（海洋化学专业论文）长江口及黄海海域中210po和210pb的环境分布及其活性不平衡现象.pdf

t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e ei n2 010 u n i v e r s i t yc o d e ：10 2 6 9 r e g i s t e r e d ：510 716 0 2 0 2 0 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y d i s t r i b u t ka n dr a d d i s t r i b u t i o na n da d i o a c t i v e d i s e q u i l i b r i u m o f2 1 0 p oa n d2 1 0 p bi n c h a n g ji a n ge s t u a r ya n d t h ey e l l o ws e a d e p a r t m e n t ：s t a t ek e yl a b o r a t o r y _ o f e s m a r i n ea n dc o a s t a l r e s e a r c h s p e c i a l t y ：丛堑望曼g h 星兰堕i 鞋咝 r e s e a r c hd i r e c t i o n ： ! 墨q ! q 卫星墨坠4 垦亟里曼h 星堡i 蚁 s u p e r v i s o r ： p r o f j i n z h o ud u m a s t e rc a n d i d a t e ： ：里星坠g 垫垒q d o n ei nm a y , 2 0 1 0 。，懂 ， 锄 再 _、a - b l 薯 ： 华东师范大学学位论文譬创性声明 删 郑重声明：本人呈交的学位论文长江口及黄海海域中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的环境分布 及其活性不平衡现象，是在华东师范大学攻读葡蟛博士( 请勾选) 学位期间，在导 师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：趟日期刊啤臼 日 i 华东师范大学学位论文著作权使用声明 长江口及黄海海域中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的环境分布及其活性不平衡现象系本人在 华东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕硅博士( 请勾选) 学位论文，本论 文的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用 此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论 文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借 阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将 学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文奉， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名二主二彬 本人签名璋 z 。口年厂月日 “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经 上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均 适用上述授权) 。 ，l 毋 ， ： 学位论文导师意见 本人负责指蝴同学的硕士学位论文，据我所知，除文中已经 注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究 成果；经审阅认为该论文已达到我校硕士学位论文的学术水平，同意 该论文送审并答辩。 指导小组导师意见 本人参与指导应蝴学的硕士学位论文，经审阅认为该论文已达 、- j4 p 到我校硕士学位论文的学术水平，同意该论文送审并答辩。 指导小组导师签名：( 莎4 哪 日期：2 旦f ! ：笸：三 亨髟 k 一 ， 鼻 壑坚硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 张卫国教授华东师范大学主席 杨鸿山研究员东海水产研究所 臧维玲教授上海海洋大学 戈立新高级工程师上海辐射环境站 瞿建国副教授华东师范大学 一 席 “ 摘要 摘要 本文主要利用g a m m a 和a l p h a 能谱仪测定了上海地区大气沉降、长江输入河口( 徐 六泾) 水体、崇明东滩沉积物以及黄海水体中的2 1 0 p o 和2 1 0 v b 的放射性活度及其时、空 分布。希望通过以上研究，认识研究河i ；3 以及近岸地区的2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的环境分布及其 不平衡性的意义。 