The origin of stable halogenated compounds in volcanic gases

BACKGROUND: Halogenated compounds in the atmosphere are of great environmental concern due to their demonstrated negative effect on atmospheric chemistry and climate. Detailed knowledge of the emission budgets of halogenated compounds has to be gained to understand better their specific impact on ozone chemistry and the climate. Such data are also highly relevant to guide policy decisions in connexion with international agreements about protection of the ozone layer. In selected cases, the relevance of specific emission sources for certain compounds were unclear. In this study we present new and comprehensive evidence regarding the existence and relevance of a volcanic contribution of chlorofluorocarbons (CFCs), hydrofluorocarbons (HFCs), hydrochlorofluorocarbons (HCFCs), halons (bromine containing halo(hydro)carbons), and fully fluorinated compounds (e.g. CF4 and SF6) to the atmospheric budget. METHODS: In order to obtain new evidence of a volcanic origin of these compounds, we collected repeatedly, during four field campaigns covering a period of two years, gases from fumaroles discharging over a wide range of temperatures at the Nicaraguan subduction zone volcanoes Momotombo, Cerro Negro and Mombacho, and analysed them with very sensitive GC/MS systems. RESULTS AND DISCUSSION: In most fumarolic samples certain CFCs, HFCs, HCFCs, halons, and the fully fluorinated compounds CF4 and SF6 were present above detection limits. However, these compounds occur in the fumarole gases in relative proportions characteristic for ambient air. CONCLUSION: This atmospheric fingerprint can be explained by variable amounts of air entering the porous volcanic edifices and successively being incorporated into the fumarolic gas discharges. Recommendation and Outlook. Our results suggest that the investigated volcanoes do not constitute a significant natural source for CFCs, HFCs, HCFCs, halons, CF4, SF6 and NF3.     

贡嘎山亚高山降水稳定同位素特征及水汽来源研究

为揭示青藏高原东南缘贡嘎山地区的大气降水稳定同位素特征和水汽来源,利用贡嘎山东坡亚高山地区2012年5月至10月实测的大气降水稳定氢氧同位素和气象资料,分析了贡嘎山地区的降水线特征、降水稳定氢氧同位素时空分异特征及其与气候因子之间的关系和氘盈余特征,并运用HYSPLIT模型探讨了该区的水汽来源特点。结果表明:贡嘎山亚高山地区大气降水线方程为δD=9.401 9×δ¹⁸O+28.530 3(‰)(R²=0.983 3,p < 0.001),反映了该区湿润、多雨、气温较低的气候特点;该区大气降水稳定氢氧同位素季节变化明显,雨季先降低后升高;降水中氢氧同位素的高程效应显著且存在季节差异;降水稳定氢氧同位素受温度、降水气象因子影响较大,降水量效应显著并且与温度存在负相关关系;后向轨迹模型模拟结合同位素特征分析表明该地区雨季水汽来源较为复杂,主要有西风输送、东部季风和局地水汽内循环3个来源。研究结果可为区域水汽循环和降水特征提供科学依据。     

氯/溴稳定同位素分析技术及其在环境科学研究中的应用

稳定同位素分析被认为是环境污染物溯源和转化途径探究的有效工具.针对氯/溴稳定同位素研究已经开发了一些较为可靠的分析技术,被广泛应用于氯乙烯、氯苯、溴酚、多溴二苯醚和有机氯农药等有机污染物的研究.本文综述了近年来氯/溴同位素分析技术的最新进展,介绍了稳定同位素分析技术在含氯/溴有机污染物的溯源分析和降解途径识别等方面的应...     

连续曝气模式下同步硝化反硝化的持续稳定性

为研究反应周期内同步硝化反硝化(SND)过程的持续稳定性,试验以模拟城市污水为研究对象,于恒定气量连续曝气的SBR反应器内,在反应周期内恒定不同曝气量的条件下,考察氮转化规律和DO、ORP及pH的变化规律。结果表明,SND持续稳定的时间和TN去除率随曝气量的增加而减少和降低,DO、ORP和pH曲线上出现的折点可预示SND过程的结束和完全硝化反应的开始,而pH曲线上的"谷点"可预示硝化反应的结束。由此可知,在恒定气量连续曝气模式下,SND的持续稳定时间是有限的,不能延续到反应周期结束,但可用DO、ORP和pH值作为SND过程持续稳定程度的控制参数。     

