基于核素示踪的长江口、东海和海南东部近海泥沙的沉降过程

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长江口是世界最大的高浊度河口之一;东海是拥有世界最宽大陆架的边缘海;而海南岛东部近海则具有热带/亚热带开阔海洋特征。本论文基于放射性核素7Be、210Pb、137Cs和234Th的示踪,以长江口、东海和海南东部近海的水体悬浮颗粒物和沉积物为对象,研究了泥沙的来源、沉降及归宿,并探讨了颗粒物输运对重金属等颗粒活性污染物输运的影响。7Be和210Pb的大气沉降输入存在明显的季节性变化,冬季和春季的沉降通量大于降雨量估算通量;夏季的沉降通量明显小于降雨量估算通量;而秋季的沉降通量则与降雨量估算通量相当。通过对长江口水体中颗粒态和溶解态7Be、210Pb和234Th活度分布的研究得到,7Be、210Pb和234Th在水体中的平均分配系数(Kd)分别为7.6x104、1.18×105和2.80×105cm3g-1。这些核素容易从溶解态向颗粒态转移,悬浮泥沙中颗粒态核素的水平输运要强于垂向迁出。通过二维稳态清除模型计算的长江口7Be、210Pb和234Th的清除时间分别为2.7-11.1、9.0-85.4和3.9-11.2天;颗粒物迁出时间分别为1.0-13.3、1.6-20.2和1.2-4.6天。在近岸区域,通过一维稳态清除模型计算的7Be、210Pb和234Th的迁出时间分别为1.1-25.5,1.2-27.1和0.7-23.0天。通过核素计算的迁出通量和泥沙通量的差异分别计算出悬浮泥沙迁出和再悬浮通量,虽然在河口区悬浮泥沙的迁出与再悬浮作用都非常强烈,但其迁出与再悬浮通量基本相当。通过对东海近岸表层沉积物中7Be、210Pb210Pbxs和137Cs季节性差异的分析,并结合东海近岸沉积速率分布计算了核素的质量平衡:7Be主要来源于当地大气沉降的直接输入,而除了少部分向沉积物输送,大部分河口和内陆架7Be则发生衰变或者向外陆架输送;由于半衰期较长,河口和内陆架的210Pb和137Cs有很大一部分来自于外陆架的输入,而且大部分的210Pb和137Cs都向沉积物沉积。文昌/文教河口的颗粒态7Be和210Pbxs滞留时间范围分别为0.4-1.6和1.65-5.15天;万泉河口7Be和210Pbxs滞留时间范围分别为0.02-3.2和0.61-4.44天。两个河口的滞留时间都随着向海方向增长。在文昌/文教河口和万泉河口,水体中大部分Cd沉积在河口区,而大部分Cu和Zn则被输往近岸区域。海南东部近岸的表层沉积物中7Be、210Pbxs、234Thxs和137Cs的活度范围分别为0.14-12.7、37.4-199、2.24-176和0.02-1.06Bq kg-1,平均值分别为3.93±4.75、110±10.5、62.1±8.89和0.52±0.22Bq kg-1.匕部站位核素的活度由岸向海升高。上升流区域的高颗粒物通量使得其210Pbxs和234Thxs的活度也比较高,沿岸水团和上升流是影响研究区域表层沉积物核素来源和输运的主要因素。沉积物随沿岸流由南向北输送,粗粒径的沉积物会因北边环流存在而在北边沉积。根据沉积物中核素的比值可以计算悬浮颗粒物向沉积物迁移需要将近一年的时间,而海南东部近岸沉积物的主要来源为陆源输入。
摘要第6-8页
ABSTRACT第8-9页
第一章 绪论第13-25页
    1.1 引言第13-14页
    1.2 研究进展第14-23页
        1.2.1 悬浮颗粒物、溶解态和沉积物中放射性核素分析方法进展第14-18页
        1.2.2 放射性核素在河口悬浮颗粒物输运中的运用第18-23页
    1.3 研究内容第23-24页
    1.4 研究意义第24-25页
第二章 研究区域与研究方法第25-39页
    2.1 研究区域及概况第25-28页
    2.2 研究方法第28-39页
        2.2.1 样品的采集第28-31页
        2.2.2 核素的测量第31-38页
        2.2.3 粒度测量第38页
        2.2.4 含水量和烧失量的测量第38-39页
第三章 基于放射性同位素(~7Be,~(210)Pb和~(234)Th)的长江口及临近海域悬浮颗粒物的输运研究第39-62页
    3.1 研究背景和意义第39页
    3.2 研究方法第39页
    3.3 结果第39-47页
        3.3.1 悬浮颗粒物浓度和盐度分布第39-43页
        3.3.2 ~7Be和~(210)Pb大气沉降通量第43-46页
        3.3.3 长江口徐六泾水体中颗粒态和溶解态~7Be、~(210)Pbxs和~(234)Thxs活度第46页
        3.3.4 长江口颗粒态和溶解态~7Be、~(210)Pbxs和~(234)Thxs活度第46-47页
    3.4 讨论第47-60页
        3.4.1 水体中的~7Be、~(210)Pbxs和~(234)Thxs分配系数第47-49页
        3.4.2 核素的物质守恒第49-55页
        3.4.3 ~7Be、~(210)Pb和~(234)Th的滞留时间第55-58页
        3.4.4 长江口的悬浮泥沙通量与悬浮泥沙输运第58-60页
    3.5 本章小结第60-62页
第四章 放射性同位素示踪东海近岸表层沉积物的来源、输送第62-91页
    4.1 研究背景和意义第62-64页
    4.2 样品采集与分析第64页
    4.3 结果与讨论第64-88页
        4.3.1 表层沉积物粒度、含水量分布第64-72页
        4.3.2 表层沉积物活度分布第72-75页
        4.3.3 表层沉积物~7Be/~(210)Pbxs和~(137)Cs/~(210)Pbxs活度比值分布第75-77页
        4.3.4 沉积物柱状样中~7Be活度的分布第77-80页
        4.3.5 东海近岸的核素物质平衡及其季节性变化第80-88页
    4.4 本章小结第88-91页
第五章 海南文昌/文教河及万泉河颗粒物动力学及重金属输运的研究-~7Be、~(210)Pb第91-104页
    5.1 研究背景及意义第91页
    5.2 研究方法第91页
    5.3 结果第91-95页
        5.3.1 悬浮颗粒物浓度和盐度第91-93页
        5.3.2 文教/文昌河口和万泉河口溶解态和颗粒态~7Be和~(210)Pb活度第93-95页
    5.4 讨论第95-103页
        5.4.1 水体中~7Be和~(210)Pb分配系数第95-97页
        5.4.2 水体~7Be和~(210)Pbxs的滞留时间第97-100页
        5.4.3 文教/文昌河口和万泉河口重金属的清除第100-103页
    5.5 本章小结第103-104页
第六章 海南东部沉积物中放射性核素的分布示踪泥沙来源与输运第104-116页
    6.1 研究背景及意义第104页
    6.2 研究方法第104-105页
    6.3 结果和讨论第105-114页
        6.3.1 沉积物特征第105-108页
        6.3.2 沉积物中放射性核素活度的分布第108-110页
        6.3.3 琼东南沉积物中核素活度和沉积物参数的相互关系第110-111页
        6.3.4 沉积物中核素活度比值以及沉积物的来源与输送第111-114页
    6.4 本章小结第114-116页
第七章 主要结论第116-119页
    7.1 主要结论第116-117页
    7.2 本研究的不足第117-119页
参考文献第119-136页
博士期间发表的论文第136-138页
致谢第138-139页
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