环境水样中^(129)I分析及其在环境示踪中的应用

^(129)I是碘的唯一长寿命放射性同位素(半衰期为1570万年),目前环境中^(129)I主要来源于人类核活动,尤其是欧洲核燃料后处理厂的排放。人工^(129)I的大量释放使环境中^(129)I的水平大幅度升高,具有明显的空间分布规律,并且随排放时间呈现明显的变化趋势。^(129)I是一种理想的环境示踪剂,可应用于核环境安全监测,包括核事故监测和评价、核燃料后处理厂^(129)I排放和环境影响评价以及应用于环境过程示踪研究。陆地环境水样中稳定碘(127I)水平较低,^(129)I含量更是处于超低水平,因此,准确分析其中超低含量^(129)I及其化学形态是研究难点。本文系统地评述了环境水样中^(129)I及其形态的分析方法,^(129)I的水平、分布及其在核设施环境安全监测和稳定碘的地球化学循环示踪领域应用的研究进展。

西安市2016-2017年大气化石源CO2的14C示踪研究与来源的初步分析

14C是研究城市中化石能源碳排放状况的有效手段;认识化石源CO2(CO2ff)的主要来源将有利于针对性地制定减排方案。本文利用分子筛主动吸附采样方法对西安市大气CO2行了连续积时采样,并利用AMS-^14C示踪方法,研究了西安市2016-2017年CO2ff的浓度变化,同时基于CO2ff与大气污染物的同源性,对CO2ff的主要来源进行了定性分析。2016年1月至2017年1月,西安大气△^14C季节变化显著,变化范围是(-1.00±2.84)‰-(-187.25±3.62)‰,平均值为(-63.20±17.35)‰,相对于2012-2013年的平均值(-41.3±27.4)‰有明显的下降。CO2ff变化范围是(6.91±1.94)-(105.60±3.09)μmol·mol^-1,呈显著的夏季低、冬季高的季节变化特征,与前人研究结果一致。CO2ff与SO2及NO2浓度总体上呈相同的季节变化特征,但与两者的相关性存在季节差异:在春夏季,CO2ff与SO2(R2=0.47,p<0.01)的相关性较强;而在秋冬季,CO2ff与NO2(R2=0.73,p<0.01)的相关性更为显著。可能是由于大气扩散条件的改变使得采样点CO2ff的主要来源发生了变化。春夏季节,大气扩散条件较好,采样点化石源CO2可能主要受到工业燃煤(高空排放)的影响,而秋冬季节,受到不利于扩散的气象条件的影响,化石源CO2可能主要受到采样点周围交通源(近地面排放)的影响。该研究结果可为CO2ff的源解析研究及大气CO2样品采集提供参考。

大气^(129)I水平对超低^(129)I含量地质样品分析中流程空白的影响（英文）

为了采用^(129)I进行地质定年研究,该类样品中的^(129)I/^(127)I原子比值通常低于10^(-12),因此低的^(129)I流程空白是分析地质定年样品的前提条件之一。在全球范围内,大气中^(129)I的水平呈现显著变化趋势,^(129)I/^(127)I原子比值范围在10^(-10)到10^(-6)。然而,在样品制备过程中,是否大气中的^(129)I会影响流程空白尚未可知。本研究调查了三种常用的^(129)I分析方法,包括直接沉淀法、溶剂萃取法和管式燃烧法(分别以压缩空气和氧气作为载气)来比较流程空白中的^(129)I/^(127)I比值。研究结果表明:在最佳实验室条件下,流程空白均被控制在较低的水平,可用于分析各种环境和地质样品。另外,通过研究溶液的长时间储存,发现当0.4 mol?L^(-1)Na OH溶液储存一年以上时,^(129)I/^(127)I比值比新配制的Na OH溶液有所提高,但基本在实验室正常本底2×10^(-13)以内。采用压缩空气作为载气的管式燃烧法比氧气为载气时具有明显提高的^(129)I/^(127)I比值。研究表明样品和试剂的储存,以及制样过程中与大气的交换程度均会影响流程空白中^(129)I的水平。因此在分析超低^(129)I含量的地质样品时,固体样品中碘的分离应采用低本底的分析方法(如以纯气体作为载体的管式燃烧法),如有必要还可在低大气^(129)I水平的实验室进行实验。

