散程度为冬季>夏季>春季>秋季,变化范围分别为-0.5‰~8.8‰、5.4‰~10.6‰、3.4‰~7.9‰和6.2‰~8.7‰. ②入湖河流水体悬浮颗粒物有机质的来源,春季以陆源C₃植物和自生有机质为主,并且C₃植物来源的有机质贡献呈逐渐增大趋势;夏季主要来源于陆源C₃植物;秋季仍以陆源C₃植物和水生植物的混合来源为主,但水生植物来源有机质比例有所上升;冬季则以陆源C₃、C₄植物和水生植物来源有机质混合来源为主. ③入湖河流水体悬浮颗粒物中的氮,春季主要来源于土壤流失和水生植物残体,并且土壤流失氮比例逐渐升高;夏季主要来源于土壤流失;秋季来源于土壤流失、化学肥料和水生植物死亡的共同作用;冬季来源于化学肥料、土壤流失和水生植物,并且化学肥料带来的氮比例有所上升.      

太湖水体溶解营养盐(N、P、Si)的冬、夏二季变化特征及其与富营养化的关系

先后于冬季(2003年1月)和夏季(2003年7月)对太湖水体溶解营养盐的组成进行了调查,分析了营养盐在湖水中的分布规律,初步探讨了太湖浮游植物营养盐限制因子的季节变化特征。结果显示:太湖溶解无机氮、磷、硅夏季比冬季略高一点,主要来自流域外源输入和湖泊内源释放,分布趋势受人为活动大小和湖泊自身特点的影响。     

硫同位素分馏中的生物作用及其环境效应

自然界中硫同位素组成变化范围较大(-65‰~+120‰)。许多环境过程可以引起硫同位素分馏,表生环境下微生物还原硫酸盐是最重要的硫同位素分馏过程。在≤50℃条件下,厌氧细菌使硫酸盐SO42-还原成H2S,后者与金属离子结合形成硫化物或直接从体系中逸出,这种硫循环过程是造成地球各层圈中硫的轻、重同位素变异的最主要原因。但生物成因的硫同位素分馏过程复杂,受诸多因素的限制。本文综述了由生物作用导致的硫同素分馏的发生机理和影响因素,以及生物硫循环所导致的环境效应。     

贵阳地区大气降水中δ15N-NO3-组成及来源分析

对贵阳地区2008年10月1日至2009年9月30日大气降水样品中的NO3-浓度和δ15N组成进行了测定.结果表明,这一年大气降水中NO3-浓度加权平均值为0.45mg·L-1,δ15N组成的变化范围为-8.0‰～28.7‰,年均值为2.3‰,且主要来源于燃煤释放的含氮物质.NO3-浓度呈现冬高夏低的变化趋势,这可能是受降水量等因素的影响.但δ15N组成的季节变化与NO3-浓度有所不同,呈现秋冬季偏正,而春夏季偏负的特征,推测可能是由生物释放氮、大气雷电固氮及NOx本身的大气行为等引起δ15N组成的季节差异.     

乌梁素海硝酸盐来源的季节性变化

乌梁素海是典型农业灌区退水型湖泊,其水生态环境保护对黄河流域生态保护具有重要意义.该研究通过开展乌梁素海流域农业排干和湖体硝酸盐的δ15N和δ18O分析,应用IsoSource同位素模型估算流域生产生活污水、土壤氮源、化肥和大气沉降的贡献率.结果表明:①湖区δ15N-NO₃-和δ18O-NO₃-值范围分别为-2.50‰~18.17‰和-12.02‰~45.09‰,其中夏秋两季δ15N-NO₃-值偏正,冬季偏负,且秋季δ18O-NO₃-值偏正.②春季湖水硝酸盐主要源于化肥和土壤氮源相关的农业活动,其贡献率为43.7%;夏季、秋季和冬季主要源于生产生活污水,贡献率分别为51.3%、38.8%和40.2%,其中夏季农业活动贡献率超过40%,大气沉降主要体现在秋季湖水中.研究显示:春季湖区硝酸盐来源主要集中于七排干和八排干的受水区域,以上区域应在春季着重加强农业面源污染控制;夏季和秋季湖区硝酸盐来源主要集中于五排干和七排干所处城乡区域,以上区域应强化城乡生活污水处理.      

基于碳同位素组成的大气NMHCs光化学寿命研究

利用热解析-气相色谱-同位素质谱联用仪测定了兰州市冬季和夏季昼夜大气非甲烷烃(NMHCs)的稳定碳同位素组成.结果表明,兰州市冬季大气NMHCs的δ13C值为-30.5‰～-24.3‰,夏季为-31.9‰～-24.2%,受燃煤烟气排放的影响,冬季大气NMHCs的δ13C值明显大于夏季;冬季大气NMHCs的δ13C值夜晚大于白天,夏季不同时间点C4、C5化合物的同位素值相差不大,正己烷和正庚烷的δ13C值白天比夜晚要高.利用"碳氢化合物同位素时钟"计算出正己烷和1-丁烯在兰州市夏季大气中的平均光化学寿命分别约为6d和25min.     

云南建水荒田-虾洞火山岩型银多金属矿带的硫、铅同位素特征及其地质意义

火山岩型银多金属矿床是滇东南地区的重要矿床类型，矿床中疏的δ34S值分布于-6．9‰～+7．3％之间，并且呈波浪式分布；铅同位素组成以正常铅为主，并受异常铅的混染。硫、铅同位素具有相似的变化趋势。这些硫、铅同位素特征表明，该矿床成矿物质可能具有多种来源，除了直接来自玄武岩外，还有来自古海水硫酸盐和地层的贡献；该矿床的成因与玄武岩海底中心式喷发有密切的关系。