天然鐳同位素富集和測(cè)定方法及對(duì)河口混合過程的示蹤研究.pdf

1、河口是海洋初級(jí)生產(chǎn)力最高的區(qū)域,河口水體停留時(shí)間和地下水排放(SGD)通量對(duì)河口生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。天然鐳同位素是研究河口過程的良好示蹤工具,在濱岸海洋學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用。分析河口地區(qū)各種鐳同位素的比活度水平及分布特征,并以之為示蹤劑進(jìn)行水體停留時(shí)間和地下水排放通量的計(jì)算,是深入研究河口水體混合過程的一種十分有效的方法,可為認(rèn)識(shí)河口地區(qū)物質(zhì)的來源歸宿、收支平衡和水體更新能力提供新的視角,為制定合理的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施提供重要的科學(xué)依

2、據(jù)。
　　 本研究首先制備了鐳同位素的富集材料一“奧齊”丙烯腈型錳纖維,并應(yīng)用同步延時(shí)計(jì)數(shù)器(RaDeCC)、γ能譜儀、氡射氣閃爍計(jì)數(shù)器、RAD7測(cè)氡儀等儀器對(duì)各種鐳同位素進(jìn)行測(cè)定,著重研究并建立了RAD測(cè)氡儀的實(shí)驗(yàn)室校正體系;以此為基礎(chǔ),將遼河口、長(zhǎng)江口、黃河口及其鄰近海域作為研究區(qū)域,分析了研究海域水體中各種天然鐳同位素的放射性比活度水平及其分布規(guī)律,并利用“鐳同位素表觀年齡”模型計(jì)算了河口水體的停留時(shí)間及運(yùn)移速率,利用22

3、Ra“質(zhì)量平衡模型”計(jì)算了黃河口海底地下水排放(SGD)的通量,評(píng)價(jià)了SGD對(duì)陸源物質(zhì)向海輸送的貢獻(xiàn)。
　　 本研究獲得的主要結(jié)論如下:
　　 1)研究制備了“奧齊”丙烯腈型錳纖維,經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明是一種優(yōu)異的鐳同位素富集材料。其制備流程簡(jiǎn)單,反應(yīng)速度快,且反應(yīng)節(jié)點(diǎn)容易判斷。該纖維的各種鐳同位素本底值很低。當(dāng)被富集的水樣流速不超過2 L min-1時(shí),纖維對(duì)鐳同位素的富集效率穩(wěn)定在95.100％之間,但當(dāng)流速為2-4 L mi

4、n-1時(shí),富集效率有較為明顯的下降,但仍可保持在90％以上。
　　 2)建立了RAD7測(cè)氡儀的實(shí)驗(yàn)室校正體系,最多可同時(shí)校正6臺(tái)儀器。與美國(guó)DURRIDGE公司標(biāo)準(zhǔn)校正體系、美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)Hollow Ridge Cave校正體系進(jìn)行互較,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在4-2％的誤差范圍內(nèi)。
　　 3)遼河口水體中的224Ra和223Ra隨鹽度變化呈不保守現(xiàn)象,在鹽度為10和26的海域出現(xiàn)了同位素比活度高峰值,結(jié)合pH、DO、COD、

5、石油烴、葉綠素、營(yíng)養(yǎng)鹽等參數(shù)分析發(fā)現(xiàn),鹽度10左右的海區(qū)鐳同位素高峰值可能是懸浮顆粒物解吸造成,鹽度26左右的海區(qū)鐳同位素高峰值則可能是由濱岸咸水地下水排放等因素造成。遼河口水體的停留時(shí)間最大值出現(xiàn)在鹽度為14左右的海域,達(dá)到8.34天。
　　 4)長(zhǎng)江口及近海海域的224Ra的放射性比活度范圍為0.42.101.75 dpm100L-1,223Ra的放射性比活度范圍為0.13-4.39 dpm100L-1,226Ra的放射性比

6、活度范圍為5.62-12.91 dpm100L-1,228Ra的放射性比活度范圍為34.28-57.55 dpm100L-1,呈近岸高、遠(yuǎn)岸低和低潮高、高潮低的時(shí)空分布特點(diǎn)。在離岸30 km的范圍內(nèi),水體的停留時(shí)間約為18天;但在離岸約60 km處的水體,根據(jù)“鐳同位素表觀年齡”模型計(jì)算的水體停留時(shí)間卻降低為6天左右并保持相對(duì)穩(wěn)定。這一“反常現(xiàn)象”是受到高鐳淡水水團(tuán)影響所致,根據(jù)鹽度、水溫、SPM的剖面分布以及懸浮顆粒物中的過剩210P

7、b、234Th的分布特征,推測(cè)該水團(tuán)并非來自濱岸海底地下水排放(SGD),而是來自周邊陸源徑流。
　　 5)黃河口及鄰近海域水體中224Ra、223Ra、226Ra的比活度范圍分別為4.17-140.35 dpm100L-1、0.70-4.02 dpm100L-1、27.71-65.52 dpm100L-1,各種鐳同位素隨鹽度的分布均呈現(xiàn)“中間高、兩端低”的不保守現(xiàn)象。根據(jù)“鐳同位素表觀年齡”模型計(jì)算的水體運(yùn)移速率,發(fā)現(xiàn)9月份黃

8、河水出口門后,大部分水體迅速右轉(zhuǎn),以5-7 km d-1的流速向著東南方向流動(dòng),經(jīng)過大約1周的時(shí)間到達(dá)萊州灣灣頂;另一部分水體向東北方向流動(dòng),以小于2 km d-1的速度匯入渤海中央環(huán)流。該區(qū)域的海底地下水排放(SGD)通量為0.15-0.67 m3 m-2 d-1,約為黃河徑流量的3-13倍,由其攜帶入海的溶解鈾和溶解無機(jī)氮的通量也顯著高于黃河徑流輸送量,表明SGD是黃河口海區(qū)陸源物質(zhì)入海的重要輸送途徑,對(duì)該海域物質(zhì)的來源歸宿、收支平