慕士塔格冰芯中重金属记录与中亚现代人类活动

摘要

冰芯是记录大气中重金属变化的环境档案之一，冰芯中的重金属记录了区域乃至半球规模人类活动对地球大气环境污染历史、规模和趋势、区域或全球气候变化、特殊环境污染事件、自然活动如火山等。虽然青藏高原分布大量的山地冰川，但有关雪冰中痕量重金属方面研究数据很少。 本研究首次通过对青藏高原西部慕士塔格冰芯中Mn、Fe、Rb、Sr、Cs、Ba、Ni、Sb、Bi和U等重金属记录的研究，揭示了1955至2000年期间的与中国西部接壤的中亚国家人类活动对大气的污染。 在净化条件下建立了对冰芯样品的前处理方法，样品中硝酸含量为1﹪为酸化样品的最佳酸度；利用高分辨ICP-MS仪器建立了同时测定多种重金属元素的方法，包括检测限和测试精度，并通过标准参考物质SRM．1640和SLRS-4对测试方法进行质量控制。 结果表明，慕士塔格冰芯中重金属浓度在<1pg/g～／400ng/g之间，并且存在着较大的变化，浓度最大值是最小值的50～130倍。 通过比较发现，Fe和Ba的浓度高于青藏高原南部雪冰中的相应浓度，指示慕士塔格冰芯受到明显的岩石和土壤粉尘的影响。慕士塔格冰芯中Fe、Mn、Rb、Sr和Ni的平均浓度分别为加拿大北极雪冰中的43倍、72倍、40、70和40倍；Sb的浓度分别为加拿大北极雪冰中的5倍、格陵兰中部的12倍；Bi的平均浓度大约分别为欧洲的2倍、格陵兰中部的3.5倍和南极CoatsLand的100倍，揭示了中亚区域大气中重金属的自然循环受到显著的人类活动的扰动。U的平均浓度分别是欧洲的3倍、加拿大北极的65倍、格陵兰中部的19倍和南极CoatsLand的520倍，可能说明中亚丰富的铀矿资源开采和冶炼活动对区域大气的影响。在所测样品中U浓度最高值出现在1959年，可能指示在这一时间左右发生在中亚的大气层核试验。 冰芯中来自岩石和土壤粉尘的重金属如Fe、Ba、Sr、Rb、Cs、Ni和Tl的浓度也在1990s之前呈波动式的增加趋势，与相应时间内中亚植被覆盖面积减小、干旱土壤面积扩大，人类活动增加而导致的大量地壳粉尘被抬升到大气中有关。 与北极雪冰中Sb记录的时间趋势不同，慕士塔格冰芯中Sb的浓度在1960s中后期开始到1990s初期呈现出波动式的增加趋势。通过比较研究，发现慕士塔格冰芯中Sb的浓度在研究时间段内的变化与对应时间内吉尔吉斯坦Sb矿产量变化一致，而与中国的Sb矿产量变化趋势不一致，揭示了吉尔吉斯斯坦Sb矿生产是慕士塔格冰芯中Sb的重要来源。Sb浓度在1990s年代的变化趋势揭示了中亚吉尔吉斯坦和哈萨克斯坦煤炭燃烧是慕士塔格冰芯中Sb的一个重要来源。Bi的浓度在研究时间内的变化揭示了中亚有关人类活动呈增加趋势。

目录

文摘

英文文摘

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引言

第一章雪冰中重金属元素研究历史回顾

1.1格陵兰雪冰中重金属研究

1.2南极雪冰中重金属记录研究

1.3山地冰川中重金属记录研究

1.4国内雪冰中重金属研究进展

1.5本研究的目的和意义

第二章研究区域概况

第三章实验部分

3.1净化实验室

3.2试剂及器皿的酸洗程序

3.3测试方法

3.4冰芯样品前处理方法

第四章结果与分析

4.1慕士塔格冰芯中重金属浓度数据特点

4.2与其它地区雪冰中重金属的比较

4.3重金属元素的时间趋势

第五章讨论

5.1大气中重金属的来源

5.2慕士塔格冰芯中重金属的来源分析

第六章结论和展望

参考文献

个人简历

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士期间主要参加的科研和学术活动

致谢