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

【摘要】：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。