京津地区降雨中钙来源同位素地球化学示踪及其环境效应

本项目选择近年来大气降水酸度快速增强的京津地区大气降水为研究对象，利用元素与锶同位素（87Sr/86Sr）地球化学示踪理论及方法，对大气降雨中的碱性物质（主要是钙）的来源、各来源物质贡献量、有效中和能力等进行系统研究，辨识和定量计算自然过程与人为活动对降雨中钙含量变化的影响；发现和探讨京津地区降雨酸度变化趋势及其与钙通量变化之间的响应关系、酸碱平衡反应程度变化所致雨水酸化的机理。为大气降雨中物质的来源和定量计算其物质贡献量提供新的研究手段和方法；为理解和解释京津地区雨水酸化趋势和原因，进而为我国的酸雨控制和减排措施更趋科学和合理提供科学理论基础。

本项目针对京津地区的大气降水为主要研究对象，利用元素和锶同位素（87Sr/86Sr）地球化学研究方法和手段，重点对大气降雨中的碱性物质（主要是Ca）的来源、各来源贡献比例进行研究，探讨京津地区降雨酸度变化趋势和主要影响因素，为大气降雨中碱性物质的来源和定量计算提供新的研究手段。研究工作自2011年-2012年在北京、天津进行了为期1-2年的降雨（雪）样品的连续采集工作，通过雨水理化参数（T、PH、EC）、主元素（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、F-、Cl-、NO3-、SO42-）、微量元素（Al3+，Sr2+）和87Sr/86Sr同位素组成的研究工作，取得了如下研究进展和研究结果：.（1）研究区降雨酸度时空变化特征：研究期内北京降水pH值在3.78‐6.62之间，雨量加权平均值为4.85；天津降水pH值在3.78‐6.48之间，雨量加权平均值为4.91。根据已有的研究和我们的逐年观测结果，京津地区的降雨酸度和酸雨频率呈逐年增加的趋势。酸雨主要集中在夏末到冬季，而春季（3-5月份）和秋末（11月份）降雨的pH值较高，反映了京津地区的酸雨季节性变化特征与我国北方沙尘的产生和输入有直接的关系，沙尘中碱性物质（主要是CaCO3）对降雨的酸度起重要的中和作用。.（2）研究区降雨的主要离子组成特征和来源分析：降水中阴离子以SO42-为主，分别占两地降雨中无机阴离子总量的77.2%和78.3%；阳离子以Ca2+和NH4+为主，两者之和占两地降雨中无机阳离子总量的87.8%和84.5%。降雨中的SO42-和NO3-主要是源于燃煤和汽车尾气中SO2和NOx的排放，降水中高含量的Ca2+来自于局地或者长距离输送的沙尘。.（3）研究区降雨锶同位素（87Sr/86Sr）地球化学研究：京津地区降雨中的Sr和Ca至少有三个物质来源端元：海洋来源（87Sr/86Sr=0.70917）；沙漠和黄土来源（87Sr/86Sr=0.7111‐0.7115）和人为来源（具有中等87Sr/86Sr值和较高1/Sr值）。通过兰州、安徽、贵州和福建等地雨水87Sr/86Sr同位素的对比研究可以发现，我国北方地区降雨中的Sr含量和87Sr/86Sr同位素比值均高于南方地区。反映了北方地区降水受黄土沙漠地区高含量CaCO3沙尘的显著影响；南方地区高87Sr/86Sr同位素比值均出现在3月份和11月份，为