骨头^(14)C-AMS测年前处理方法的研究进展

骨头是考古和地质领域常用的测年物质之一,由于它松散的结构特点,使得在埋藏过程中极易受到外界年轻碳的污染,从而造成^(14)C测年的不可靠性,但是由于其在考古^(14)C测年中的不可或缺性,因此需要对其测年的可靠性进行系统的研究,通过有效的^(14)C-AMS测年前处理方案移除污染以获得准确的年龄一直是研究的热点和难点问题。骨头的埋葬环境及保存状态的好坏直接影响它测年结果的准确度,于是选用何种测年物质和分离技术及样品状况之间的权衡甚为重要。本文主要针对骨头的^(14)C-AMS测年发展进行简要的综述,分别从骨化石在埋葬过程中的组成及性质变化、骨胶原的分析评价技术及各种前处理方案进行了介绍,并对其当前的发展状况及纯化新技术进行了分析,此外也提及了采用逐步燃烧法作为一种新方法的尝试,认为此方法为骨头可靠^(14)C测年物质的获取提供了一条新途径,希望本文能对以后的测年工作提供指导和帮助。

植物样品中低水平铀同位素分析

建立了一种植物样品中痕量铀同位素(^(238)U、^(235)U和^(234)U)的分析方法。通过高温灰化去除植物样品中有机质,采用混合酸消解样品灰分,应用UTEVA萃取色谱分离和纯化铀。化学分离过程中铀的回收率达94%,对Na、K、Ca等基体和干扰元素的去除率超过99%。用高灵敏度ICP-MS/MS同时测定了3种天然铀同位素含量,对^(238)U、^(235)U、^(234)U的检出限分别为3.05、0.34和0.04 pg/g,其中对^(238)U和^(235)U的检出限比文献报道值低1个数量级。对小麦粉标准参考物质中^(238)U的分析结果与参考值吻合,表明本分析方法可靠。将本方法应用于中国西安地区植物样品中铀同位素的分析,结果表明,该地区植物中铀含量和铀同位素比值处于天然水平,未发现人为铀污染。这是中国植物样品中3种天然铀同位素水平的首次调查。

我国东北地区土壤铀同位素水平、分布和来源

系统采集了我国东北地区132个表层土壤样品,采用混合酸全溶分解样品,使用UTEVA萃取色谱分离样品溶液中的铀,应用串联四极杆电感耦合等离子体质谱(ICP-MS/MS)测量样品溶液中^(238)U、^(235)U、^(234)U,获得了研究区域表层土壤中3种铀同位素浓度水平和分布.首次大范围报道该地区表土中^(234)U水平,发现在部分土壤中^(234)U发生明显的同位素分馏.^(235)U/^(238)U原子比值分布显示区域大气核武器试验的放射性颗粒物在山脉迎风坡有明显沉积,导致大兴安岭等山脉的西侧^(235)U/^(238)U原子比值较高.但该区域铀同位素整体上处于环境本底水平,受人类核活动影响较小.来源分析表明研究区域表土中铀主要来源于成土母岩的岩石风化以及人类的工业和农业活动.

渭河盆地河流阶地演化及其构造—气候意义

渭河盆地渭河及其各支流演化历史与区域构造、气候变化密切相关,因此盆地内各河流阶地的成因和演化是研究渭河盆地环境演变的重要科学问题。河流阶地之上黄土的磁性地层学被普遍用来获得盆地内河流阶地形成的年龄。尽管粉尘物质在第四纪以来覆盖了盆地大范围区域,河流阶地形成与粉尘物质最终保存在阶地之间可能还存在一定的时间差异。所以,尽管借鉴黄土—古土壤序列的区域对比,能够推断河流阶段的年代范围,仍需更多绝对年龄方法对其进行约束。本文通过渭河盆地内渭河不同支流河流阶地形成年代、拔河高度等的综合分析,结合大范围区域隆升过程及第四纪气候演化序列对比,发现并不是所有气候变化的重要节点就有相应的河流阶地形成,河流阶地年龄空间分布也有一定的区域性特征,提出渭河盆地河流演化与构造运动造成潜能及气候变化诱发这些潜能的释放密切相关。所以,渭河盆地河流阶地主要是在大范围的构造隆升和气候变化共同作用下的构造—气候旋回阶地。渭河盆地水系演化史的重建对全面认识黄河中游水系早期的形成演化具有重要意义,尤其是解决渭河、黄河贯通三门峡的争议,但还需要更多可靠的不同河流地质证据和多种分析数据的印证和约束。

