近岸沉积物210Bi/210Pb不平衡的初步研究

摘要

210Bi属于铀系衰变链核素，半衰期5.01d，母体为210Pb，子体为210Po。在海洋学中，对其母体210Pb和子体210Po已有较多的研究，对210Bi的相关研究却鲜有涉足。
　　Kim等(2014)认为，210Bi有很强的颗粒活性，对210Po/210Pb不平衡有重大的贡献。学者们在利用210Po/210Pb不平衡测POC输出通量时，均没有考虑210Bi的影响，可能高估了POC通量。因此，有必要研究210Bi的生物地球化学行为特征。
　　Biggin等(2002)在爱尔兰海东北部的表层海水发现颗粒态中的210Bi/210Pb放射性活度比达2.90±0.45，溶解态中的比值仅0.14±0.03，总比值接近1，这和Tokieda等(1994)在Funka湾测得的结果一致。但Narita等(1989)和Harada等(1989)在佛罗里达州的地下水中检测到210Bi(16.4±0.6 dpm/L)相对于210Pb(0.382±0.065dpm/L)大量过剩。二者之间的矛盾以及至今极少的研究报道，使得210Bi的基本地球化学行为特征极不明确。
　　水体中210Bi的研究需要采集大体积的样品和比较大的工作量，不利于处理大批量样品。而对沉积物210Bi的研究也极为有限。本论文首次建立了用离子交换树脂快速分离纯化和β计数仪精确测量沉积物210Bi和210Pb的方法。从采样到210Bi的测量可在2天内完成;在五份平行样品中，210Bi和210Pb平均活度分别为1.65±0.08和1.67±0.08 cpm/g，平行样相对偏差均不超过5％，方法的平行性良好。且210Bi和210Pb的滤取效率相等，因而可在同一份样品同时测定210Bi和210Pb，大大减少了试剂用量和工作量。半年后再次测量沉积物中210Bi活度（亦为210Pb活度）为1.64±0.08 cpm/g(n=4)，方法的重现性良好;总回收率42.0±1.9％，偏差小，回收率稳定，无需添加示踪剂。
　　将该方法应用于集美滩涂(JM站)和九龙江河口柱状沉积物，首次测得三个站位210Bi和210Pb的垂直剖面，活度分别介于2.07±0.10到4.85±0.30 dpm/g、2.24±0.11到5.25±0.27 dpm/g之间。在JM站和九龙江河口的A6站发现，沉积物柱中210Bi和210Pb基本处于放射性平衡状态;九龙江河口A3站沉积物的210Bi和210Pb在4 cm以浅和12 cm以深无明显的不平衡，4-12 cm之间则出现了210Bi明显的亏损，其原因尚不明确，需对其进行深入的研究。
　　在九龙江河口，沿盐度梯度采集了6个表层沉积物样品，测得210Bi和210Pb的活度分布。结果显示，210Bi和210Pb在表层均没有显著差别，盐度对其影响不大，沉积物性状对210Bi和210Pb活度的影响比较明显。与此不同的是，大嶝岛表层沉积物出现了210Bi的明显过剩，210Bi/210Pb比值为1.27±0.10。
　　本论文对沉积物210Bi/210Pb不平衡的研究进行了初步的尝试，但不够深入。210Bi的生物地球化学行为尚需要更多的样品和参数去验证。在后续研究中可以结合间隙水和上覆水中210Bi和210Pb以及盐度、温度和pH进行分析。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 铋和铅的基本性质

1．1．1 铋的基本性质

1．1．2 铋的同位素

1．1．3 铅的基本性质

1．1．4 铅的同位素

1．2 铋在海洋中的分布

1．3 210Bi、210Pb在海洋学中的研究现状和应用

1．3．1 210Bi的方法研究现状

1．3．2 210Bi在海洋学中的应用

1．3．3 210Pb在海洋学中的应用

1．4 水体中210Po／210Pb不平衡示踪POC输出通量

1．5 210Bi、210Pb在海水中的不平衡

1．6 研究目的

第2章 沉积物中210Bi、210Pb的分离与测量

2．1 实验用仪器、试剂以及材料说明

2．1．1 主要仪器

2．1．2 主要试剂及主要材料

2．2 实验方法及优化过程

2．2．1 沉积物中210Bi、210Pb分离及测量实验流程

2．2．2 滤取条件优化

2．2．3 洗脱条件优化

2．2．4 210Bi洗脱曲线

2．2．5 共沉淀条件选择

2．3 方法质量控制

2．3．1 210Bi衰变回归曲线

2．3．2 方法的平行性和重现性

2．3．3 210Pb与210Bi的滤取效率对比

2．3．4 回收率

2．3．5 探头的相对效率

2．4 方法总结

第3章 厦门滩涂以及九龙江河口沉积物的210Bi／210Pb不平衡

3．1 采样区域及样品处理

3．1．1 大嶝岛采样及样品处理

3．1．2 集美滩涂采样及样品处理

3．1．3 九龙江流域及厦门湾简介

3．1．4 九龙江航次及样品处理

3．2 大嶝岛滩涂表层浮泥中的210Bi、210Pb

3．3 集美滩涂柱状沉积物210Bi、210Pb垂直分布及间隙水210Bi

3．4 九龙江河口沉积物210Bi、210Pb

3．4．1 沉积物210Bi、210Pb的垂直分布特征

3．4．2 表层沉积物210Bi、210Pb活度的分布特征

3．5 β计数仪法和γ能谱仪法测210Pb的比较

3．6 实验结果讨论

第4章 总结与展望

4．1 沉积物中210Bi和210Pb不平衡研究的总结

4．2 不足以及展望

参考文献

附录

致谢