具体研究的初步结果如下： ( 1 ) 方法学研究：建立雨水、河流、海水、悬浮颗粒物、生物以及沉积物中2 1 0 a o 和 2 1 0 p b 的富集、分离、纯化与测量方法。结合本实验室已有的仪器设备，同时发展g a m m a 能谱法与a l p h a 能谱法测量技术，并对两种测量方法进行比较。 ( 2 ) 上海地区2 1 0 p o 和2 1 0 p b 沉降通量值要高于位于中国北部的青岛及南部的厦门。 2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的沉降通量具有较为一致的的季节变化特征：春冬季沉降通量值高于夏秋 季。两者在春夏季的沉降通量与降雨量并没有表现出明显的相关性，这可能与上海地区的 季风气候有关。 ( 3 ) 徐六泾水体中溶解相2 1 0 p o 的比活度为0 0 2 一1 8 1b q m 3 ，平均值为0 5 0b q m 3 ， 溶解相2 1 0 p b 的比活度为o 1 7 2 3 3b q m 3 ，平均值为0 9 9b q m 3 。徐六泾水体中颗粒相 2 1 0 p o 的比活度为0 9 0 - 7 1 8b q m 3 ，是溶解相2 1 0 p o 活度的1 3 0 0 倍，而颗粒相的2 1 0 p o 含量约占总的2 1 0 p o 含量8 6 ；颗粒相2 1 0 p b 的比活度是溶解相2 1 0 p b 比活度的2 - 2 6 倍， 平均含量约占总2 1 0 p b 含量7 8 ，说明2 1 0 p o 和2 1 0 p b 进入水体很快地被颗粒物吸附并从 河水中清除。 ( 4 ) 崇明东滩1 4 # 、2 7 # 和4 5 # 站的表层沉积物中，2 1 0 v o 和2 1 0 p b 的比活度，平均值 分别为：1 9 4 ，1 2 2 ，9 3 2 b q k g 和7 2 8 ，5 8 6 ，4 1 9 b q k g ，比徐六泾悬浮颗粒物2 1 0 p o 和 2 1 0 p b 的相应值高。三个站位2 1 0 p o 2 1 0 p b 比值分别为：2 6 6 ，2 0 9 和2 2 2 ，t k _ k 海地区雨 水中的年平均值高，说明其中主要并不是来自大气的干湿沉降。从空间分布来看，随2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的比活度离岸距离的增加而逐渐增加。 ( 5 ) 黄海海域表层水体中溶解态2 1 0 p b 的活度介于o 3 8 以9 7 b q m 3 ，明显高于底层水， 反映了表层水中大气沉降的输入。各站位垂向的2 1 0 p o 相对于2 1 0 p b 大致呈现活度不足的 情形，表明2 1 0 p o 比2 1 0 p b 更容易清除。除了个别站位外，黄海海域中t 2 1 0 p o 序1 0 p b 比值 小于1 ，呈现2 1 0 p o 相对于2 1 0 p b 的不足现象。 一 摘要 对于黄海海域t 2 1 0 p b 的滞留时间在近岸的浑浊浅海区小于0 0 8 a ，而清澈的海水区域 大约0 1 7 a ，其结果要远小于要开阔大洋的2 3 a 。 关键词：长江口；黄海；2 1 0 p o ；2 1 0 p b ；大气沉降通量；滞留时间；不平衡性 i i a b s t r a c t 一，一 a b s t r a c t t h em o n t h l yv a r i o u so fa c t i v i t i e so f2 1 0 p oa n d2 1 0 p bi nr i v e r i n ew a t e r ( x u l i u j i n g ) ，s u r f a c e s e d i m e n to fc h o n g m i n go f c h a n g j i a n ge s t u a r y a n dt h ey e l l o ws e aw a t e rw e r e c h a r a c t e r i z e db yg a m m as p e c t r o m e t r ya n da l p h as p e c t r o m e t r y m o r e ，t h ea t m o s p h e r i cd e p o s i t i o n f l u x e so ft h e s e2 删c l i d e sw e r ea l s od e t e r m i n e d t h ed e t a i l so f t h ep r e s e n tt h e s i sw e r es h o w e d b e l o w ： ( 1 ) m e t h o d sw e r ee s t a b l i s h e df o re x t r a c t i o n ，p u r i f i c a t i o n ，a n dd e t e r m i n a t i o no fn a t u r a l 2 l o p oa n d2 1 0 p bi nr a i n w a t e r , r i v e rw a t e r , s e a w a t e r , s u s p