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Title: 青藏高原及其毗邻地区大气降水中不同形态汞的时空分布研究
Author: 黄杰
Issued Date: 2011-05-01
Supervisor: 康世昌
Major: 自然地理学
Degree Grantor: 中国科学院研究生院
Place of Degree Grantor: 北京
Degree Level: 博士
Keyword: 青藏高原及其毗邻地区 ; 大气降水/雪冰 ; 不同形态汞 ; 时空分布
Abstract:

环境中的汞(Hg)由于对人类健康存在潜在威胁而备受科学家关注。汞元素作为地壳中唯一在常温常压下呈液态的金属元素,主要以气态形式存在并能通过大气环流长距离传输参与全球尺度生物地球化学循环。青藏高原作为地球的“第三极”,地理位置和地形条件独特,远离工业区且人类活动稀少,是评价大气中重金属污染尺度和历史变化的理想研究场所。大气降水中的重金属元素浓度水平和变化是评价人类活动对大气环境影响的良好指标。开展青藏高原大气降水及雪冰中汞的研究既能丰富对全球大气汞沉降本底状况的认识,又能为正确认识和评价该地区汞潜在的环境风险提供基础依据。本论文旨在揭示青藏高原这一独特区域大气降水和雪冰中汞元素的时空分布特征及其环境意义。主要内容包括:(1)调查了青藏高原及其毗邻区8个台站大气降水中汞浓度和通量水平及空间分布特征,重点研究纳木错站和拉萨大气降水中汞浓度的季节变化规律及环境意义;(2)以青藏高原扎当冰川雪坑为研究对象,认识现代雪冰记录中汞的浓度水平、季节变化和潜在来源,评估雪冰记录大气汞沉降信息的代表性;(3)调查研究青藏高原4条典型冰川表层雪中汞的浓度水平,空间分布特征和海拔效应。

在青藏高原及其毗邻地区共计8个站点持续收集大气降水样品,分析了样品中不同形态汞的浓度。纳木错站大气降水总汞浓度(6.1ng/L)接近世界偏远地区背景值,可以作为全球偏远地区大气环境本底的代表站点之一。拉萨作为青藏高原典型的人类活动密集区,受人类活动影响显著,在所有监测点种拉萨大气降水总汞平均浓度较高(32.6ng/L);藏东南站大气降水中总汞平均浓度出现最低值(3.4ng/L),而且溶解汞占总汞的最主要部分。除藏东南站外,所有监测点降水中颗粒态汞均占主导地位,说明大气降水中汞主要以颗粒态汞的方式沉降。从空间对比来看,青藏高原及其毗邻地区大气降水中总汞浓度和颗粒态汞含量均呈现“北高南低”的分布趋势,大气降水中汞浓度水平可能与采样点距粉尘源区远近有关。纳木错和拉萨大气降水中汞浓度呈现出明显的季节变化特征,即非季风期高和季风期低,但拉萨降水中活性汞浓度却表现出明显的季节变化特征,即非季风期高和季风期低,但拉萨降水中活性汞浓度却表现出于总汞不同的季节变化,即季风期高和非季风期低。纳木错和拉萨大气降水中汞浓度与降水量大笑无显著相关关系,而主要与大气中粉尘颗粒物密切相关。所有监测台站大气汞年湿沉降通量在2.1μg/m²/yr12.1μg/m²/yr之间变化,均显著低于特大城市如北京大气汞年湿沉降通量。但部分代表环境本底的台站(e.g.,老虎沟站)大气汞湿沉降通量(12.1μg/m²/yr)高于北半球大气汞自然沉降速率(2-5μg/m²/yr)的上限值,属于城市区的拉萨(10.8μg/m²/yr)和玉龙站(10.5μg/m²/yr)大气汞湿沉速率也明显高于北半球大气汞自然沉积速率。纳木错站大气汞湿沉降通量主要受降水量控制,而拉萨大气汞湿沉降通量主要受降水中总汞浓度控制。

扎当雪坑记录和纳木错台站降水实测共同表现出相当的汞浓度水平和一致的季节变化特征(非季风期高和季风期低),说明雪冰记录很大程度上代表大气汞沉降的原始信息。对雪坑pH值、电导率、离子等化学参数分析表明,雪冰中化学物质以陆源物质输入为主,而受人类活动排放影响较小。总汞与代表陆源大气粉尘变化的颗粒和Ca2+密切相关,而与代表人类活动来源的NO3-NH4+相关性很差或呈负相关,说明雪坑中汞的来源可能以自然来源为主,雪冰记录中Ca2+或者微粒可用作为解译长时间序列汞历史记录和重建汞生物地球化学循环过程的重要参考指标。

青藏高原冰川表层雪中总汞浓度(<1ng/L13ng/L)与世界偏远地区雪冰和高原雪坑中总汞浓度水平相当。4条典型冰川表层雪中总汞平均浓度一次表现为墓士塔格冰川>果曲冰川>东绒布冰川>扎当冰川。纳木错站雪/气界面观测研究表明,整个观测期表层雪中汞最终仅有31%的部分重新释放回大气或进入地表,表明青藏高原雪冰中的汞受光致还原等沉积后过程的影响很小。青藏高原4条典型冰川表层雪冰中汞浓度均表现出海拔放大效应,说明青藏高原可能扮演着全球大气汞汇的重要角色。

Language: 中文
Content Type: 学位论文
URI: http://ir.itpcas.ac.cn/handle/131C11/1613
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黄杰.青藏高原及其毗邻地区大气降水中不同形态汞的时空分布研究 [博士].北京.中国科学院研究生院.2011
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