沿海城市珠海PM2.5中水溶性离子特征及来源分析

PM2.5水溶性离子特征研究主要集中在大中型城市,为探讨珠海市PM2.5水溶性离子特征及来源,2016年6月至12月采集PM2.5样品,用离子色谱分析9种水溶性离子浓度。结果表明:珠海PM2.5总离子浓度处于较低水平,离子浓度有季节变化特征,表现为冬季>秋季>夏季;夏、秋季PM2.5呈碱性,冬季显酸性;从夏季到冬季,SO4^2-和NH4^+在总离子中比例有减小趋势,NO3^-比例有增大趋势。SO4^2-、NO3^-、NH4^+为主要组成成分,占离子总成分的85.07%,表明珠海市大气PM2.5二次污染较严重,NO3^-/SO4^2-均值0.2,表明以固定源污染为主。从气团聚类、离子相关性、富集因子分析和主因子分析等角度讨论来源和存在形式,珠海PM2.5水溶性离子受气团影响较大,来自陆地气团的离子浓度高于海洋气团;夏季到冬季,PM2.5受到80.2%的人为源和海洋源的混合源和16%的农业源贡献,离子主要存在形式有NH4HSO4、Mg(NO3)2、KNO3、Ca(NO3)2、NH4NO3、NaCl、KCl和CaCl2。

气溶胶稳定硫同位素研究进展

稳定硫同位素可以用来示踪硫酸盐气溶胶的来源、迁移和转化的过程。本文首先介绍了目前气溶胶稳定硫同位素相关的分析测试方法,即EA-IRMS、MC-ICPMS和NanoSIMS。归纳了国内外气溶胶δ^(34)S的时空组成特征,两极和沿海区域气溶胶δ^(34)S值普遍高于内陆区域;冬季燃煤和夏季生物排放作用使得气溶胶δ^(34)S值冬高夏低。同时,综述了硫酸盐气溶胶稳定硫同位素分馏特征,其质量分馏与SO_(2)氧化途径有关,非质量分馏与SO_(2)光化学反应、燃烧过程和矿物粉尘表面的非均相氧化有关。最后,探讨了稳定硫同位素在示踪气溶胶硫酸盐来源方面的应用,分析了人为成因硫和自然成因硫对气溶胶硫酸盐的贡献;并展望了稳定硫同位素在未来大气气溶胶溯源中的应用,以期为控制硫酸盐气溶胶的污染源提供科学依据。

洛川红黏土-黄土记录的风向变化及磁组构与磁化率对气候变化的敏感性对比

磁组构分析是研究季风风向的一种常用手段。对洛川黄土剖面黄土-红黏土界线附近地层进行磁组构研究表明:洛川剖面新近纪-第四纪过渡时期,风向整体呈南北向,且从红黏土沉积阶段到黄土沉积阶段,风向呈现顺时针方向的微小偏移,这可能与新近纪到第四纪的气候变化背景有关。另外,磁化率各向异性度P、磁线理L、磁面理F等参数曲线与磁化率曲线的对比显示:磁化率各向异性P、L、F参数的变化稍超前于磁化率曲线的变化,这与蓝田段家坡剖面的磁组构研究结果类似。导致以上结果的原因尚未确定,但可能与磁组构信息被记录于沉积物的速度快于沉积物磁化率值的改变有关。

南海北部海陆交互带土壤和沉积物中^(129)Ⅰ的分布特征及其影响因素

为保障我国核电工业健康有序发展,研究沿海核电站对周缘环境放射性的影响及关键排放产物在海陆交互带的地球化学行为至关重要。系统采集了我国南海海陆交互带58个表层土壤和海洋沉积物样品,采用氧化燃烧法结合共沉淀法分离和提纯碘,采用3MV加速器质谱仪(AMS)和电感耦合等离子体质谱仪(ⅠCP-MS)分别测量^(129)Ⅰ和^(127)Ⅰ。结果表明,区内昌江、防城港、阳江、岭澳和大亚湾核电站对周缘^(129)Ⅰ水平无明显影响;海陆交互带^(129)Ⅰ的主要来源为核武器试验的全球大气沉降和欧洲核燃料后处理厂排放的远距离传输。此外,不同利用类型的海陆交互带土壤对Ⅰ的富集作用具有明显的差异,呈现果园>林地>草地>农田的规律,而季风和降水对海陆交互带土壤中Ⅰ的分布影响较小。河流输入使河口和大陆架区海水中^(129)Ⅰ升高而^(127)Ⅰ降低,生物作用对陆坡和深海区^(129)Ⅰ和^(127)Ⅰ影响显著。