e n d e dp a r t i c u l a t em a t t e r , a n dt i d a ln a t s e d i l n e n t s b o t ho ft h eg a m m aa n da l p h as p e c t r o m e t r yw e r eu s e d f o r2 1 0 p oa n d2 1 0 p b m e a s u r e m e m ( 2 1t h ea r m o s p h e r i cd e p o s i t i o nf l u x e sf o rb o t h2 1 0 p oa n d 2 1 0 p bi nc h a n g j i a n ge s t u a r yi s h i g h e rt h a nt h o s ei nx i a m e na n dq i n g d a oc o a s ta r e a , c h i n a t h ed e p o s i t i o n a lf l u x e so f 小u p o a n d2 1 0 p bh a v eb e e nf o u n dt ob es e a s o n a lc h a n g ew i t hs i m i l a ru e n d t h ev a l u eo ff l u x m e a s u r e di ns p r i n ga n dw i n t e ra r eal i t t l eh i g h e rt h a nt h o s ei ns u m m e ra n da u t u m n i ns p r i n g a n ds u m m e r , t h ed e p o s i t i o nf l u x e sf o rt h et w on u c l i d e s d i d n tb e h a v ea n ys i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o nw i t hr a i np r e c i p i t a t i o n , w h i c hm i g h tb ec a u s e db yt h em o n s o o nc l i m a t e i n s h a n g h a i ( 3 ) t h ea c t i v i t i e so f2 1 0 p oa n d2 1 0 p bi nt h ed i s s o l v e dp h a s ea tx u l i u j i n gr a n g ef r o m0 0 2t o 1 8 1a n do 1 7t o2 3 3b q m 3 ，r e s p e c t i v e l y 2 1 0 p oa n d2 1 0 p bi nf i v e r i n ew a t e rw a t e r sw e r em a i n l y c a r r i e db yp a r t i c u l a t e s ，i n d i c a t i n gt h a t2 1 0 p oa n d2 1 0 p bw a se a s i l ya b s o r b e da n dr e m o v e d f r o mt h e s o l u t i o nb yt h er i v e r i n ep a r t i c l e s ( 4 1f r o mt h eh i g hf l a t ，m i d d l et ot h el o wf i a t , t h em e a n a c t i v i t i e so f2 1 0 p oa n d2 1 0 p bi n t h es u r f a c es e d i m e n to fe a s tt i d a lf l a to fc h o n g m i n gw e r e ：1 9 4 ，1 2 2 ，9 3 2b q k gf o r2 1 0 p oa n d 7 2 8 ，5 8 6 1 ，4 1 9b q k gf o r2 1 0 p b ，r e s p e c t i v e l y ( 5 ) t h ed i s s o l v e d2 1 0 p bi ns u r f a c ew a t e ro ft h ey e l l o ws e ag e n e r a l l yd i s p l a y sh i g h e r a c t i v i t i e s ( a r o u n d0 3 8 - 2 9 7b q m 3 ) r e l a t i v et od e e ps e a w a t e r , r e f l e c t i n ga t m o s p h e r i ci n p u t d o m i n a n t l v i tw a ss e e nt h a t ，t h ea c t i v i t i e so f2 l o p oi nt h ew a t e rc o l u m na n d