稳定同位素模型解析大气氨来源的参数敏感性

氨(NH_3)是大气霾污染和过量氮沉降的关键前体物,准确厘清其来源是制定NH_3减排策略的科学基础.稳定同位素模型(SIAR)在NH_3溯源研究中展现出巨大潜力,其解析结果的可靠性与NH_3排放源的氮同位素指纹谱(δ~(15)N-NH_3)密切相关.本研究基于2013年1月北京霾污染期间的同位素观测资料,使用SIAR评估了3个重要源谱参数(源的数量、源的δ~(15)N-NH_3特征值及其标准差)对NH_3源解析的影响.结果表明,农业源的贡献率对源谱δ~(15)N-NH_3特征值的变化最敏感,其次为化石燃烧源,氨逃逸源的敏感性最低.农业源δ~(15)N-NH_3标准差的改变仅造成农业源贡献率变化约4%,但其特征值的改变却造成农业源贡献率20%的变化.相比之下,将农业源拆分为化肥挥发和畜牧养殖源后,解析结果并未显著增加农业源的总贡献,即"非农业源"仍然是2013年初北京霾污染期间NH_3的重要来源.考虑到农业源的贡献率对SIAR模型参数改变的响应最为敏感,且不同类型的农业源δ~(15)N-NH_3差异较大,未来需要针对农业源δ~(15)N-NH_3的时空变化规律及影响因素开展深入研究,以此来降低同位素源解析模型的不确定性.     

黄棕壤铁铝氧化物与土壤稳定性有机碳和氮的关系

用6%NaOCl氧化不同粒级的黄棕壤,得到稳定性有机碳和氮的样品.用选择性溶提技术提取铁铝氧化物的含量,与稳定性有机碳和氮的关系表明:在2～250μm粒级上,游离铁、无定形铁和络合态铁含量的变化范围分别为6～60.8g/kg、0.13～4.8g·kg-1和0.03～0.47g·kg-1,在2μm粒级上分别为43.1～170g·kg-1、5.9～14.0g·kg-1和0.28～0.78g·kg-1.在2μm粒级上,无定形铝和络合态铝含量变化范围分别为0.08～1.34g/kg和0.11～0.47g/kg,在2μm粒级上分别为2.96～6.20g·kg-1和0.38～0.78g·kg-1.水稻土黄棕壤的选择性溶提铁的含量一般高于旱地黄棕壤,而选择性溶提铝的含量低于旱地黄棕壤.在2～250μm粒级上,土壤稳定性有机碳和有机氮含量变幅分别为0.93～6.0g·kg-1和0.05～0.36g·kg-1,在2μm粒级上分别为6.05～19.3g·kg-1和0.61～2.1g·kg-1,水稻土的稳定性有机碳和氮的含量高于旱地黄棕壤.在2～250μm粒级上,稳定性有机碳与有机氮比值(C稳/N稳)的变幅为9.50～22.0,在2μm粒级上分别为7.43～11.54.在2～250μm粒级上,土壤有机碳(氮)的稳定性指数SIC和SIN的变化分别为14.3～50.0和11.9～55.6,在2μm粒级上分别为53.72～88.80和40.64～70.0;旱地黄棕壤的SIC和SIN一般低于水稻土的,水稻土黄棕壤有利于有机碳和氮的保存.各种形态的铁铝氧化物含量与稳定性有机碳(氮)含量呈极显著正相关,且氧化物铁铝含量和稳定性有机碳(氮)含量在黏粒部分最高,即细粒级能保护土壤有机碳(氮).     

