我国近海大气气溶胶中Fe的溶解度及其影响因素

摘要

海洋中微量元素Fe的含量已经成为其初级生产力的主要限制性因子，大气中颗粒态Fe的干、湿沉降是海水中Fe的主要来源。但沉降入海后，真正能起到提高海洋初级生产力作用的是气溶胶中可溶性的Fe，因此关于大气气溶胶中微量元素Fe的溶解度研究就显得尤为重要。目前这项研究工作正在全世界的范围内开展，但关于亚洲地区气溶胶中Fe的溶解度研究还相对较少。
　　本研究于2013年在我国近海海域采集了69个大气总悬浮颗粒物样品（其中渤海6个、黄海16个、东海33个、南海14个），分析了其中微量元素Fe的总浓度与溶解态浓度，讨论了其在不同海域的溶解度特征，重点探究了酸化过程、云过程、气溶胶传输路径、重力沉降、海盐气溶胶含量以及生物质燃烧等大气中发生的过程对气溶胶中Fe溶解度的影响。以期认识我国近海大气气溶胶中Fe的溶解度特征及其主要影响因素，为正确评价我国近海大气沉降中Fe对海洋初级生产力的贡献提供一定的参考资料。
　　研究发现:在采样期间我国近海海域（渤海、黄海、东海以及南海）大气气溶胶中总Fe含量呈现由北向南依次降低的趋势:渤海(2024ng/m3)＞黄海(1064ng/m3)＞东海(607 ng/m3)＞南海(435 ng/m3)。我国近海海域大气气溶胶中Fe的溶解度为1.5％-21.3％，平均为8.7％，各海域的溶解度平均分别为:南海海域7.2％、东海海域9.7％、黄海海域10.4％、渤海海域7.4％。
　　南海海域大气气溶胶中的总Fe(FeT)主要来自于自然源。溶解态Fe(Fes)与nss-SO42-、NO3-及乙二酸等酸性组分之间存在显著的正相关关系，表明酸化过程是影响南海气溶胶中Fe溶解度的主要因素。溶解态Fe与nss-K+很好的相关关系表明生物质燃烧也可能影响气溶胶中Fe的溶解度，但经计算发现生物质燃烧对气溶胶中溶解态Fe的直接贡献很小，而主要来自生物质燃烧产生的颗粒物作为云凝结核参与的云过程对气溶胶中Fe溶解度的间接影响。溶解态Fe与主要来自人为来源的As、Pb、Cd等微量金属元素的相关性要远好于这些元素总量之间的相关性，表明Fe与这些元素在经历了相似的大气过程，而大气中普遍存在的云过程可以在很大程度上解释这一现象。
　　东海海域受沙尘影响的样品中FeT、 FeS以及人为污染物的含量都远高于非沙尘样品，但沙尘与非沙尘样品中Fe的平均溶解度却相差不大。按气团后向轨迹的不同，受沙尘影响的样品可分为两类:高空传输且移动较快的清洁型样品(FC型);低空传输移动较慢的污染型样品（SP型），SP型样品中Fe溶解度(15.5％)明显高于FC型(6.1％)，但与非沙尘样品较为相近。不同季节大气颗粒物中FeT和Fe的溶解度有较大区别，FeT的季节变化为:秋季＞春季＞夏季;Fe的溶解度为:夏季＞春季＞秋季。东海气溶胶中溶解态Fe与酸性组分存在显著的相关关系，表明大气颗粒物表面的酸化过程是影响东海气溶胶中Fe溶解度的主要因素，沙尘气溶胶中SP型与FC型样品中Fe溶解度有较大差异也说明了这一点。另外，海盐气溶胶含量高时气溶胶中Fe的溶解度往往较低。
　　黄渤海海域大气气溶胶样品根据其气团来源不同可以分为两类:来自我国北方大陆的NCS样品及来自非北方大陆的no-NCS样品，no-NCS样品中Fe溶解度为13.5％，明显高于NCS样品中的7.3％。研究发现:在NCS样品中云过程可能是影响Fe溶解度的主要因素;而在no-NCS样品，酸化过程则可能是影响Fe溶解度的主要因素。Fe的溶解度与颗粒物比表面积有较好的相关性，表明Fe溶解度与颗粒物的大小有关，粒径较小的颗粒物具有较大的比表面积其为含Fe颗粒物进行大气反应提供更加充分的反应场所进而提高其溶解性。

目录

声明

摘要

0 前言

1 文献综述

1．1 微量元素Fe随大气沉降对海洋初级生产力的影响及其溶解度

1．2 中国近海大气气溶胶中Fe溶解度的影响因素

1．2．1 气溶胶的来源和矿物组成

1．2．2 重力沉降

1．2．3 云过程

1．2．4 大气中酸化过程

1．3 小结

2 实验部分

2．1 样品采集与航迹图

2．1．1 采样调查时间与地点

2．1．2 样品采集与样品编号

2．2 采样膜与样品处理

2．2．1 采样膜预处理

2．2．2 样品处理方法

2．3 样品分析

2．3．1 样品分析方法

2．3．2 仪器与分析试剂

2．3．3 质量控制

2．4 数据分析方法

2．4．1 数据计算方法

2．4．2 气团后向轨迹分析

3 南海大气气溶胶中Fe的溶解度特征及其影响因素

3．1 南海北部气溶胶中Fe的浓度和溶解度变化特征

3．2 气溶胶中Fe与各个源特征元素相关性分析

3．3 大气过程对于气溶胶中Fe溶解度的影响

3．4 小结

4 东海大气气溶胶中Fe溶解度特征以及影响因素

4．1 东海海域大气气溶胶中Fe浓度分布特征

4．1．1 采样期间东海大气气溶胶中Fe溶解度特征

4．1．2 样品在沙尘天气条件下的传输路径对于Fe溶解度的影响作用

4．1．3 东海海域Fe溶解度在不同季节的变化特征

4．2 海盐含量对气溶胶中Fe溶解度的影响

4．3 气溶胶中酸性物质含量对于Fe溶解度的影响

4．4 小结

5 黄渤海海域大气总悬浮颗粒物中Fe溶解度特征及其影响因素

5．1 黄渤海海域总悬浮颗粒物中Fe溶解度特征

5．2 黄海海域no-NCS与NCS样品总悬浮颗粒物中Fe溶解度特征

5．3 气溶胶比表面积对Fe溶解度影响

5．4 小结

6 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果