中国人类世科学研究新进展

国际地层委员会人类世工作组决议人类世应由全球界线层型剖面和点位(“金钉子”)定义为一个正式的地质年代单位。20世纪中叶以来人类活动突变式增强,改变了原有的地球演化速率和方向,对地球环境造成极为显著的影响,并在地质记录中留下清晰的具有全球同步特性的物理、化学和生物印记,为识别这一年代地层单位的底界提供了最佳选择。当前,全球共有12个人类世“金钉子”候选剖面和点位参评。与此同时,中国学者在人类活动代用指标体系构建、人类世候选“金钉子”研究与国际对比方面取得了突出进展,发现人工放射性核素、微塑料、δ^(13)C、δ^(15)N和硅藻等均可作为人类活动理想的标志物,且远离城市和人类活动影响的中国四海龙湾玛珥湖沉积物剖面对全球信号敏感,^(239,240)Pu浓度于1953年快速增加,多环芳烃、^(129)I、烟炱^(14)C、碳球粒、DNA、δ^(13)C和重金属等指标在1953年前后均存在系统性变化,因此提出1953年作为人类世底界。中国四海龙湾湖沉积物剖面与日本别府海湾沉积物剖面被人类世工作组提议作为人类世“金钉子”辅助剖面。未来人类世科学研究的最终目标应是在阐明人类活动对地球系统影响的基础上,深化人地系统耦合与适应的可持续发展理论和技术创新。

喀斯特地区水库夏季溶解性有机碳来源解析及输入通量估算

在“岩溶效应”背景下,对典型喀斯特地区水库中溶解性有机碳(DOC)进行探究,有助于提高对水体有机碳循环过程及机理的认识.本研究联合运用双碳同位素(δ^(13)C-Δ^(14)C),对喀斯特地区夏季开放型水库(阿哈水库)和封闭型水库(观山湖)的DOC来源进行示踪,定量其端元贡献率,辨析差异性.并结合阿哈水库入库水流量,对丰水期生物源和岩石源DOC输入量分别进行估算,进一步细化了水库碳源汇过程.结果显示,夏季阿哈水库DOC平均含量((5.39±0.39) mg·L^(-1))低于观山湖((6.29±0.47) mg·L^(-1)).其中,入库河流携带的DOC是阿哈水库DOC的主要来源(贡献值为55%±22%),其次为藻类(29%±10%),最小的是沉积物(16%±7%),而观山湖DOC的主要来源为藻类(60%±15%).河流向阿哈水库输入岩石碳通量为0.24 t·km^(-2)·月-1,生物源碳通量为0.43 t·km^(-2)·月^(-1),所以夏季水库汇集岩石碳量不可忽视.本研究表明,喀斯特地区开放和封闭型水库DOC的迁移转化过程差异显著,入库河流向水库输送生物源碳量较大,水库对岩石源“老碳”具有汇的作用.

我国城市大气化石源CO2的14C示踪研究进展

化石燃料等排放是大气CO2浓度增加的主要原因,而城市是碳排放研究的热点区域。获取化石源CO2(CO2ff)的时空变化特征,可以为政府的宏观决策及参与国际碳减排谈判提供重要的科学数据。近十年来我国科技人员在运用14C示踪城市大气CO2ff的研究方面取得了一些重要进展:通过大气、树轮和一年生植物样品14C的分析,获得了不同时间尺度和空间尺度CO2ff的变化特征,发现北方城市是减排的重点。CO2ff与PM2.5关系的研究表明,控制大气污染物可以同时降低CO2ff排放,存在减排的协同效应。WRF-CHEM模式模拟分析了关中地区CO2ff的传输,并结合Δ14CO2和δ13C对CO2ff的来源进行解析,发现西安CO2ff主要来源于本地燃煤的排放。14C示踪获得的CO2ff浓度与统计的碳排放量变化趋势和幅度基本一致,可以相互校验,保证数据的可靠性。为此建议尽快建立我国城市大气Δ14CO2观测网,投入更多的人力物力推进这项研究,服务于国家碳减排任务。