i nt h ep a r t i c l e s a r e s t r o n g l yd e f i c i e n tr e l a t i v et oi t sp a r e n tn u c l i d e 2 1 0 p b u s i n gab o x m o d e l ，t h e 2 1 0 p br e s i d e n c et i m ew a sl e s st h a n0 0 8 ai nt h et u r b i dw e s t e r n s h a l l o ww a t e rd o m a i na n da b o u to 17 ai nt h ec l e a rw a t e rd o m a i n a so b s e r v e d k e yw o r d s ：c h a n g j i a n ge s t u a r y ；t h ey e l l o ws e a ；2 1 0 p o ；2 t o p b ；a t m o s p h e r i cd e p o s i t i o n ； r e s i d e n c et i m e ；t h ed i s e q u i l i b r i u m m 附图目录 附图 图1 1 铀的衰变系列( k e n d a l l & m c d o n n e l l 1 9 9 8 ) 2 图l 一2p o 2 1 0 在近岸海洋中的循环。8 图2 1研究区与采样点分布图1 2 图2 2 崇明东滩采样点分布图l3 图2 3f e ( o h ) 3 共沉淀流程。15 图2 - 42 1 0 p o 与示踪剂2 0 9 p o 的谱图1 6 图2 5 a l p h a 法与g a m m a 法结果的相关性1 9 图3 12 0 0 8 年5 月2 0 0 9 年4 月上海地区7 b e 、2 1 0 p o 、2 1 0 p b 的大气沉降通量及月降雨量2 5 图3 22 1 0 p o 和2 1 0 p b 以及7 b e 与2 1 0 p b 大气沉降通量关系图2 8 图3 32 1 0 p o 2 1 0 p b 的季节性变化2 9 图3 - 42 1 0 p o 2 1 0 p b 随风速及降水量的变化2 9 图4 1 徐六泾水体中溶解态中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的季节变化一3 6 图4 2 徐六泾水体中颗粒态中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的季节变化3 6 图4 3t 矾峄。门r z l 峄b ) ar 的季节变化3 7 图4 4t s m 与固液分配系数k 的相关性3 9 图5 1 崇明东滩1 4 # 、2 7 # 和4 5 # 站2 1 0 p o 与2 1 0 p b 比活度对数的季节变化。4 3 图5 - 2 崇明东滩表层沉积物2 1 0 p b 比活度的空间变化4 3 图5 3 崇明东滩表层沉积物2 1 0 p o 比活度的空间变化4 4 图6 1 黄海若干站位温度剖面图4 8 图6 2 黄海海域表层水中t 2 1 0 p o 的分布。5 0 图6 3 黄海海域表层水中t 2 加p b 的分布5 0 图6 - 40 9 0 8 航次黄海表层水中t 2 1 0 p 0 t 2 1 0 p b 的相关性5 0 图每50 9 0 6 航次各站位2 1 0 p o 和2 1 0 p b 比活度的垂向分布。5 3 图6 _ 60 9 0 8 航次各站位2 1 0 p o 和2 1 0 p b 比活度的垂向分布5 3 图6 70 9 0 6 黄海航次各站位不同层次t 2 1 0 p o t 2 1 0 p b 比值变化。5 4 图6 80 9 0 8 黄海航次各站位不同层次t 2 1 0 p o 门r 2 1 0 p b 比值变化。5 5 图6 9 黄海各站位不同层次d2 1 0 p o 与d2 1 0 p b 的相关性5 6 图6 1 0 黄海各站位不同层次t2 1 0 p o 与t2 1 0 p b 的相关性5 6 i v 附表目录 附表 表3 1 上海地区2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的大气沉降通量l ( b q m - 2 d - 1 1 2 6 表3 2 不同地区7 b e 、2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的大气沉降通量l ( b q m - 2 d 1 ) 2 7 表4 1徐六泾水体中的崮液分配系数l _ t 时刻母体衰变量；九1 ，2 母体，子体衰变常数t - 样品测试日期与采集时间之差 因a _ 九n ，代入方程( a ) ，可以得出母体2 1 0 p b 的活度为 a p d 一2 1 0 如2 1 0 = 丽( b ) 从方程( b ) 可以看出，只要测试日期与采集时间之差( 样品放置时间) t 足够大， 方程右边分母( 卜2) 趋近于1 ，2 1 0 p b 活度等于2 1 0 p o 的活度，认为两者之间达到 长期平衡。