【摘 要】
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河口是连接陆地与海洋的枢纽,陆源物质通过河流汇聚到河口地区。由于物理化学和生物环境的改变,河流携带的金属元素在河口地区可能发生絮凝、沉降、络合、吸附/解吸附等一系列反应,导致输入海洋的水体无法完全保留其河水特征,从而为海洋同位素质量平衡模型的估算造成一定的不确定性。全球众多河口由于地质和环境背景的差异,对同位素运移过程也会造成不同的影响,因此,获取不同河口的稳定同位素数据有利于更好地理解全球同位素
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河口是连接陆地与海洋的枢纽,陆源物质通过河流汇聚到河口地区。由于物理化学和生物环境的改变,河流携带的金属元素在河口地区可能发生絮凝、沉降、络合、吸附/解吸附等一系列反应,导致输入海洋的水体无法完全保留其河水特征,从而为海洋同位素质量平衡模型的估算造成一定的不确定性。全球众多河口由于地质和环境背景的差异,对同位素运移过程也会造成不同的影响,因此,获取不同河口的稳定同位素数据有利于更好地理解全球同位素循环过程,也可以为河流输入海洋通量的评估提供更多依据。Cu同位素的分馏受风化作用、生物作用、氧化-还原条件等多方面因素的影响,Mo同位素的分馏主要与氧化-还原环境的变化有关,受其他因素影响较小,研究河口地区Cu、Mo同位素的地球化学行为可以更加全面地了解河水与海水的混合过程。长江是世界第三长河,每年输送大量陆源物质到海洋中,长江口地形复杂,且与人类活动联系紧密,因此,长江口是研究河流与海洋交互作用、人类活动对环境的影响以及同位素循环过程的理想场所。本文以长江口及其邻近海域为研究主体,对Cu、Mo同位素的地球化学行为进行了系统分析。海水的高盐度和低Cu含量(0.3~7.6 nM)使得海水Cu同位素(δ65Cu)的测定成为了本研究的难点。为了对高盐度样品可溶相Cu同位素进行高精度分析,本文使用Cu特效树脂对海水Cu进行了预富集研究。在pH=4~9的条件下,Cu特效树脂可以有效地吸附Cu元素,并淋滤出钠、镁、钾、钙等海水中的主要元素。高浓度盐酸(2~6 M HCl)可以将Cu特效树脂中吸附的Cu元素快速洗脱下来,铜的回收率高达102.3±5.0%(2SD,n=5),避免了预富集过程中Cu同位素分馏的产生。因单独使用Cu特效树脂进行预富集无法使海水样品的Cu溶液达到可在MC-ICP-MS上分析测试的纯度,故联合使用AGMP-1M阴离子交换树脂对预富集的Cu溶液进行二次分离纯化。本研究所建立的预富集方法与前人相比有更广泛的上样条件(pH=4~9),全流程简单易操作,本底较低(1.28±0.48 ng Cu,n=4)。海水与实验室内部标样Alfa Cu的掺杂实验证实了该分离方法的准确性与可行性,随后,该方法被应用在长江口邻近海域水样可溶相的Cu同位素的分析中。Cu在长江口的分布规律并不连续,分为淡水区和盐水区两部分(分界线在口门~122°E处)。淡水区可溶相Cu的浓度(25.0~36.0 nM)高于盐水区可溶相Cu的浓度(1.4~12.1 n M),前者沿海洋方向呈上升趋势,后者沿海洋方向呈下降的趋势。可溶相的δ65Cu与Cu浓度表现为正相关关系,也是在淡水区逐渐升高,口门附近快速降低,进入盐水区后再逐渐下降,δ65Cu的变化范围是+0.14~+1.87‰。生物参数(营养盐和叶绿素)与Cu浓度的正相关性说明生物作用在长江口及其邻近海域Cu的地球化学行为中起了重要作用,可能与浮游植物释放的有机配体优先络合重Cu导致可溶相富集重Cu同位素有关。悬浮颗粒物的Cu浓度(约20~65μg/g)随盐度增加逐渐降低,δ65Cu变化范围是-0.13~+0.31‰,淡水和海水端元颗粒物的δ65Cu基本在+0.20‰附近波动,淡水-海水混合区域颗粒物的δ65Cu表现出较大的负偏。这种可溶相和颗粒物的δ65Cu在混合区域同时下降的趋势与最大浑浊带(TMZ=Turbidity Maximum Zone)颗粒物对Cu吸附/解吸附作用的加强以及轻Cu污染源的输入有关。但颗粒物在最大浑浊带对Cu的吸附作用强于解吸附作用,使得可溶相Cu浓度降低,而颗粒物Cu浓度在总体降低的大趋势下有短暂持平。本研究还对长江口及其邻近海域水体的可溶相和悬浮颗粒物样品Mo的浓度和同位素组成进行了测定。可溶相Mo的浓度在混合区域从河水端元的~13.9n M快速升高至海水端元的~115 n M,相对于简单两端元混合模型,可溶相Mo的浓度有微弱的偏移(盐度<22 psu时正偏,盐度=22~34 psu时负偏),说明随着盐度增长悬浮颗粒物对Mo的吸附能力由相对较弱变为相对较强(与解吸附强度相比)。可溶相的Mo同位素组成(δ98Mo)在混合区域从河水端元的+1.15‰快速增长至海水端元的+2.3‰,悬浮颗粒物的δ98Mo则只在向海洋方向存在小幅度上升(-0.25~+0.27‰)。可溶相的δ98Mo相对于理想的河水-海水两端元混合模型存在较大的负偏,与可溶相和颗粒物发生了Mo的动态交换有关。本文利用PHREEQC软件模拟了河水向海洋运输的过程,发现河水与海水的混合以及固-液两相之间Mo的动态交换都是影响河口Mo浓度和同位素组成的控制因素。本研究将固-液两相物质的动态交换融入到同位素分馏机制的分析中,为河口同位素的地球化学行为研究提供了新思路。
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