柳州市酸雨化學特征分析及人為硫源對碳酸鹽巖風化的影響.pdf

1、巖溶作用是一種發(fā)生在地球淺表層環(huán)境下的特殊地質(zhì)過程，與大氣圈、水圈、生物圈密切相關，因其地球化學過程中具有低溫性、外放敏感性和生物參與性等特點，會導致巖溶水體DIC輸入的多變（碳匯效應的穩(wěn)定性受到影響）。作為巖溶碳匯的主控因子—水循環(huán)，對巖溶碳匯的影響較大，不同時期（豐水期、平水期、枯水期）所表現(xiàn)出來的碳匯特性也各不相同，同時，自然界除了碳酸外,人類活動造成的硫酸（酸雨）對碳酸鹽的溶解也能增加水中的DIC濃度，且H2SO4參與的碳酸鹽巖

2、風化本質(zhì)上是一個大氣CO2的凈釋放過程，必須在碳匯計算中加以扣除，對全球碳循環(huán)的研究具有十分重要的意義，所以碳酸鹽巖的硫酸風化機制及其與區(qū)域碳循環(huán)的關系也是近些年一直關注的熱點問題。硫酸參與的化學風化過程來源主要包括石膏的溶解、硫化物氧化、大氣降水以及人為排放，流域人類活動可以顯著加速流域化學侵蝕，改變區(qū)域碳循環(huán)，干擾流域物質(zhì)的生物地球化學循環(huán)，對西南巖溶流域碳酸鹽巖的化學侵蝕具有重要貢獻，大氣酸沉降（酸雨）中的SO42-、NO3-等酸

3、性離子絕大部分來源于人為排放的SO2、NOX氣體，所以，以大氣沉降為形式的人類活動對河流水化學組分帶來的影響日益受到人們的關注。
　　本研究選取西南巖溶區(qū)域中酸雨問題較為突出的柳州地區(qū)作為研究區(qū)，設置沙塘林校（郊區(qū)）、柳州氣象局、柳州環(huán)保局三個雨水采樣點，分析柳州市酸雨化學特征及致酸物質(zhì)來源，并在穿柳州市區(qū)而過的柳江設置監(jiān)測斷面，分別位于柳州的進出口，露塘與洛維，及柳州中部的水文站斷面，用以分析降水中的硫源對該區(qū)域碳酸鹽巖風化和碳

4、匯效應的影響。結果表明，柳州市全年降水樣品pH值的分布范圍為4.16~6.61，酸雨率為67.6%，主要為弱酸雨（5＜pH＜5.6）與較重酸雨（4.5＜pH＜5），酸雨形勢較為嚴峻。相對于90年代，主要致酸離子濃度均有大幅下降，脫硫除塵等措施也會使得NH4+、Ca2+等中和離子濃度下降，可能是pH值沒有大幅度變化的原因，但降水離子濃度與電導率已充分說明柳州酸雨治理卓有成效。酸雨頻率與pH值的變化趨勢具有明顯的季節(jié)性特征，酸雨主要集中于冬

5、、春兩季，這與我國大部分地區(qū)尤其是南方地區(qū)普遍存在的酸雨季節(jié)變化特征基本一致，與降水量的稀釋作用有很大關系。通過富集因子（EF）分析降水中主要因子來源，表明K+中97.2%的地殼來源中絕大多數(shù)為木質(zhì)燃燒等人為活動釋放所得。CI-受人類活動影響明顯，主要來自當?shù)嘏欧?，如垃圾焚燒、汽車尾氣排放（汽油中含有溴氯化物作為添加劑）等。SO42-的主要來源為人為來源，占到98.2%，SO42-主要源于煤炭燃燒釋放的SO2氣體氧化所得。NO3-的人為

6、來源占到99.8％，主要包括燃料燃燒、大氣中的化學反應以及汽車尾氣排放等。Ca2+和Mg2+主要來為土壤來源，這與研究區(qū)的巖溶區(qū)背景相一致，但人為因素也能向大氣中釋放數(shù)量可觀的堿性離子，且相對自然過程更為劇烈，如采石場進行石料開采過程中釋放大量揚塵。確定影響研究區(qū)的2個較為穩(wěn)定的水汽來源：1、西南方向百色、南寧等工礦業(yè)發(fā)達或人口密集型城市，西南方向的氣流絕大部分都路經(jīng)此地，尤其夏半年受西南季風影響大，春季幾乎所有的酸雨水汽氣團都來自于西

7、南方向經(jīng)南寧等城市徑直抵達柳州，夏季占到44%，秋季與冬季多是東南方向氣流登陸后經(jīng)南寧等西南部城市再向東北抵達柳州；2、東南方向廣東雷州半島及珠三角地區(qū)，來源于西太平洋的氣流經(jīng)過此地徑直到達柳州或經(jīng)南寧等城市抵達柳州，夏季占到8%，秋季占到57%，冬季占到33%。對比相鄰的酸雨區(qū)桂林降水的氣流運移軌跡，中部酸雨帶如江西、湖北、湖南、安徽等省份的工業(yè)發(fā)達人口稠密地區(qū)并未對柳州的酸雨造成直接影響。柳州水文站斷面SO42-濃度變化趨勢與降水量

8、有很好的對應關系，說明降水對該流域SO42-的貢獻較大，結合對該流域硫同位素的分析，以大氣沉降為形式的人類活動勢必對該流域的巖石風化及碳匯效應產(chǎn)生一定影響，比較汛期與枯水期降水對河水離子濃度的貢獻率，枯水期降水對河水離子的貢獻均有上升，造成這一現(xiàn)象的原因可能是人類活動信號被徑流稀釋，也有可能是汛期徑流量增大導致化學風化加強，更多的風化產(chǎn)物進入水體降低了海鹽源的相對貢獻。其中SO42-來源于降水的比例高達到70%左右，柳州降水中SO42-

9、的人為來源占到98.2%，則汛期與枯水期由人為來源帶入該河段的SO42-比重分別達到65.9%和76.5%，均值為71.2%。硫酸風化碳酸鹽巖所占的比例為32%，則該流域中人為硫源對碳酸鹽巖的風化比例為22.8%。對比硫酸參與后碳酸鹽巖的溶蝕速率與碳匯速率的變化，計算結果顯示硫酸參與后，該流域風化速率增加了5.6%，相對于只考慮碳酸溶蝕，碳酸鹽巖溶蝕產(chǎn)生的碳匯速率應減少19%，通過之前討論的河水中SO42-的人為硫源比例為71.2%，可