2 1 0 p b 与2 1 0 p o 活度的比值即厶一2 1 0 a ，o 吲。随时间t 的变化，为确定样品放置 时间对测量结果的影响，分别取t 为4 个月，8 个月，1 2 个月，1 6 个月，2 0 个月和2 4 个月代入方程( b ) 进行计算，得出彳丹矧o 4 p o 划。分别为：1 7 2 ，1 2 1 ，1 0 8 ，1 0 3 ，1 o l 和1 0 1 ，可见样品放置时间的长短对结果的影响较大，当样品放置1 2 个月时， 如一2 1 0 a p o 吲。比值为1 0 8 ，2 1 0 p b 与2 l o p o 之间已基本达到平衡【3 l ，3 2 。 丫分析方法：运用丫法测定2 1 0 p b 活度，样品不需要经过前处理，直接放入探测器中 一 ( 目前主要使用h p g e 探测器) ，能量为4 6 5k e y 处的全能峰即为2 1 0 p b 发射的y 辐射 能量【2 7 1 。对于活度的计算，通常有以下两种方法： ( 1 ) 效率曲线法 根据效率曲线和 r 发射几率及其全能锋面积等数据确定核素的活度，此方法的关键 在于刻度好丫探测系统的效率曲线。 ( 2 ) 相对测量法 用待测量样品与标准源中同种核素的同类 r 峰面积之比来确定其活度。 运用效率曲线法计算，待测样品的厚度应与标准源相同，需进行y 符合相加效应校 正，两种方法都应进行待测样品与标准样品间的y 自吸收差异校正【2 7 】。2 1 0 p b 的丫射线 能量属低能区( 6 0 k e v 以下) ，自吸收系数较大，且自吸收作用随着样品厚度的增大而- 加强，因此，进行测量的样品厚度不易过大，即样品量不宜太多，而沉积物样品的2 1 0 p b 活度本身较低，较少的样品量增加了丫射线探测难度。此外，无论使用效率曲线法或相 4 第一章绪论 对比较法，2 1 0 p b 的 r 峰都易受其他核素的干扰，而目前的丫探测系统无法分开这些存在 干扰的混合峰，混合峰的形状与单能峰差别越大，引起的测量误差也越大3 1 翊。 0 【法分析法：运用0 【法分析2 1 0 p b 的活度，需先分析样品的2 1 0 p o 活度，样品需经过 前处理，化学分离，制成电沉积待测样品，置于具有一定真空度的由金硅面垒型半导体 探测器组成的测量室内进行测量。为校正核素的化学回收率，须选择一种活度已知的核 素作为示踪剂加入被分析样品中。加入的示踪剂应是被分析核素的一种同位素，要求活 度准确，半衰期长。对于2 1 0 p o 的测定，通常加入示踪剂2 0 9 p o 或2 0 8 p o ，最后利用相对 法计算2 1 0 p o 的活度【2 0 1 。 1 2 1 2 富集方法 对于不同的研究对象，2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的富集方法不尽相同。( 1 ) 雨水：一般采用f e ( o h ) 3 共沉淀的方法来富集雨水中的2 1 0 p o 和2 1 0 p b ，2 1 0 p o 的测量需再经过h n 0 3 溶解后进行分离 纯化 3 3 , 3 4 】。( 2 ) 水样：对于从水样中将p o 富集技术是各种各样的，但最常用的三种步 骤如下：蒸发，典型的共沉淀( f e ( o h ) 3 或者m n 0 2 ) ，以及a p d c 的螯合作用。在共沉淀 的方法中，最流行的就是f e ( o h ) 3 和m n 0 2 共沉淀。f e ( o h ) 3 沉淀的产生是通过力i ：i a f e c l 3 与n h 4 0 h ，n h 4 0 h + c a c 0 3 或者n a o h 反应得到。f e ( o h - ) 3 沉淀在离心或过滤之前通常要 放置过夜 排3 8 1 。( 3 ) 对于像土壤，沉积物以及像过滤物这样的其它固体样品通常是需 要在不同比例的h c l ，h f ，h n 0 3 和h c l 0 4 中处理的，这些过程需要在敞开容器，压力容 器又或者微波消化罐中进行【3 9 4 0 1 。( 4 ) 一般生物样品，首先会在8 0 。c 烘4 8 d x 时至完全 干燥，再用h n 0 3 或者h c l 0 4 ( 有时h c l 和h 2 0 2 ) 破坏有机质，然后用h c l 溶解最后的残渣 【4 l 删。 1 2 1 3 源的制备 在样品预处理的溶液或酸性溶液中，源的制备的第一步通常是蒸发至干或者近干， 但是要保证温度不要超过1 0 0 ( 避免2 1 0 p o 的挥发损失) 。而对涉及到有机残渣，例如 d d t c 萃取以后，有机组分需要用硝酸，有时用双氧水加热除去【2 6 ，3 9 1 。这些步骤以后， 剩余的残渣用小体积的稀酸溶液，典型的是用1 0 m l 的盐酸，浓度有0 1 m ，o 5 m ，1 m ， 2 m ，6 m ，甚至有1 2 m 的，但浓度在0 1 0 5 m 的更为常见 4 0 , 4 3 】。 长江口及黄海海域中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的环境分布及其活性不平衡现象 此外，制源的另一个关键点是在沉积过程中防止其它元素的干扰，特别是f e 3 + 能使 镀片的厚度增加使随后的a 谱仪测量的计数率损失以及分辨率降低 2 2 , 2 3 】。 