环境端元物质的同位素标记特征

发布网友 发布时间：2022-04-29 06:27

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热心网友 时间：2022-06-20 16:08

环境物质的组成取决于源区各端元组分(自然源:各种天然物质组分;人工源:人类活动的各种排放物)的贡献，源区各端元组分对环境物质贡献强度的变化与物源地域的环境条件有关。

1.同位素端元值的确定

由岩石矿物衍生的环境物质，如黄土、沉积物、土壤、降尘等，一定程度上都保留了源区物质组分的特点，特别是它们的同位素组成存在着可辨认的特征标记。以花岗岩或其他硅酸盐组分占优势的源区物质，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb的比值一般较高，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd较低;而与基性、超基性岩有关的源区物质的同位素组成，则完全相反。即便是同类型岩类，因其形成条件不同，同位素组成也会有明显差异。因此，在研究这类环境物质组分来源时，要对它们的物源性质作出初步的判断，从一定的区域背景范围内针对裸露于地表的主要岩体类型及风化组分，分别测出它们的同位素组成，作为环境物质的端元值。如果环境物质来源于一种端元组分，则环境物质的同位素组成与这种端元组分应该接近一致。如果落在多种背景物质的同位素组成范围内，则环境物质可能是多种源区物质混合形成的。

Sun(2002)利用Sr同位素研究塔里木盆地、柴达木盆地和准噶尔盆地是否是黄土高原有效的物源区时发现，3个地区⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比明显不同，只有塔里木盆地黄土与黄土高原黄土具有相近的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值(图16－1)。因此，黄土高原是塔里木盆地黄土源物质的主要供应区。

图16－1 研究区域黄土样品⁸⁷Sr/⁸⁶Sr与1/Sr和⁸⁷Rb/⁸⁶Sr关系图(据Sun，2002)

在评估城市环境重金属元素对大气降尘的贡献时，一般要考虑3个方面端元物质的影响:燃油铅、燃煤铅、土壤铅。一般情况下，土壤铅同位素较为稳定，但燃油铅、燃煤铅因产地或牌号不同，其同位素组成可能存在差别。要重点调查一个城市燃油、燃煤的主体来源，作为环境物质源区的端元组分。

美国西部、加拿大的典型工业气溶胶的铅同位素组成²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb分别为19.3和18.4，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb分别为15.820和15.862，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb分别为38.911和38.333，²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb分别为1.22和1.16(朱炳泉，1998;Sturges等1989)。前苏联地表含Pb矿物和工业排放的Pb平均²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb比为11.58(朱炳泉，1998)，西欧诸国使用的石油中²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb比值为1.04左右(朱炳泉，1998)。北极受海盐气溶胶影响的雪层和海冰的平均²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb值分别为0.8479和0.8867(效存德等，1999)，受工业污染较轻，代表来自海洋的背景Pb的同位素组成(效存德等，1999)。

在评估城市工业燃料燃烧产生的CO₂对一个城市大气的贡献时，常常选择正常大气CO₂为一端元组分，δ¹³C值一般为－6‰～－7‰，而另一端元物质(燃煤和燃油)的δ¹³C值却低得多。正确的端元组分的选择，可以有效评估各源区物质对环境物质的贡献。

环境物质中有机组分的同位素组成十分复杂，不同碳原子数构成的有机分子，同位素组成不一样，有机分子的碳数愈高，愈富重同位素。因此，选用源区物质中哪种碳数的有机组分的同位素组成作为端元值，显得十分重要。这就需要根据环境物质各有机组分的相对含量和有机分子碳数来决定。对于陆生植物，C₃一般为－21‰～－33‰，平均为－27‰;C₄为－9‰～－21‰，平均为－14‰(Smith，1971)。Huang等(2001)选用－19‰和－34‰分别作为C₄植物和C₃植物单体正构烷烃碳同位素组成的端元值。

2.土壤铅同位素地域性差异的判别

在环境物质的研究中，土壤的情况较特殊，它是由复杂的碎屑和胶结物组成的。有效地萃取源区物质特别重要。由于各地地质结构不同，铅同位素组成具有地域特征。陈成祥等(2007)利用福建不同茶园土壤铅同位素比值测定，比较了土壤全溶解(图16－2)和残渣态(图16－3)两种赋存形式的铅同位素组成的差异，发现残渣态的铅同位素组成有明显的地域性特征，可用来作为地区土壤的判别依据。

图16－2 各地土壤全溶解Pb同位素比值分布图(据陈成祥等，2007)

图16－3 各地土壤残渣态Pb同位素比值分布图(据陈成祥等，2007)