基于稳定同位素和水化学的内陆地下水咸化过程研究:以焦作市为例

内陆地区地下水咸化有别于海水入侵,以焦作市为例,利用不同水体的稳定同位素(如O18和H2)和水化学组成,判定地下水咸化来源。结果发现,焦作市深层地下水氯化物浓度升高与工业废水有关,工业废水借助断层破碎带对研究区深层地下水(D8)产生影响;焦作市浅层地下水氯化物浓度升高与工业废水和生活污水的混合水有关,混合水透过河床底部包气带进入浅层地下水对其产生影响。泉水、农业面源和大气降水不是研究区地下水氯化物污染的来源。     

浑善达克沙地南缘黄柳林地不同水体氢氧同位素特征

本文选取浑善达克沙地南缘正蓝旗的黄柳林地为研究对象,通过2020年5月至10月野外采集降水、土壤、地下水、植物茎干分析各水体的稳定氢氧同位素特征,比较各水体之间同位素关系。研究发现：(1)土壤水线和植物茎干水线的斜率均小于当地大气降水线,各水体同位素富集程度为地下水<降水<土壤水<植物茎干水,降水的稳定性最差,变异性较大;(2)由于蒸发和降水入渗,浅层土壤δ¹⁸O值和土壤含水量变化显著,而中深层水分受影响较小。降水中的δ¹⁸O值相对于浅层土壤水偏正,并且土壤水的δ¹⁸O值从浅层到深层逐渐呈偏负趋势,雨后各层土壤水波动的峰值出现有一定的时间推迟。(3)黄柳在生长季节主要利用浅层土壤水,各月对其利用率分别为96.20%、90.60%、84.90%、95.50%、86.70%和86.50%,随降水的减少也利用了中深层水;论文通过对黄柳林地内各水体的同位素变化特征的研究,摸清了土壤-植物-大气连续体中不同水体的同位素组成及其相互关系,对于揭示区域水循环的过程和机制至关重要,为浑善达克沙地防护林生态系统的生态水文...     

不同生长期和磷浓度下砷酸盐对铜绿微囊藻生长及砷吸收的影响

为了查明As(V)对不同生长期铜绿微囊藻生长和砷吸收的影响,分别在铜绿微囊藻的不同生长期,在低磷(0.02 mg·L~(-1))、中磷(0.1mg·L~(-1))和高磷(0.5 mg·L~(-1))水平,以及不同As(V)浓度下开展全因子室内模拟实验.结果表明,延缓期时,3个磷浓度下,As(V)添加均显著促进藻的生长,与对照组(CK)相比,平均生长速率(μ2d,下同)增长21.49%~32.23%,但不同砷处理浓度之间无显著性差异;同一砷浓度处理时,磷浓度梯度变化对藻的生长也无显著性影响.指数增长期时,As(V)添加均显著抑制藻的生长,其中,低磷浓度条件下的抑制作用最强,与CK相比,μ2d降低42.35%~106.30%,且随砷浓度升高呈线性下降,而中磷和高磷浓度下砷处理浓度之间无显著性差异.稳定期时,砷处理对藻的生长影响表现为逐渐升高的抑制作用(负生长速率值),其中,中磷浓度条件下抑制效应最高,与CK相比,μ2d降低1387%~3181%,高磷浓度条件下抑制效应最低,μ2d降低15.53%~378.00%.指数增长期和稳定期胞内砷含量结果表明,低磷浓度下不同生长期As(V)添加均显著促进藻细胞对砷的吸收,胞内砷含量大致随砷处理浓度增加而线性增长,而中磷和高磷浓度时藻细胞吸收砷的效应显著减弱,在指数增长期时则基本无效应,即磷对藻吸收砷具有显著的抑制作用.中磷和高磷浓度下,处于延缓期的铜绿微囊藻胞内砷含量高于处于指数增长期胞内砷含量,反映了藻类爆发时对砷的快速代谢外排特征.本研究成果可为认识砷污染与湖泊富营养化之间的相互作用提供科学基础.     

喀斯特地区土壤有机质的稳定碳同位素地球化学特征

以喀斯特地区二种主要的土壤类型石灰土和黄壤为例,对三种植被类型下土壤及土壤不同粒径组分中有机质的稳定碳同位素组成(δ13C值)进行了分析,结果显示:石灰土剖面中土壤有机碳含量均大于1.0%,最大值为表层土的7.1%,而三个黄壤剖面中土壤有机碳含量在0.3%～4.6%之间;石灰土剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围仅为-24.1‰～-23.0‰,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较小;而黄壤剖面中土壤有机质δ13C值的变化范围较大,在-24.5‰～-21.1‰之间,土壤不同粒径组分中有机质的δ13C值变幅也较大。对比研究表明,不同土壤类型中有机质的深度分布特征具有显著差异,土壤有机质的稳定碳同位素地球化学具有明显的区域性特征。