除此以外，银片的自沉积更为常用的选择是或者镀片在一个特制的小体积镀片单 元上或者简单的将镀片沉浸在在一个大体积溶液中( 通常一面用聚氟四乙烯覆盖) 。在 使用之前，镀片要完全清洗干净：磨光去掉氧化物，并用水和酒精清洗。这已被证实是 一项非常令人满意的技术。 关于p o 自沉积到银片的文献报道有一个特征，基于作者的个人喜好，无论是使用 的条件不同还是设计的不同，都可以达到高的回收率( 8 0 以上) 以及满意的结果。报 道中，镀片的时间和温度分别在5 6 h 和6 0 9 5 ，平均值是5 6 h 和8 0 9 0 。通过提高温 度，减小体积和搅拌可以来达到沉积时间的最小化。据报道，在2 5 m l ，p h = 1 5 2 的溶液 中，转速( 1 0 0 1 5 0 rs d ) ，用直径1 9 m m 的银片8 0 c 下电镀2 h ，镀片的效率达到9 5 以上。 g o d o y 建议，在搅拌的情况下，0 5 m h c l 溶液保持在8 0 9 0 c 自沉积l h 4 5 , 4 6 1 。 一个典型的c t 谱仪主要是由探头，放大器，高分辨性的线性放大器，多道分析器和 数据获取单元组成。探头和源放置在一个真空仓室，这个可以校正气压和防止可见光。 通常，针对环境样品，探测效率需要很高，这样就需要探头和源的距离最小( 一般 5 一l o m m ) 4 6 1 。 示踪剂( 2 0 s p o 或者2 0 9 p o ) 和或者2 1 0 v o 对于探头的污染是一个潜在的严重的问题。 许多的a 谱仪都会有防护系统，为了防止样品中母体产生a 衰变子体的污染。然而，当 这种污染是由于p o 的挥发而非上述污染引起时，这些装置是无效的。在测量前，将源 放置在空气中一段时间后，挥发性的污染是可以最小化的，这可能是由于在银片的表面 形成了一层氧化膜的原斟“4 6 】。 除了银片以外，其它金属，包括铜，镍也可以用于p o 的镀片【2 0 - 2 3 。但是在分析这些 金属镀片的时候，可能会受到2 1 0 b i 和( 或) 2 1 0 p b 的干扰。其中，在本文中，在一些条件 下，镍的富集效率是可以达到使用银片的效果的，并且大量的降低成本。 1 2 22 1 0 p o 和2 1 0 p b 的应用及主要成果 1 2 2 1 大气圈 来自地表土壤的气体2 2 扩散到低空大气中，通过自然衰变成它的子体2 1 0 p b 6 第一章绪论 ( h a = 2 2 3a ) , 2 1 0 b i ( t l a = 5 o l d ) ，以及2 1 0 p o ( t l ，2 = 1 3 8 d ) 产生在大气中，并通过干湿沉降清除。 环境中的2 1 0 p o 的自然分布完全依赖于它的母体2 1 0 p b 。2 1 0 p b 的半衰期是2 2 3 a ，它的衰 变是非常缓慢的，它的环境传输很大地控制了2 1 0 p o 的分布。如果现场的2 2 衰变成 化学物质2 1 0 p b ，将很大程度上控制随后产生的2 , o p o 的命运【4 7 1 。2 1 0 p b 在大气中的滞留 时间一般只有1 5 d i n s ，然而2 1 0 p o 的沉积通量只有2 1 0 p b 的1 0 2 0 4 9 1 。再次，2 1 0 p b 行 为的主导作用决定了2 1 0 p o 的命运。2 1 0 p o 与2 1 0 p b 一起广泛应用于大气气溶胶行为的研 究，特别是气溶胶的滞留时间的测定。在这些应用中，其中之一就是，通过测定沉积在 表面的2 1 0 p o 量，来返算大气中2 2 2 r a n 的量 5 0 】。正因为2 1 0 p b 和2 1 0 p o 的自然联系，才使 大部分的环境研究一起关注考虑这两种核素，并且经常特别关注它们直接的比值。为了 评估人口放射性剂量，2 1 0 p b 和2 1 0 p o 在大气表面的全球大气的平均活度分别是5 0 0 和 5 0 1 t b q m 3 【5 l 】。 据报道，在全球范围内大气中普遍存在过剩的2 1 0 p o ，表明可能存在像表土再悬浮， 同温层的气溶胶，表层的海水喷溅，火山喷射以及来自富产海洋的生物性2 1 0 p o 挥发这 样的2 1 0 p o 的源存在。通过风的影响提供持续过剩2 1 0 p o 至近岸海区的大气：1 ) 高富集 2 1 0 p o 的表层海水喷溅【5 2 】；2 ) 近岸海域生物性2 1 0 p o 的挥发【2 7 ，5 3 。过剩2 1 0 p o 的活度依 赖于表层海水的生物生产力和风速两个因素。 1 2 2 2 海洋 图1 2 为海洋中2 1 0 e b 与2 1 0 p o 来源与传输的的示意图，假如2 1 0 e b 与2 1 0 p o 存在一 个封闭系统中，即可能达到永久平衡，但海洋中两者不论在水体或者颗粒物上的活度比 值，总是小于1 或者远大于1 。图1 2 表明了母子体核素的源、汇及不同的元素特性瞰】。 因大气沉降的2 1 0 p o 只有2 1 0 p b 的十分之一，且加上2 1 0 p o 在表水中容易被有机颗粒 吸附或生物体利用，所以表层海水的溶解态2 1 0 p o 2 1 0 e b 的括度比小于1 【8 1 。在次表层水 中，由于有机颗粒与生物体的分解，使得2 1 0 p o 又重新释放到水中，所以次表层的溶解 7 长江口及黄海海域中2 1 0 p o 和2 1 0 r b 的环境分布及其活性不平衡现象 态2 1 0 p o 2 1 0 p b 的活度比会大于1 。在深层水中，由于2 1 0 p o 远小于其在水中的滞留时间， 所以两核素应达到永久平衡，即溶解态与总量的2 1 0 p 0 2 1 0 p b 应接近于1 【1 4 ，1 7 1 。 图1 2p o 2 1 0 在近岸海洋中的循环( p o - 2 1 0a n dp b 2 1 0i nt h ep l a n k t o n so f t h en o r t h e r ns o u t h c h i n as e aa n dl u z o ns t r a i t ：d i s t r i b u t i o na n dr a d i o a c t i v ed i s e q u i l i b r i u m ，w a n gp i n 9 2 0 0 6 ) 在沿岸表层海水中的2 1 0 p o 的主要通量是来自大气沉降的2 2 2 r n 的衰变产物，特别 是2 1 0 p b 的沉降，尽管在深海，这种通量更多的与2 2 6 r a 的现场衰变有关。在海洋和河 e 1 ，沉积物中2 1 0 p o 与正在沉淀和已经沉积的物质有关，在沿岸海水中它得滞留时间从 几个月到2 年间变化f 1 5 】。2 2 6 r a ，2 1 0 p b 以及2 1 0 p o 的应用可以用于计算反应元素从海水清 除，被吸附到颗粒物上的速率。2 1 0 p o p l o v b 和2 1 0 p b 2 2 6 r a 的比值已经被成功的应用于研 究一系列的海洋过程，包括海洋中铅和其他物质的滞留时间，被浮游生物和有机残渣的 清除率，预测颗粒态污染物的混合和循环行为以及污染物在河口地区的再分配【1 4 】。了解 悬浮颗粒物在底层沉积物上的沉积速率是理解生物地球化学的要点，通过2 1 0 p o 和2 1 0 p b 可以示踪上述的沉积速率。2 1 0 p b 的相对不溶性和它的长半衰期可以研究新沉积物的混 合和沉积速率，并且2 1 0 p o 1 0 p b 的比值是识别沿岸地区颗粒物到底是源于生物还是源于 岩石的一个重要参数【1 3 】。 大洋水体中的2 1 0 p b 主要来自于大气沉降以及其母体2 2 6 r a 的衰变。相对而言，来自 仅占很小的一部分。这主要是由于河流水体中颗粒态物质对 第一章绪论 本论文以长江口及其近海环境中的2 1 0 p o 和2 1 0 p b 分布为研究对象，研究范围包括上 海地区湿沉降、长江口淡水、崇明东滩沉积物以及黄海海域海水等。研究内容主要包括 空气，淡水，雨水，海水以及沉积物样品。主要的研究目的是，研究河口地区及近岸海 域的2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的环境分布及其不平衡性的意义，介于其不平衡性了解该研究区域颗 粒物质对2 1 0 p o 和2 1 b p b 两核素的清除速率和滞留时间，以便将来进一步了解颗粒物在该 区域的可能传输方式与机制。 1 4 研究内容 研究内容具体包括如下几个方面： ( 1 ) 方法学研究：建立雨水、河流、海水、悬浮颗粒物、海洋生物以及沉积物中 ，、 天然2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的富集、分离、纯化与测量方法。结合本实验室已有的仪器设 备，同时发展g a m m a 能谱法与a l p h a 能谱法测量技术，并对两种测量方法进行比 较。 ( 2 ) 上海地区雨水中天然2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的季节性交化研究：研究期间测定上 海地区月降雨中的2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的放射性比活度，揭示其季节性变化特征；获得 雨水中2 1 0 p o 2 1 0 p b ) 九r 的年平均值和2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的湿沉降通量，为研究河流和 海洋中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的大气输入量提供必要参数。 ( 3 ) 长江入海( 徐六泾) 水体中溶解态和悬浮颗粒态中天然2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的季 节性变化研究：研究期间测定每月水体中溶解态和悬浮颗粒态的2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的 放射性比活度，揭示其季节性变化特征；获得固液相中2 1 0 p o 2 1 0 p b ) a j r 的年平均值， 通过2 1 0 p 0 2 1 0 p b 不平衡现象，为研究长江口颗粒物在河水中的清除和迁出过程提 供必要的基础数据。 ( 4 ) 崇明东滩表层沉积物2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的季节性变化研究：研究期间通过测定 离岸距离不同沉积物中天然放射性核素2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的含量，揭示其空间变化和 季节性变化特征，为研究天然2 1 0 p o 和2 1 0 p b 在河口地区的生物地球化学行为提供 必要的依据。 ( 5 ) 黄海海域水体中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的分布以及不平衡性研究：研究期间分别测 定黄海表层海水和不同层次海水中颗粒态和溶解态中的2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的放射性含 9 长江口及黄海海域中2 11 o 和2 1 0 p b 的环境分布及其活性不平衡现象 量，探讨其空间变化规律及影响因素：通常表层和不同层次海水中2 1 0 p b 、2 1 0 p o 与 颗粒物亲和力之间的差异来研究表层海水中两核素的清除和迁出过程，并由2 1 0 p o 和2 1 0 p b 和2 1 0 p b 2 2 6 r a 的不平衡性来推算2 1 0 r b 、2 1 0 p o 在该区域的清除速率与滞留 时间。 第二章研究区域与分析方法 第二章研究区域与分析方法 本论文研究区域包括长江口以及黄海。 2 1 研究区域概况 长江口是一个丰水、多沙、中等潮汐强度的分汉河口，是中国最大的河口。上自安 徽大通，下至水下三角洲前缘( 3 0 5 0 等深线) ，全长约7 0 0 多公里。河口区可分三个区 段：大通至江阴( 洪季潮流界) ，长约4 0 0 公里，河床演变受径流和边界条件控制，江心 洲河型，为近口段；江阴至口门长2 2 0 公里，径流与潮流相互作用，河床分汊多变，为 河口段；自口门向外至3 0 5 0 米水深处，潮流作用为主，水下三角洲发育，为口外海 滨【5 5 , 5 6 。 徐六泾( 1 2 1 0 3 e ，3 1 7 7 n ) ，位于长江南通一常熟断面上，距口f - j1 2 0 k m 。徐六 泾被认为是长江河水进入河口的节点【5 7 , 5 8 】。上世纪5 0 年代以后徐六泾河段因大量围垦， 河宽由1 3 k i n ，缩至5 8 k m ，形成长江下游重要的控制节点。徐六泾站属于长江近口段， 受径流与潮流影响均较强。徐六泾附近区域往复流占优势，落潮期水、沙通量分别大于 涨潮期水沙通量，其净通量由河流向海输送 5 9 , 6 0 】。 崇明岛是长江河口最为重要的潮滩湿地，为中国第三大岛，由长江挟带下来的泥沙 冲积而成，面积为1 0 4 1 2 1 平方公里，海拔3 5 米4 5 米。本论文研究的采样区域崇明 东滩位于崇明岛的东端，西起奚家港，东至潮滩0 m 线的外缘，大致范围为 3 1 0 2 0 一3 1 0 3 8 n ，1 2 1 0 4 7 - 一1 2 2 0 0 5 ，e 。2 0 世纪9 0 年代以前，原为长江口北支和北港口门 之间的自然淤张滩地，高滩地被芦苇、蔗草和海三棱蔗草覆盖，中低潮滩大部分为裸露 滩地，涨落潮最大流速仅为o 5 m s ，含沙量在1 o k g m 3 以上，是长江口淤积速度最大 的潮滩。东滩形成的历史较短，是由长江下泄的大量泥沙在江海交互作用下，不断积累 而成。其地理位置随着滩涂的自然淤张和人工围垦，不断的向东推进，目前仍以每年 2 0 0 3 0 0 m 的速度向外延伸【6 1 一。 黄海是西太平洋地边缘海，全部为大陆架所占地浅海，它位于中国与朝鲜半岛之间， 北面和西面濒中国，东邻朝鲜半岛。中国山东半岛深入黄海之中，其顶端成山角与朝鲜 半岛长山串之间的连线，将黄海分为南、北两部分。北黄海是指山东半岛，辽东半岛和 朝鲜半岛之间的半封闭海域，海域面积约为8 多万平方千米，平均水深4 0 米，最大水 1 1 长江口及黄海海域中2 1 0 p o 和2 1 0 p b 的环境分布及其活性不平衡现象 深在白翎岛西南侧，为8 6 米。长江1 3 至济州岛连线以北的椭圆形半封闭海域，称南黄 海，总面积为3 0 多万平方千米，南黄海的平均水深为4 5 3 米，最大水深在济州岛北侧， 为1 4 0 米。黄海面积约3 8 万平方公里，平均深度4 4 米。黄海的水温年变化为1 5 。c 2 4 ，黄海海水的盐度也比较低，3 2 o 。一般说来，该地区的气候特点为冬季寒冷干燥， 夏季温暖湿润【6 1 扪】。 2 2 样品的采集与预处理 2 2 1 样品的采集 图2 - 1 研究区与采样点分布图 黄海样品采自于2 0 0 9 年6 月和2 0 0 9 年7 月两次黄海“水华”航次，利用“北斗号” 科学调查船在南黄海中部区域( 3 4 5 0 n , - - - , 3 7 0 a n ，1 2 0 0 。e - - 1 2 4 5 。e ) 的2 7 站位采集不 同层次的水样，以及若干生物样品，采样站位如图2 1 。 1 2 第二章研究区域与分析方法 图2 2 崇明东滩采样点分布图 从2 0 0 8 年9 月至2 0 0 9 年1 1 月，在崇明东滩1 4 # 站位、2 7 # 站位和4 5 # 站位采集表 层沉积物，每月采集一次，采样站位如图2 2